Semiconductor Cathode with Light- and Dark-Active Surface Areas for Electrochemical Hydrogen Generation and Method of Manufacture

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This patent describes a semiconductor cathode for electrochemical hydrogen production that has both light- and dark-active surface areas. Unlike traditional devices that work only in light or darkness, this hybrid cathode can operate under both conditions, increasing hydrogen yield. The invention also includes a method for manufacturing the cathode with structural modifications to enhance catalytic activity.

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• Hydrogen generation plants that require continuous operation regardless of lighting conditions
• Renewable energy systems integrating solar-driven hydrogen production
• Industrial electrolyzers for sustainable hydrogen production
• Remote or off-grid sites that deal with variable light availability
• Laboratory setups for efficient water splitting research

BenefitsContent extracted from patent full text and abstract with AI.

• Increases hydrogen production efficiency by allowing operation both in light and darkness
• Improves catalytic activity through structural modification of catalyst particles
• Provides stable performance even under poor or fluctuating light conditions
• Enables more flexible and efficient hydrogen production systems
• Simplifies integration into existing electrochemical setups due to enhanced operational flexibility

Technical Classifications (CPCs)

Inventors & Applicants

Patent Abstract

Halbleiterkathode mit licht- und dunkelaktiven Oberflächenarealen zur elektrochemischen Wasserstofferzeugung und Verfahren zur Herstellung. Bekannte Halbleiterkathoden arbeiten ausschließlich im Dunkeln oder ausschließlich unter Beleuchtung, Dunkelströme während der Beleuchtung wollen vermieden werden. Schlechte Lichtverhältnisse werden durch lichtspeichernde Zusätze ausgeglichen. Die erfindungsgemäße Halbleiterkathode (01) ist eine Hybridkathode und arbeitet sowohl bei Beleuchtung als auch im Dunkeln, wodurch die Wasserstoffausbeute erhöht werden kann. Dazu weist die Halbleiterkathode (01) lichtaktive Oberflächenareale (04) mit Katalysatorpartikeln (06), die zum Halbleiter (11) einen gleichrichtenden Schottky-Kontakt aufbauen, und zusätzlich dunkelaktive Oberflächenareale (05) mit Ko-Katalysatorpartikeln (07) auf, die zum Halbleiter (10) einen wechselrichtenden Ohm'schen Kontakt erzeugen. Zusätzlich wird die Halbleiterkathode (01) mit einer Spannung (08) beaufschlagt, die den Arbeitspunkt festlegt. Der Gesamtstrom ergibt sich bei Beleuchtung aus dem Photostrom und dem Dunkelstrom, ohne Beleuchtung entspricht er dem Dunkelstrom. Zumindest die Ko-Katalysatorpartikel (07) sind durch eine Strukturanpassung an den Halbleiter (10) in ihrer Atomstruktur deformiert und dadurch zusätzlich katalytisch aktiviert. Im Herstellungsverfahren wird die Deformation durch eine Temperung und die unterschiedliche Kontaktierung durch eine Ätzung in unterschiedlichen Ätzmitteln hervorgerufen.