Het ontleden van water met zonne-energie biedt interessante mogelijkheden voor een efficiënte grootschalige conversie en opslag van hernieuwbare energie. Onderzoekers van de TU Delft en AMOLF hebben een efficiënte en stabiele foto-elektrode geconstrueerd die licht absorbeert en water direct ontleedt in waterstof en zuurstof. Als lichtabsorberend materiaal zijn silicium wafers gebruikt, zodat het systeem ook nog goedkoop is. De onderzoekers hebben hun bevindingen inmiddels gepubliceerd in Nature Communications.

Energieomzetting

Foto-elektrochemische (PEC) waterontleding wordt gezien als een duurzame methode voor de productie van schone en hernieuwbare brandstof. Hierbij wordt zonne-energie direct omgezet in chemische energie. De waterstof kan bijvoorbeeld worden gebruikt in brandstofcellen van elektrische auto’s, of worden omgezet in andere duurzame stoffen. De nieuwe foto-elektrode is uiterst efficiënt en blijft gedurende meer dan 200 uur stabiel. Dat laatste is bijzonder: meestal wordt er niet meer dan vijf uur stabiliteit bereikt.

MIS

Het is essentieel dat een PEC-systeem een voldoend grote fotostroom en fotospanning levert om de wateroxidatie-reactie mogelijk te maken. Er is meestal sprake van een compromis tussen efficiëntie en stabiliteit: verbetering van het ene veroorzaakt een verslechtering van het andere. Bij de nieuwe elektrode zijn beide problemen gescheiden aangepakt en pas daarna gecombineerd. Daarbij is gebruik gemaakt van een nieuwe isolatielaag om de silicium foto-electrode te stabiliseren, en twee metalen om het foto-voltage te vergroten. Deze aanpak, in de vorm van een metaal-isolator-halfgeleider-overgang (MIS, metal-insulator-semiconductor junction) is al eerder efficiënt gebleken, en is nu ook duurzaam.