(PhysOrg.com) - Una estrategia novedosa para la ingeniería de materiales semiconductores puede aumentar el rendimiento de las células solares que dividen el agua para la producción de hidrógeno. según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz.

El uso de la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno es potencialmente una forma limpia y sostenible de generar hidrógeno para vehículos con pilas de combustible. Las células fotovoltaicas utilizan energía solar para generar electricidad, y la electricidad se puede utilizar para dividir el agua por electrólisis. Pero las células fotoelectroquímicas (PEC) proporcionan un enfoque más directo y eficiente, que utilizan energía solar para generar hidrógeno dentro de la propia celda.

Los investigadores de UCSC se centraron en el material semiconductor utilizado como ánodo absorbente de luz en la celda PEC. Combinaron dos técnicas, llamadas dopaje elemental y sensibilización de puntos cuánticos, que se han utilizado para mejorar el rendimiento de los semiconductores de óxido metálico en las células solares. Estas técnicas utilizan la nanotecnología para manipular la estructura de un material en la escala de mil millonésimas de metro.

Trabajo previo en el laboratorio de Jin Zhang, profesor de química y bioquímica en UCSC, demostró que esta combinación de técnicas tiene un efecto sinérgico, mejorando notablemente el rendimiento de las células fotovoltaicas (consulte la historia anterior). En el nuevo estudio, Zhang se asoció con Yat Li, profesor asistente de química y bioquímica, para probar la misma estrategia en una celda PEC.

"El dopaje elemental y la sensibilización por puntos cuánticos son dos técnicas diferentes que funcionan bien por sí mismas. Descubrimos que podemos combinarlas para obtener un efecto sinérgico, "Dijo Li." No solo extendimos esta idea muy bien a una celda fotoelectroquímica para la generación de hidrógeno, también propusimos un nuevo modelo para explicar los datos experimentales observados ".

Zhang señaló que se necesita más trabajo teórico para comprender completamente los mecanismos involucrados. "Comprender los mecanismos nos permitirá optimizar los efectos, ", dijo." El modelo que propusimos en el primer documento era muy preliminar, pero los nuevos resultados nos han ayudado a perfeccionar nuestro modelo ".

Los investigadores informaron sus hallazgos en la revista. Nano letras en un artículo publicado en línea el 25 de enero. Los autores principales del artículo fueron Jennifer Hensel, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Zhang, y Gongming Wang, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Li.

Los investigadores sintetizaron películas delgadas de nanopartículas de dióxido de titanio, así como matrices de nanocables de dióxido de titanio alineadas verticalmente en una película delgada sobre un sustrato. Las películas de dióxido de titanio se doparon con nitrógeno, y nanopartículas de seleniuro de cadmio para la sensibilización de puntos cuánticos. Los materiales compuestos nanoestructurados resultantes se usaron luego como fotoanodos en una celda PEC para comparar su desempeño en experimentos cuidadosamente controlados.

Los resultados son una demostración importante del potencial para mejorar el rendimiento de las células fotoelectroquímicas, así como células solares fotovoltaicas, utilizando materiales cuidadosamente diseñados, Dijo Zhang. "La clave es que la combinación de diferentes enfoques de manera racional puede mejorar significativamente el rendimiento, " él dijo.