De elektriciteit die een zonnecel oplevert, kun je gebruiken om chemische reacties in gang te zetten. Als dit een brandstof oplevert, spreek je van zonnebrandstoffen – een grote belofte als vervanger van vervuilende brandstoffen. Eén van de mogelijkheden is om met de opgewekte elektriciteit vloeibaar water te splitsen (elektrolyse). Dat levert onder meer waterstofgas op, dat als schone brandstof in de chemische industrie kan dienen of in brandstofcellen – in bijvoorbeeld auto’s – verbrand kan worden om motoren mee aan te drijven.

Een bestaande siliciumzonnecel aan een batterij koppelen die het water splitst, is nu weliswaar de meest efficiënte oplossing, maar ook 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. 

GaP heeft gunstige elektrische eigenschappen, maar het nadeel is 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 verhielpen 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.  

Volgens onderzoeksleider Erik Bakkers (hoogleraar Technische Natuurkunde) 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.” 

Bron: Persteam TU/e