¿Y si pudiéramos convertir la luz solar y el agua en combustible? Esa es la idea detrás de ciertos tipos de células solares. Conocidas como células fotoelectroquímicas sensibilizadas con colorante, estos dispositivos utilizan la energía contenida en la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El propio hidrógeno se puede utilizar como combustible, o se puede utilizar para fabricar otros tipos de combustibles. ¿El problema? Las condiciones necesarias para dividir el agua tienden a dañar la célula solar. Ahora, Los investigadores han diseñado una celda fotoelectroquímica sensibilizada con colorante más estable.

Este estudio presenta un nuevo diseño para una mayor estabilidad, célula solar de división de agua más eficiente. Al crear el diseño, el equipo hizo descubrimientos sobre una parte clave de la célula. Específicamente, tienen una mejor visión de lo que sucede cuando el material que recolecta electrones de la luz solar se encuentra con el material que divide el agua para producir combustible. El trabajo de seguimiento basado en este y otros estudios podría abrir la puerta a dispositivos eficientes y estables que producen combustible a partir de la luz solar.

Las plantas de hojas verdes convierten fácilmente la luz solar en combustibles densos en energía. Las células solares convencionales no lo hacen. ¿Por qué no? Una reacción clave, dividiendo el agua en oxígeno e hidrógeno, solo ocurre en condiciones severas que dañan los materiales de la celda. Específicamente, la división del agua ocurre bajo condiciones fuertemente oxidantes (el mismo tipo de condiciones que hacen que el hierro se oxide). Los investigadores diseñaron una celda solar sensibilizada con colorante que puede soportar estas duras condiciones. Presenta una buena densidad de corriente y es más estable que sus predecesores. En el nuevo diseño, el equipo cubrió los componentes moleculares de la celda de estado sólido con una fina capa de dióxido de titanio (2 nanómetros).

En primer lugar, el recubrimiento obstaculizó un poco el rendimiento de la celda. Para compensar la pérdida de rendimiento, el equipo desacopló el tinte de la interfaz de solución sólida. Este cambio permite el uso de tintes que absorben más luz (trabajando en el rango visible). También, permite a los científicos optimizar el pH para dividir el agua de manera más eficiente. Esta investigación es un importante paso adelante en la división del agua impulsada por la energía solar. El diseño aprovecha la ciencia desarrollada dentro del programa de Fotoquímica Solar del Departamento de Energía y los Centros de Investigación de la Frontera Energética relacionados durante las últimas dos décadas.