SENECA Talk: Anorganische kunstmatige bladeren voor efficiënte productie van zonnebrandstof: Fysisch-chemische randvoorwaarden en materiaalkundige uitdagingen.
SENECA Talks zijn een maandelijkse seminarserie over zonne-energieconversie en -opslag georganiseerd door EnergyVille/imec/UHasselt (imo-imomec).
De komende Seneca Talk wordt gegeven door Professor Wolfram Jaegermann, Hoogleraar Oppervlaktewetenschap (gepensioneerd), Laboratorium voor Oppervlaktewetenschap, Afdeling Materiaalkunde, TU Darmstadt, Duitsland.
Let op: deze talk wordt in het Engels gegeven.
Abstract
Voor de omzetting van zonne-energie naar een chemische brandstof zijn veel verschillende materialen en apparaatstructuren voorgesteld, maar slechts zeer weinige leveren technologisch concurrerende omzettingsrendementen. Beperkingen en verliesprocessen kunnen worden afgeleid uit een gedetailleerde beschouwing van de betrokken fotovoltaïsche en elektrochemische elementaire stappen. Geoptimaliseerde prestaties kunnen alleen worden bereikt wanneer de fotovoltaïsche en elektrolytische randvoorwaarden van geïntegreerde systemen vergelijkbaar zijn met die van gescheiden apparaten, zonder extra verlies door het koppelingsproces.
Op basis van experimenten die dunnefilm-synthese, foto-elektrochemie en oppervlaktewetenschap combineren, kunnen de volgende conclusies worden getrokken:
1) De halfgeleiders moeten een brede splitsing van quasi-Fermi-niveaus mogelijk maken, wat gerealiseerd kan worden met multijuncties.
2) De interactie van H₂O en de redox-intermediairen direct met de lichtenergie-converterende halfgeleiderovergang moet worden vermeden vanwege mogelijk schadelijke oppervlakte-toestanden die kunnen ontstaan. Als gevolg hiervan is een begraven junctie noodzakelijk.
3) De interfaces tussen het halfgeleiderabsorptiemateriaal en de elektrokatalysator moeten worden voorbereid zonder interfaciale barrières, omdat deze kunnen leiden tot extra verlies van het fotopotentiaal over interne dubbellagen.
Efficiënte foto-elektrochemische apparaten zijn gerealiseerd voor Si- en III-V-multijuncties, waarbij gebruik is gemaakt van inzichten uit verschillende benaderingen, variërend van de vastestoffysica, oppervlaktewetenschap en elektrochemie, wat uiteindelijk leidt tot een materiaalkundig ontwerpprincipe. Op basis van een verbeterd begrip van de correlatie tussen materiaaleigenschappen en de betrokken elementaire stappen, lijken veelbelovende technologische oplossingen mogelijk, ook voor nieuwe materiaalcombinaties.
Biografie
Dr. Jaegermann promoveerde in de anorganische chemie aan de Universiteit van Bielefeld in 1981 op spectroscopische karakterisering van anorganische coördinatieverbindingen. Daarna werkte hij als wetenschapper aan het Hahn-Meitner-Instituut in Berlijn, waar hij zich bezighield met foto-elektrochemie, oppervlaktewetenschap en dunnefilm-zonnecellen, en uiteindelijk afdelingshoofd werd. In 1997 werd hij benoemd tot oprichtend hoogleraar van het Laboratorium voor Oppervlaktewetenschap aan de Afdeling Materiaalkunde van de TU Darmstadt.
Zijn onderzoek richt zich op dunnefilmmaterialen en interface-eigenschappen van energietransformerende materialen en apparaten, variërend van zonnecellen, (foto)elektrochemische brandstofproductie tot batterijen, wat leidt tot technologisch concurrerende apparaatstructuren. Dr. Jaegermann vestigde energiewetenschap en -technologie als een centraal onderzoeksthema aan de TU Darmstadt, onder meer door het verwerven van diverse grootschalige samenwerkingssubsidies, zoals de Duitse Excellente Graduate School of Energy Science and Engineering.
Sinds 2019 is hij formeel met emeritaat als hoogleraar van de TU Darmstadt.
Contact
Sudhanshu.Shukla@imec.be
