Un dispositivo produce hidrógeno a partir de la luz solar.

Los ingenieros de la Universidad de Rice han logrado eficiencias récord de energía solar a hidrógeno utilizando semiconductores y electrocatalizadores de perovskita de haluro integrados.

En un momento marcado por las crecientes preocupaciones ambientales y la necesidad urgente de soluciones energéticas sostenibles, los investigadores de todo el mundo han centrado su atención en aprovechar el poder de la luz solar para abordar estos desafíos apremiantes. La búsqueda de soluciones energéticas limpias y sostenibles ha alcanzado un hito significativo.

Los ingenieros de la Universidad de Rice han convertido la luz solar en hidrógeno con una eficiencia sin precedentes. Este logro es posible gracias a un dispositivo que integra semiconductores de perovskita de haluro de última generación y electrocatalizadores en una unidad única, duradera, de bajo costo y fácilmente escalable. La tecnología representa un avance significativo en energía limpia, proporcionando una plataforma versátil para varias reacciones químicas alimentadas por energía solar que convierten de manera eficiente las materias primas en combustibles.

Los investigadores enfatizaron que el uso de la luz solar como fuente de energía para la producción química plantea un gran desafío. El objetivo del equipo es construir plataformas comercialmente viables que puedan producir combustibles alimentados por energía solar. Su solución fue diseñar un sistema que absorba la luz y lleve a cabo la química electroquímica de división del agua en su superficie. La celda fotoelectroquímica combina absorción de luz, conversión de corriente y reacción química en un solo dispositivo. Las barreras anteriores a la producción de hidrógeno verde han incluido bajas eficiencias y semiconductores caros.

El equipo convirtió su célula solar eficiente en un reactor, lo que les permitió utilizar la energía generada para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, presentó un obstáculo importante ya que las perovskitas de haluro demostraron ser extremadamente inestables en el agua y los recubrimientos destinados a aislar los semiconductores interrumpieron o dañaron su funcionalidad. Los investigadores reconocieron la importancia de una barrera de dos capas, que consiste en una capa para evitar la penetración del agua y otra para crear un contacto eléctrico óptimo entre las capas de perovskita y la capa protectora. Su investigación arrojó la mayor eficiencia entre las células fotoelectroquímicas de concentración no solar y demostró ser la mejor en general para los dispositivos que utilizan semiconductores de perovskita de haluro.

Los investigadores han demostrado la eficacia de su diseño de barrera en diferentes reacciones y con diferentes semiconductores, lo que indica una amplia aplicabilidad en numerosos sistemas. El equipo esperaba que estos sistemas sirvieran como plataforma para impulsar varios electrones para reacciones de formación de combustible, utilizando abundantes materias primas y confiando únicamente en la luz solar como fuente de energía.

Referencia: Austin MK Fehr et al., Células fotoelectroquímicas de perovskita de haluro integradas con una eficiencia de división de agua alimentada por energía solar del 20,8%, comunicación de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39290-y