Zur Bekämpfung der globalen Erwärmung ist es unerlässlich, CO₂-Emissionen auf null oder sogar in den negativen Bereich zu senken. Das Projekt PHOENIX verfolgt das Ziel, CO₂ schrittweise umzuwandeln – zunächst in Kohlenmonoxid (CO), anschließend in Propanol (einen flüssigen Kraftstoff) – und gleichzeitig PET-Kunststoff in Glycolsäure, eine wertvolle chemische Verbindung, umzuwandeln. Die Grundlage dieses innovativen Konzepts ist ein spezieller Reaktionsweg mit mehreren Reaktoren, der die Technologien von Photovoltaik-Elektrolyse (PV-EC) und Photoelektrochemie (PEC) nahtlos miteinander verbindet. Dazu entwickelt PHOENIX ein leistungsstarkes Tandem-Photovoltaiksystem, sowie neuartige Elektrokatalysatoren zur Umwandlung von CO in Propanol und von PET in Glycolsäure – ergänzt durch hocheffiziente Photoelektroden. PHOENIX setzt gezielt auf einen Ansatz mit hohem Risiko, aber auch hohem Potenzial – mit dem Ziel, einen echten Durchbruch im Bereich der erneuerbaren Energien zu erreichen und gleichzeitig zur Lösung zweier globaler Umweltprobleme beizutragen.

Normale Solarzellen reichen dafür nicht aus, weil sie nicht die nötige Spannung erzeugen. Oft wird daher zusätzlich Energie zugeführt – PHOENIX will das vermeiden. Ziel ist es, eine sogenannte Tandem-Solarzelle zu entwickeln, die allein stark genug ist, um den gesamten Prozess direkt zu betreiben – ganz ohne zusätzliche Stromquelle.

Diese am ZSW entwickelte Tandemzelle besteht aus zwei lichtaktiven Schichten: einer Cu(In,Ga)Se₂-Schicht und einer Perowskit-Schicht. Beide Materialien lassen sich so einstellen, dass sie gemeinsam eine besonders hohe Spannung von über 2 Volt erzeugen, was für die Reaktion ausreicht. Zentrales Thema ist die Fertigung des Tandems mit skalierbaren Technologien, die auch in der industriellen Fertigung zum Einsatz kommen könnten. Die untere CIGS-Schicht der Solarzelle wird in einer hochskalierten Durchlauf-Beschichtungsanlage hergestellt. Für die obere Schicht aus Perowskit kommt die Slot-Die-Beschichtung zum Einsatz. Dieses ermöglicht größere Zellflächen, bringt aber auch Herausforderungen mit sich: Die Schichtdicke muss genau kontrolliert werden, die Tinte gleichmäßig fließen, und der Film muss überall die gleiche Qualität haben. Am Ende soll eine Tandem-Solarzelle mit einer aktiven Fläche von mehreren Quadratzentimetern entstehen, die genug Strom und Spannung liefert, um die gewünschte chemische Reaktion anzutreiben – ein wichtiger Schritt hin zur praktischen Anwendung (Technologiereifegrad 4).

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