Nanodraadjes zorgen voor tien keer efficientere 'zonnebrandstofcel'


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=303743
printerversie
17 juli 2015, 2015/23

Nanodraadjes zorgen voor tien keer efficientere 'zonnebrandstofcel'

Belangrijke stap op weg naar zonnecel die waterstof genereert

Een zonnecel die niet elektriciteit, maar een brandstof oplevert. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en Stichting FOM presenteren vandaag in het tijdschrift Nature Communications een veelbelovend prototype hiervan. Met als basismateriaal galliumfosfide is hun zonnecel in
staat om uit vloeibaar water de schone brandstof waterstofgas te vormen. Nieuw is dat ze het galliumfosfide in de vorm van piepkleine nanodraden verwerkten. Daarmee krikten ze het rendement met een factor tien omhoog. En dat met tienduizend keer zo weinig kostbaar materiaal.
Figuur 1. Rooster van nanodraden galliumfosfide, gemaakt met een elektronenmicroscoop
vergroten Figuur 1. Rooster van nanodraden galliumfosfide, gemaakt met een elektronenmicroscoop
Bron: TU Eindhoven
Figuur 2. Rooster van nanodraden galliumfosfide, gemaakt met een elektronenmicroscoop
vergroten Figuur 2. Rooster van nanodraden galliumfosfide, gemaakt met een elektronenmicroscoop
Bron: TU Eindhoven
De elektriciteit die een zonnecel oplevert, kun je gebruiken om chemische reacties in gang te zetten. Als dit een brandstof oplevert, spreekt men van zonnebrandstoffen - een grote belofte als vervanger van vervuilende brandstoffen. Een 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.

Zonnebrandstofcel
Een bestaande siliciumzonnecel aan een batterij koppelen die het water splitst, is nu weliswaar de meest efficiente oplossing, maar ook erg duur. Veel onderzoekers richten zich daarom op het vinden van een halfgeleidermateriaal dat in staat is om in een klap zowel het zonlicht om te zetten in
elektrische lading als het water kan splitsen; een soort 'zonnebrandstofcel'. De onderzoekers zien hun gedroomde kandidaat in galliumfosfide (GaP), een samenstelling van gallium en fosfor 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 Bakkers 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

Dit onderzoek vond plaats binnen het programma Towards BioSolar Cells, gezamenlijk gefinancierd door de Stichting FOM, NWO-ALW en het ministerie van Economische Zaken.