De nanodraden van de Eindhovense GaP-zonnecel (foto: TU Eindhoven)

Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een zonnecel ontwikkeld, die geen stroom genereert maar waterststof, een zonnebrandstof cel, zou je zeggen. Het gebruikte materiaal is galliumofsfide. Nanodraadjes zouden de brandstofcel zijn een voor galliumfosfide extra hoge efficiëntie geven van 2,9%.

Met stroom van een zonnecel kun je, bijvoorbeeld, water splitsen in zuurstof en waterstof, maar erg handig is dat niet. Het mooist zou het zijn zonne-energie te gebruiken om water direct te splitsen en brandstof te genereren. Dat noemen ze in Eindhoven dan een zonnebrandstofcel, maar dat is een tikje verwarrend, aangezien die term wordt gebruikt voor de omzetting van chemische energie in elektrische energie. Het lijkt er op dat de Eindhovenaren er in geslaagd zijn zo’n ‘zonnebrandstofcel’ te maken, al lijkt uit de beschrijving dat het alleen maar gaat om een efficiëntere GaP-zonnecel.
Galliumfosfide heeft goede elektrische eigenschappen, maar is niet goed in staat licht te absorberen in de vorm van een plaat vlak. De truc is om het oppervlak te voorzien van nanodraadjes met de lengte van een halve micron (1 µm= 0,001 mm) en een dikte van 90 nm (1 nm = 0,001 µm). Daarmee wordt het rendement van de GaP-zonnecel vertienvoudigd tot 2,9%. Geweldig voor galliumfosfide, maar wat mager in vergelijking met siliciumzonnecellen, waarvan het rendement (percentage zonne-energie omgezet in elektrische energie) zo’n 12% is.
Volgens onderzoeksleider Erik 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. Daarnaast is GaP ook in staat om zuurstof aan 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.”
Volgens zonnecel-expert Wim Sinke van het ECN in Petten en de universiteit van Amsterdam zijn de Eindhovense zonnenaaldjes in aanleg een interessante aanvulling op bestaande technieken in de zonne-energie. “We kunnen al zonnestroom maken, en zonnewarmte. Nu komen daar zonnebrandstoffen bij, die je in sommige situaties misschien liever hebt. Dit lijkt een belangrijke nieuwe techniek in dat veld”, zegt hij in de Volkskrant. Volgens hem kleven er nog wel wat probleempjes aan de Eindhovense zonnecel. “Over grote oppervlakken waterstofgas maken, heeft allerlei technische haken en ogen en kosten, die je misschien toch liever vermijdt door eerst stroom te maken en daarmee centraal brandstof te produceren.” Overigens zijn er al ontwikkelingen in gang gezet waarbij de elektrische energie van zonnecellen wordt opgeslagen. Zoals Mao zei, laat duizend bloemen bloeien… Ik vraag me wel af of die nanodraadjes zo’n zonnecel niet uiterst kwetsbaar maken (of klets ik nu weer uit mijn nek?).

Bron: phys.org