Uma nova célula solar que produz hidrogênio a partir da divisão solar direta da água, desenvolvida em conjunto por vários institutos de pesquisa, mostrou uma eficiência recorde de 19,3%. A combinação de células solares tandem basadas en nanopartículas de semicondutores III-V com um catalisador de ródio e um revestimento de dióxido de titânio cristalino promoveu aumento da eficiência. Os pesquisadores afirmam que a célula pode ser usada para produzir hidrogênio diretamente da água, imergindo a célula em um meio aquoso.
Os estudiosos de Helmholtz Zentrum Berlim, Universidade de Cambridge, o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), TU Ilmenau e Fraunhofer ISE apresentaram suas pesquisas sobre o aumento da eficiência das células utilizadas para converter a água em hidrogênio. A equipe explicou que a combinação de células solares com catalisadores e um fotoeletrodo monolítico simplifica a divisão da água.
«A camada de dióxido de titânio cristalino, não só protege a célula solar da corrosão, mas também melhora o transporte de carga, graças às suas propriedades electrónicas vantajosas» diz Dr. Matthias Maio. «Conseguimos aumentar a vida útil para quase 100 horas. Este é um avanço importante em relação aos sistemas anteriores, que já haviam corroído após 40 horas. No entanto, ainda há muito a ser feito».
O Fraunhofer ISE forneceu a célula solar tandem altamente eficiente que permitiu à equipe reduzir a refletividade da superfície da célula. «Aqui também reside a inovação», explica o professor Hans-Joachim Lewerenz, da Caltech. «Porque já alcançamos uma eficiência de mais de 14% em uma pilha anterior em 2015, que era um recorde mundial na época. Aqui substituímos a camada anticorrosiva superior por uma camada de dióxido de titânio cristalino que não só possui excelentes propriedades anti-reflexivas, mas também adere as partículas do catalisador. »
Professor Harry Atwater, Caltech pesquisador acrescenta: «Além disso, foi também utilizado um novo processo electroquímico para produzir nanopartículas de ródio que servem para catalisar a reacção de decomposição da água. Essas partículas têm apenas dez nanômetros de diâmetro e, portanto, são opticamente quase transparentes, o que as torna ideais para o trabalho «.
Parceiros do projeto enfatizam a importância da produção de hidrogênio usando energia renovável. Até hoje, a produção de hidrogênio a partir de fontes renováveis libera uma eficiência comparativamente baixa. Células de maior eficiência capazes de dividir diretamente a água poderiam ser uma maneira de superar esse obstáculo.
«Este trabalho mostra que as células solares em tandem adaptadas para dividir solar de água têm o potencial de alcançar eficiência superior a 20%», diz o professor Thomas Hannappel, TU Ilmenau.»Uma nova abordagem seria escolher materiais absorventes ainda melhores em células tandem. E um dos dois poderia até ser silício».
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