Nueva célula a partir de la división solar directa del agua obtiene una eficiencia del 19,3 % y aumenta significativamente la longevidad

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Una nueva célula solar que produce hidrógeno a partir de la división solar directa del agua desarrollada conjuntamente por varios institutos de investigación ha demostrado una eficiencia récord del 19,3 %. La combinación de una pila solar en tándem de semiconductores III-V con un catalizador de nanopartículas de rodio y un recubrimiento de dióxido de titanio cristalino impulsó el aumento de la eficiencia. Los investigadores afirman que la célula se puede utilizar para producir hidrógeno a partir del agua directamente, sumergiendo la célula en un medio acuoso.

Estudiosos de Helmholtz Zentrum Berlin, la Universidad de Cambridge, el Instituto de Tecnología de California (Caltech), TU Ilmenau y Fraunhofer ISE han presentado su investigación sobre el aumento de la eficiencia de las células utilizadas para convertir el agua en hidrógeno. El equipo explicó que la combinación de células solares con catalizadores y un fotoelectrodo monolítico simplifica la división del agua.

 

“La capa de dióxido de titanio cristalino no solo protege la célula solar real de la corrosión, sino que también mejora el transporte de carga, gracias a sus ventajosas propiedades electrónicas”, dice el Dr. Matthias May. “Pudimos aumentar la vida útil a casi 100 horas. Este es un avance importante en comparación con los sistemas anteriores, que ya se habían corroído después de 40 horas. Sin embargo, todavía hay mucho por hacer “.

Fraunhofer ISE proporcionó la pila solar en tándem de alta eficiencia que permitió al equipo reducir la reflectividad de la superficie de la célula. “Aquí también es donde radica la innovación”, explica el profesor Hans-Joachim Lewerenz de Caltech. “Porque ya habíamos alcanzado una eficiencia de más del 14 % en una pila anterior en 2015, que fue un récord mundial en ese momento. Aquí hemos reemplazado la capa superior anticorrosiva con una capa de dióxido de titanio cristalino que no solo tiene excelentes propiedades antirreflectantes, sino que también se adhieren las partículas de catalizador”.
El profesor Harry Atwater, investigador de Caltech, agrega: “Además, también hemos utilizado un nuevo proceso electroquímico para producir las nanopartículas de rodio que sirven para catalizar la reacción de división del agua. Estas partículas tienen solo diez nanómetros de diámetro y, por lo tanto, son ópticamente casi transparentes, lo que las hace ideales para el trabajo “.

Los socios del proyecto destacan la importancia de la producción de hidrógeno utilizando energía renovable. Hasta la fecha, la producción de hidrógeno a partir de renovables publica una eficiencia comparativamente baja. Las células de mayor eficiencia capaces de dividir directamente el agua podrían ser una forma de superar este obstáculo.

“Este trabajo muestra que las la pilas solares en tándem hechas a medida para la división solar directa del agua tienen el potencial de lograr eficiencias superiores al 20 %”, dice el profesor Thomas Hannappel, de TU Ilmenau. “Un nuevo enfoque sería elegir incluso mejores materiales absorbentes en las pilas en tándem. Y uno de los dos podría ser incluso el silicio”.