Desarrollan una célula solar altamente eficiente que permite la producción descentralizada de hidrógeno

Investigadores de la Universidad de Tubinga (Alemania) han presentado un nuevo tipo de célula solar con una eficiencia notablemente alta que permite la producción descentralizada de hidrógeno y tiene potencial para aplicaciones a escala industrial.

Cuando el hidrógeno se produce a partir de agua mediante electrólisis utilizando energía renovable, se lo denomina "hidrógeno verde" debido a su producción respetuosa con el clima. En la división del agua solar, a menudo denominada fotosíntesis artificial, el hidrógeno se produce utilizando energía del sol.

La célula solar desarrollada por el equipo de investigación, dirigido por el Dr. Matthias May del Instituto de Química Física y Teórica de la universidad, forma parte integrante del aparato fotoelectroquímico y trabaja directamente con los catalizadores para la división del agua. Y cuenta con la particularidad de que ya no es necesario un circuito externo adicional, como por ejemplo un panel solar fotovoltaico.

Exigencias

Este enfoque innovador hace que la tecnología sea más compacta, más flexible y potencialmente más rentable. Pero este diseño conlleva mayores exigencias para la célula solar. "Entre los investigadores en este campo, lograr una división fotoelectroquímica o directa del agua estable y eficiente es una especie de santo grial", dice May.

La característica especial de la estructura de las células solares es el alto grado de control de las interfaces entre los diferentes materiales. Aquí las estructuras de la superficie se fabrican y comprueban en una escala de unos pocos nanómetros o millonésimas de milímetro. Especialmente problemáticos son los pequeños defectos cristalinos que se producen, por ejemplo, durante el crecimiento de las capas de células solares. Estos defectos también cambian la estructura electrónica y, por tanto, pueden reducir tanto la eficiencia como la estabilidad del sistema.

"Sin embargo, en general, la corrosión y, por tanto, la estabilidad a largo plazo de la célula solar en el agua, sigue siendo el mayor desafío. En este sentido, hemos logrado grandes avances en comparación con nuestros trabajos anteriores" añade el doctor May.

Eficiencia

El diseño técnico de la nueva célula es a la vez innovador y especialmente eficaz. El índice de eficiencia de la celda indica qué porcentaje de la energía de la luz solar se puede convertir en energía utilizable de hidrógeno (poder calorífico). El equipo de investigación ha logrado una eficiencia del 18%, el segundo valor más alto jamás medido para la división solar directa del agua. Las primeras eficiencias significativas para la división solar del agua fueron presentadas en 1998 por el NREL en EEUU con un 12%. A esto le siguió solo en 2015 un salto al 14% y en 2018 al 19%.

Los próximos pasos incluyen mejorar la estabilidad a largo plazo, transferir a un sistema de material basado en silicio más rentable y ampliarlo a áreas de superficie más grandes.