Nanodraadjes zorgen voor tien keer efficiëntere ‘zonnebrandstofcel’

Binnen het BioSolar Cells project hebben onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en Stichting FOM een veelbelovend prototype ontwikkeld van een zonnecel die brandstof oplevert. Met als basismateriaal galliumfosfide is hun zonnecel in staat om uit vloeibaar water de schone brandstof waterstofgas te vormen. Waterstofgas kan dienen als schone brandstof in de chemische industrie of in brandstofcellen om  bijvoorbeeld auto’s aan te drijven.
Nieuw is dat de onderzoekers het galliumfosfide in de vorm van piepkleine nanodraden verwerkten. Daarmee krikten ze het rendement met een factor tien omhoog. En dat met tienduizend keer goedkoper materiaal.

Zonnebrandstofcel
Waterstofgas kan ook worden geproduceerd door een bestaande siliciumzonnecel aan een batterij te koppelen, maar dat is erg duur. Veel onderzoekers richten zich daarom op het vinden van een halfgeleidermateriaal dat in staat is om in één klap zowel het zonlicht om te zetten in elektrische lading als het water kan splitsen; een soort ‘zonnebrandstofcel’. De onderzoekers van TU/e en FOM zien hun gedroomde kandidaat in galliumfosfide (GaP), een samenstelling van gallium en fosfide die ook als basis dient voor bepaalde kleuren leds.
 
Een factor tien omhoog
GaP heeft gunstige elektrische eigenschappen, maar het nadeel dat het moeite heeft om licht op te nemen als het de vorm heeft van een groot, plat oppervlak zoals het gebruik was in GaP-zonnecellen. De onderzoekers verholpen dit probleem door een rooster te maken van piepkleine nanodraadjes GaP, van vijfhonderd nanometer (een miljoenste millimeter) lang en negentig nanometer dik. Het rendement waarmee het waterstof werd gewonnen schoot plots een factor tien omhoog, naar 2,9 procent. Een record voor GaP-cellen, ook al is dat nog enigszins verwijderd van de vijftien procent die siliciumzonnecellen gekoppeld aan een batterij behalen.
 
Tienduizend keer minder materiaal
Volgens Erik Bakkers van de TU Eindhoven gaat het echter niet alleen om het rendement – waar overigens nog veel ruimte tot verbetering zit: “Voor de nanodraadjes hadden we tienduizend keer minder van het kostbare GaP nodig dan in cellen met een plat oppervlak. Dat maakt dit soort cellen in potentie vele malen goedkoper”, zegt Bakkers. “Daarnaast is GaP ook in staat om zuurstof uit het water te onttrekken – dan heb je feitelijk een brandstofcel waar je zonne-energie tijdelijk in kunt opslaan. Kortom, voor een toekomst met zonnebrandstoffen kunnen we denk ik niet meer om galliumfosfide heen.”
 
Referentie
Anthony Standing et al., Efficient water reduction with gallium phosphide nanowires, Nature Communications (17 juli 2015), DOI: 10.1038/nscomms8824

Doorzoek de website