Entwicklung von Silizium-basierten Photoanoden für die solare Wasserspaltung

Wasserstoff ist ein vielversprechender Energieträger, der sowohl für stationäre als auch mobile Anwendungen beispielsweise mittels Brennstoffzellen genutzt werden kann. Zurzeit werden 96% des weltweit hergestellten Wasserstoffs aus fossilen Energieträgern gewonnen. Einen positiven Effekt auf die CO2-Bilanz hat die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger allerdings nur dann, wenn der Treibstoff aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Ein eleganter Ansatz Wasserstoff unter der Nutzung von Sonnenlicht und Wasser zu generieren ist die sogenannte künstliche Photosynthese. Dabei wird das Sonnenlicht von einem Halbleiter (Photoelektrode) absorbiert und freie Ladungsträger generiert, deren Energie zur „Spaltung“ von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden kann. Bei geschicktem Design des Reaktors fallen molekularer Wasserstoff und Sauerstoff räumlich getrennt voneinander an und können aufgefangen und gespeichert werden.
Der Wirkungsgrad des Prozesses hängt dabei entscheidend von der Photoelektrode ab. Im Rahmen der Diplom-/Masterarbeit sollen daher geeignete Photoanoden (Solarzellen) zur selbständigen Wasserspaltung unter solarer Beleuchtung auf der Basis von dünnen Siliziumschichten entwickelt werden. Dazu werden basierend auf den Vorerfahrungen am Institut Schichtstapel in n-i-p-Konfiguration aus amorphem und mikrokristallinem Silizium mittels PECVD abgeschieden, weiterentwickelt und charakterisiert. Die Photoanoden werden anschließend in ein photoelektrochemisches Bauelement zur Generation von molekularem Wasserstoff und Sauerstoff integriert.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik

Abschlussart

Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Forschung und Entwicklung

Schlagwörter

Halbleiter Photoelektrode künstliche Photosynthese Brennstoffzelle Wasserstoff

Anforderungen

• Gute Kenntnisse der Halbleiterphysik (Halbleiterbauelement)
• Vorkenntnisse auf dem Gebiet der Photovoltaik erwünscht
• Kenntnisse in der Elektrochemie/physikalischen Chemie von Vorteil
• Strukturierte Arbeitsweise, schnelle Auffassungsgabe
• Spaß an experimenteller Laborarbeit und der Datenanalyse

Zusatzinformationen

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik

Am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik werden neuartige Materialien sowie innovative Bauelementarchitekturen für die nachhaltige Photovoltaik erforscht. Über die Photovoltaik hinaus werden gekoppelte Systeme von photovoltaischen Bauelementen mit chemischen und elektrochemischen Speichern entwickelt, um der zeitlich schwankenden Erzeugung erneuerbarer Energieträger zu begegnen.

Die Diplom-/Masterarbeit ist in der Regel auf einen Zeitraum von 12 Monaten ausgelegt, von denen sechs vergütet werden können.