PY-PHO-HYBRID-ENERGY for Solar-Water-Splitting

Aktuelle Systeme zur Herstellung von grünem Wasserstoff aus Sonnenenergie kombinieren Photovoltaikmodule mit Elektrolyseuren, so dass 2 Prozesse separat stattfinden: die Umwandlung von solarer in elektrischer Energie und anschließend deren Nutzung zur Spaltung von Wasser in H2 und O2. Bei der Photokatalyse hingegen wird zur Wasserstoffherstellung das Sonnenlicht direkt verwendet (Solar-Water-Splitting). Dies bietet den Vorteil der erhöhten Systemintegration, ist aber aktuell in seinem Wirkungsgrad zu gering. Der innovative Ansatz hier ist die effektive, pyroelektrisch getriebene Separation der angeregten Elektronen und Löcher hin zur Oberfläche des Photokatalysators. Hierzu werden neuartige Hybridmembranen so synthetisiert, dass die photokatalytische Halbleiterphase neben einer polarisierten ferroelektrischen Phase vorliegt. Zur Erzeugung des notwendigen thermischen Gradienten wird der Spektralbereich des Sonnenlichtes verwendet, der zur Photokatalyse ungeeignet ist. Auf diese Weise wird im Vergleich zur Photovoltaik, aber auch zu bisher bekannten Photokatalysatoren das nutzbare Sonnenspektrum massiv erweitert, da die absorbierte thermische Strahlung anschließend auch als Wärmequelle oder zur Umwandlung in elektrische Energie verwendet werden kann, so dass sich der Gesamtwirkungsgrad drastisch erhöht.

ENGLISH - PY-PHO-HYBRID-ENERGY for Solar-Water-Splitting

Current systems for producing green hydrogen from solar energy combine photovoltaic modules with electrolysers, so that two processes occur separately: the conversion of solar energy into electrical energy, and subsequently the use of that energy to split water into H₂ and O₂. In photocatalysis, on the other hand, sunlight is used directly to produce hydrogen (solar water splitting). This offers the advantage of increased system integration but currently suffers from low efficiency. The innovative approach here is the effective, pyroelectric-driven separation of excited electrons and holes toward the surface of the photocatalyst. To achieve this, novel hybrid membranes are synthesized such that the photocatalytic semiconductor phase coexists with a polarized ferroelectric phase. To generate the necessary thermal gradient, the spectral range of sunlight that is unsuitable for photocatalysis is utilized. In this way, compared to photovoltaics, but also to previously known photocatalysts, the usable solar spectrum is massively expanded, since the absorbed thermal radiation can subsequently also be used as a heat source or for conversion into electrical energy, thereby drastically increasing the overall efficiency.