Zonne-energie omzetten in een bruikbare vorm is een echte uitdaging. Een techniek is om halfgeleiders te gebruiken om de energie op te slaan als waterstof. Helaas, de meest efficiënte halfgeleiders zijn niet de meest stabiele. Een team van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Zwitserland) heeft zojuist ontdekt dat het mogelijk is om de halfgeleider te beschermen met een uniforme laag van slechts enkele nanometers dik.

Deze ontdekking zal het mogelijk maken om foto-elektrochemische cellen te verbeteren. Zoals planten fotosynthese gebruiken om zonlicht om te zetten in energie, deze cellen gebruiken zonlicht om chemische reacties aan te sturen die uiteindelijk waterstof produceren uit water. Het proces omvat het gebruik van een lichtgevoelig halfgeleidend materiaal zoals cupro-oxide om de stroom te leveren die nodig is om de reactie te voeden. Hoewel het niet duur is, het oxide is onstabiel bij blootstelling aan licht in water. Onderzoek door Adriana Paracchino en Elijah Thimsen, gepubliceerd op 8 mei 2011 in het tijdschrift Natuurmaterialen , toont aan dat dit probleem kan worden overwonnen door de halfgeleider te bedekken met een dunne film van atomen met behulp van de atomic layer deposition (ALD) techniek.

Onder toezicht van professor Michael Grätzel in EPFL's Laboratory of Photonics and Interfaces, de twee wetenschappers bereikten deze opmerkelijke prestatie door technieken te combineren die op industriële schaal worden gebruikt, en ze vervolgens toe te passen op het probleem van de productie van waterstof. Met hun proces koperoxide kan eenvoudig en effectief worden beschermd tegen contact met water, waardoor het mogelijk is om het als een halfgeleider te gebruiken. De voordelen zijn talrijk:koperoxide is ruimschoots voorhanden en
goedkoop; de beschermlaag is volledig ondoordringbaar, ongeacht de ruwheid van het oppervlak; en het proces kan gemakkelijk worden opgeschaald voor industriële fabricage.

Een veelbelovende techniek

Het onderzoeksteam ontwikkelde de techniek door lagen van zinkoxide en titaniumoxide te "groeien", één atoomdikke laag per keer, op het koperoxide oppervlak. Door gebruik te maken van de ALD-techniek, ze waren in staat om de dikte van de beschermende laag te regelen tot op de precisie van een enkel atoom over het hele oppervlak. Dit precisieniveau garandeert de stabiliteit van de halfgeleider met behoud van al zijn waterstofproducerende efficiëntie. De volgende stap in het onderzoek is het verbeteren van de elektrische eigenschappen van de beschermlaag.

Het gebruik van algemeen beschikbare materialen en technieken die gemakkelijk kunnen worden opgeschaald, brengt de "groene" foto-elektrochemische productie van waterstof dichter bij de industriële
interesse.