Photovoltaische Hybrid-Elektrolysezelle

摘要

Bei bekannten photovoltaischen Elektrolysezellen zur direkten Wasserstofferzeugung durch Photoelektrolyse erfolgt die Wasserspaltung an der Grenzfläche Elektrolyt/Halbleiter, wobei der Lichteinfall durch den Elektrolyten erfolgt. Dadurch sind die elektrochemischen Potenziale zur Wasserspaltung an die absoluten Bandlagen der verwendeten Halbleitermaterialien gebunden und bedingen deren Materialwahl ebenso wie die Materialwahl der Rückkontaktschichten. Die Elektrolysezelle arbeitet in Abhängigkeit vom Lichteinfall. Bei der erfindungsgemäßen Hybrid-Elektrolysezelle (01) sind Halbleiterstrukturen (07, 30) und Elektrolyt (11) voneinander getrennt, der Lichteinfall (16) erfolgt durch ein Superstrat (14) direkt in die Halbleiterstrukturen (07, 30). Die Bandanpassung der Halbleiterstrukturen (07, 30) erfolgt unabhängig von den Potenzialen bei der Wasserspaltung. Die Rückkontaktschichten (08, 20) stehen in Kontakt mit dem Elektrolyten (11) und müssen lediglich korrosionsbeständig und katalysatorbeschichtet oder -modifiziert sein. Die Anode (02) kann als Photoanode (03) ausgebildet und bezüglich des Lichteinfalls (16) neben der Photokathode (04) angeordnet oder alternativ als Dunkelanode (29) ausgebildet und hinter der Photokathode (04) angeordnet sein. In jedem Fall ergibt sich ein flacher Aufbau der Hybrid-Elektrolysezelle (01) mit einer kleinflächigen protonenleitenden Membran (24, 36).