El Berkeley Lab y el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificiales (JCAP), ambos dependientes del Departamento de Energía de los EE.UU., han desarrollado una célula fotoeléctrica y voltaica híbrida (HPEV) capaz de convertir la luz solar y el agua en dos tipos de energía: combustible de hidrógeno y electricidad.
La mayoría de los dispositivos de separación de agua están hechos de una pila de materiales que absorben la luz. Dependiendo de su composición, cada capa absorbe diferentes partes o longitudes de onda del espectro solar, que van desde longitudes de onda menos energéticas de luz infrarroja hasta longitudes de onda más energéticas de luz visible o ultravioleta.
Cuando cada capa absorbe luz, genera un voltaje eléctrico. Estos voltajes individuales se combinan en un voltaje lo suficientemente grande como para dividir el agua en oxígeno y combustible de hidrógeno. Pero según Gideon Segev, investigador postdoctoral en JCAP en la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab y autor principal del estudio, el problema con esta configuración es que aunque las células solares de silicio pueden generar electricidad muy cerca de su límite, su potencial de alto rendimiento es comprometido cuando forman parte de un dispositivo de división de agua.
Una sencilla solución para un planteamiento complejo
La corriente que pasa a través del dispositivo está limitada por otros materiales en la pila que no funcionan tan bien como el silicio. Como resultado, el sistema produce mucha menos corriente de la que podría. Y mientras menos corriente genere, menos combustible solar puede producir.
Segev ha explicado que como el silicio no actúa en su punto de máxima potencia, la mayoría de los electrones excitados en el silicio no tienen a dónde ir, por lo que pierden su energía antes de ser utilizados para realizar un trabajo útil. Ante esa problemática, el equipo de investigación propuso una sencilla solución: dejar salir los electrones.
Las células HPEV desarrolladas por los investigadores recolectan electrones sobrantes que no contribuyen a la generación de combustible. Estos electrones residuales, en cambio, se utilizan para generar energía eléctrica, lo que resulta en un notable incremento de la eficiencia de conversión de la energía solar en general, dijo Segev.
Según los cálculos de los científicos, el 6,8% de la energía solar se puede almacenar como combustible de hidrógeno en una celda HPEV hecha de vanadato de bismuto y silicio, y otro 13,4% de la energía solar se puede convertir en electricidad. Esto permite una eficiencia combinada de 20,2%, tres veces mejor que las células de hidrógeno solar convencionales.