Ingenieros de la Universidad de Rice, en Estados Unidos, pueden convertir la luz solar en hidrógeno con una eficiencia sin precedentes gracias a un dispositivo que combina semiconductores de perovskita de haluro de última generación con electrocatalizadores en un dispositivo único, duradero, rentable y escalable. La nueva tecnología podría servir como plataforma para una amplia gama de reacciones químicas que utilizan electricidad recolectada con energía solar para convertir las materias primas en combustibles.
Los investigadores han creado un fotorreactor integrado, utilizando una barrera anticorrosión que aísla el semiconductor del agua sin impedir la transferencia de electrones. Según un estudio publicado en Nature Communications, el dispositivo logró una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 20,8%.
El dispositivo se conoce como celda fotoelectroquímica porque la absorción de la luz, su conversión en electricidad y el uso de la electricidad para impulsar una reacción química ocurren en el mismo dispositivo.
Hasta ahora, el uso de tecnología fotoelectroquímica para producir hidrógeno verde se veía obstaculizado por la baja eficiencia y el alto costo de los semiconductores. Los ingenieros de la Universidad de Rice explican que todos los dispositivos de este tipo producen hidrógeno verde usando solo luz solar y agua, pero este dispositivo es excepcional porque tiene una eficiencia récord y usa un semiconductor muy barato.
Tecnología para impulsar la economía del hidrógeno
Los investigadores crearon el dispositivo convirtiendo su celda solar altamente competitiva en un reactor que podría usar la energía recolectada para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno.
El desafío que tuvieron que superar fue que las perovskitas de haluro son extremadamente inestables en agua y los recubrimientos utilizados para aislar los semiconductores terminaron interrumpiendo su función o dañándolos.
Durante los últimos dos años, han estado probando diferentes materiales y técnicas y, tras largos ensayos que no dieron el resultado deseado, los investigadores finalmente encontraron una solución: que se necesitaban dos capas en la barrera, una para bloquear el agua y otra para hacer un buen contacto eléctrico entre las capas de perovskita y la capa protectora, obteniendo como resultado la eficiencia más alta para celdas fotoelectroquímicas sin concentración solar, y la mejor en general para aquellas que usan semiconductores de perovskita de haluro.
Los investigadores demostraron que su diseño de barrera funcionó para diferentes reacciones y con diferentes semiconductores, lo que lo hace aplicable en muchos sistemas. Según los investigadores, con más mejoras en la estabilidad y la escala, esta tecnología podría abrir la economía del hidrógeno.