Los científicos han desarrollado un fotoelectrodo que puede captar el 85 por ciento de la luz visible en una capa semiconductora de 30 nanómetros de espesor entre capas de oro. convirtiendo la energía de la luz 11 veces más eficientemente que los métodos anteriores.

En la búsqueda de una sociedad sostenible, Existe una demanda cada vez mayor para desarrollar células solares revolucionarias o sistemas de fotosíntesis artificial que utilicen la energía de la luz visible del sol utilizando la menor cantidad de materiales posible.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Hiroaki Misawa del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido, ha tenido como objetivo desarrollar un fotoelectrodo que pueda recolectar luz visible en un amplio rango espectral mediante el uso de nanopartículas de oro cargadas en un semiconductor. Pero la mera aplicación de una capa de nanopartículas de oro no produjo una cantidad suficiente de absorción de luz, porque captaron luz con solo un rango espectral estrecho.

En el estudio publicado en Nanotecnología de la naturaleza , el equipo de investigación intercala un semiconductor, una película delgada de dióxido de titanio de 30 nanómetros, entre una película de oro de 100 nanómetros y nanopartículas de oro para mejorar la absorción de la luz. Cuando el sistema es irradiado por la luz del lado de la nanopartícula de oro, la película de oro funcionó como un espejo, atrapando la luz en una cavidad entre dos capas de oro y ayudando a las nanopartículas a absorber más luz.

Para su sorpresa, más del 85 por ciento de toda la luz visible fue recolectada por el fotoelectrodo, que era mucho más eficiente que los métodos anteriores. Se sabe que las nanopartículas de oro exhiben un fenómeno llamado resonancia de plasmón localizado que absorbe una cierta longitud de onda de luz. "Nuestro fotoelectrodo creó con éxito una nueva condición en la que el plasmón y la luz visible atrapados en la capa de óxido de titanio interactúan fuertemente, permitiendo que la luz con una amplia gama de longitudes de onda sea absorbida por nanopartículas de oro, "dice Hiroaki Misawa.

Cuando las nanopartículas de oro absorben la luz, la energía adicional desencadena la excitación de electrones en el oro, que transfiere electrones al semiconductor. "La eficiencia de conversión de energía de la luz es 11 veces mayor que aquellos sin funciones de captura de luz, "Misawa explicó. El aumento de la eficiencia también condujo a una mayor división del agua:los electrones redujeron los iones de hidrógeno a hidrógeno, mientras que los huecos de electrones restantes oxidaban el agua para producir oxígeno, un proceso prometedor para producir energía limpia.

"Utilizando cantidades muy pequeñas de material, este fotoelectrodo permite una conversión eficiente de la luz solar en energía renovable, contribuir aún más a la realización de una sociedad sostenible, "concluyeron los investigadores.