Skapar vätgas med kiselsolceller

Är väte den nya oljan? Många forskare tror att vätgas kan ersätta olja och naturgas för energiproduktion. Haken hittills har varit att det krävs mycket energi för att producera väte. Forskare vid det tyska forskningscentret Jülich tror sig dock vara en lösning på spåret: ljusinducerad vattendelning, där en kiselsolcell är den centrala byggstenen.

Forskarteamet på Jülich har gjort en multijunction-solcell som kan producera vätgas enligt principen om artificiell fotosyntes. Solcellen har en total verkningsgrad på 9,5 procent, vilket är rekordhögt för denna typ av solcell. Den kan dessutom tillverkas förhållandevis billigt.

Vätgas har fördelen – till skillnad mot solenergi – att vara lätt att lagra. Ett vanligt sätt att producera vätgas från solljuset är fotosyntes; solcellerna omvandlar solenergi direkt till väte genom att dela upp vatten i syre och väte. Tekniken är dock oeffektiv.

– Utmaningen är att nå en tillräckligt hög spänning för att få det att fungera. I praktiken krävs cirka 1,6 V för att upprätthålla en reaktion. Men dagens tillgängliga kiselsolceller ger betydligt mindre än en volt vilket inte räcker, säger Jan-Philipp Becker, som leder projektet vid Jülich, i ett pressmeddelande.

Istället har forskarna utvecklat solcellsmoduler bestående av tre eller fyra staplade solceller som i sin tur innehåller flera lager, så kallade multijunction-solceller.

Flerlagersstrategi gör att det går att utnyttja solljuset mer effektivt över ett brett spektrum av våglängder. Resultatet är att spänningen kan skruvas upp till 2,8 V, vilket ger ett tillräckligt svängrum för att utnyttja relativt billiga material som nickel som katalysatorer, i stället för dyra platinakatalysatorer.

Till skillnad mot solceller tillverkade från en kiselskiva, använder forskarna tunnfilmsceller med kisel. De är deponerade i vakuum på ett glas- eller plastsubstrat. Tunnfilmstekniken har fördelen att den kräver betydligt mindre material än klassisk waferteknik, hävdar forskarna som dessutom poängterar att halvledarmaterialen även kan appliceras över stora områden till relativt låg kostnad.

– Våra tester visar att solcellsmoduler baserade på kiseltunnfilm kan användas för att effektivt producera vätgas, säger Uwe Rau som är institutsansvarig.

Nästa steg i forskningen är att göra större solceller.