Un nuovo dispositivo di fotosintesi artificiale chiamato HEPV (fotocellula e cella voltaica ibrida) converte luce e acqua non in uno, ma in due tipi di energia: idrogeno ed elettricità. Nella ricerca di abbondanti alternative rinnovabili ai combustibili fossili, gli scienziati hanno cercato di raccogliere energia dal sole attraverso la “divisione dell’acqua”, una tecnica di fotosintesi artificiale che utilizza la luce solare per generare idrogeno dall’acqua.

Ma i dispositivi per la divisione dell’acqua non hanno ancora raggiunto il loro potenziale perché non esiste ancora un progetto per i materiali con la giusta combinazione di proprietà ottiche, elettroniche e chimiche necessarie per il loro funzionamento efficiente.

Per evitare le limitazioni del sistema idrico di scissione convenzionale, i ricercatori del Berkeley Lab hanno aggiunto un ulteriore contatto elettrico alla superficie posteriore del componente silicio, risultando in un dispositivo con due contatti HPEV sul retro piuttosto che uno solo. L’uscita posteriore aggiuntivo permette che la corrente sia divisa in due, in modo che una parte confluisca verso la generazione di combustibili solari e il resto può essere estratto come energia elettrica.

 

Esperimenti 

Dopo aver eseguito una simulazione per prevedere se l’HPEC avrebbe funzionato come progettato, gli scienziati hanno realizzato un prototipo per testare la loro teoria. “E con nostra sorpresa, ha funzionato!” ha detto Gideon Segev, autore principale dello studio. “Nella scienza, non si è mai veramente sicuri che tutto funzionerà, anche se le simulazioni sul computer dicono che lo faranno. Ma questo rende tutto più divertente. E’ stato bello vedere che i nostri esperimenti convalidano le previsioni di nostre simulazioni“, ha detto.

Secondo i suoi calcoli, un convenzionale generatore di idrogeno solare basato su una combinazione di silicio e vanadio di bismuto, un materiale ampiamente studiato per la divisione dell’acqua solare, genererebbe idrogeno con un’efficienza solare dell’idrogeno del 6,8 percento. In altre parole, di tutta l’energia solare incidente che colpisce la superficie di una cella, il 6,8% verrà immagazzinato sotto forma di carburante a idrogeno, e tutto il resto andrà perso.

Al contrario, le cellule HPEV raccolgono elettroni in eccesso che non contribuiscono alla generazione di combustibile. Questi elettroni residui sono usati invece per generare energia elettrica, il che si traduce in un notevole aumento dell’efficienza di conversione dell’energia solare in generale, ha detto Segev. Ad esempio, secondo gli stessi calcoli, lo stesso 6,8 per cento di energia solare può essere memorizzato come cella HPEV a combustibile idrogeno in silicio e vanadato di bismuto, e un altro 13,4 percento dell’energia solare può convertire in energia elettrica. Ciò consente un’efficienza combinata del 20,2 percento, tre volte migliore rispetto alle celle convenzionali di idrogeno solare.

L’articolo che descrive questa scoperta è pubblicato in Nature Materials.