Los investigadores de la Universidad de Michigan (EE.UU.) han desarrollado un nuevo tipo de panel solar con una eficiencia del 9% en la conversión de agua en hidrógeno y oxígeno, imitando un paso crucial en la fotosíntesis natural. Con este panel, se puede disminuir el costo del hidrógeno sostenible, gracias a la reducción del semiconductor, que es 100 veces más pequeño en comparación con algunos semiconductores que solo funcionan con baja intensidad de luz.
El nuevo tipo de panel solar tiene la capacidad de concentrar la luz solar equivalente a 160 soles sin destruir el semiconductor que aprovecha la luz. Por otro lado, el panel integra un catalizador semiconductor que utiliza tanto la parte de mayor energía del espectro solar para dividir el agua como la parte inferior del espectro para proporcionar el calor que fomenta la reacción. Este dispositivo puede resistir a la degradación que tales catalizadores suelen experimentar cuando aprovechan la luz solar para impulsar reacciones químicas.
Además de manejar altas intensidades de luz, puede prosperar en altas temperaturas que castigan a los semiconductores de computadora. Las temperaturas más altas aceleran el proceso de división del agua, y el calor adicional también fomenta que el hidrógeno y el oxígeno permanezcan separados en lugar de renovar sus enlaces y formar agua una vez más.
Pruebas del panel solar en el exterior
Para el experimento al aire libre, los investigadores instalaron una lente del tamaño de una ventana de una casa para enfocar la luz del sol en un panel experimental de solo unas pocas pulgadas de ancho. Dentro de ese panel, el catalizador semiconductor estaba cubierto por una capa de agua, burbujeando con los gases de hidrógeno y oxígeno.
El catalizador está hecho de nanoestructuras de nitruro de indio y galio, cultivadas sobre una superficie de silicio. Esa oblea semiconductora captura la luz, convirtiéndola en electrones libres y huecos cargados positivamente que quedan cuando la luz libera los electrones. Las nanoestructuras están salpicadas de bolas de metal a nanoescala de 1/2000 de milímetro de ancho, que usan esos electrones y agujeros para ayudar a dirigir la reacción.
Una simple capa aislante en la parte superior del panel mantiene la temperatura a 75ºC, lo suficientemente cálida para ayudar a estimular la reacción y al mismo tiempo lo suficientemente fría para que el catalizador semiconductor funcione bien. La versión exterior del experimento, con luz solar y temperatura menos confiables, logró una eficiencia del 6,1% al convertir la energía del sol en combustible de hidrógeno. Sin embargo, en interiores, el sistema logró una eficiencia del 9%.
Los próximos desafíos que el equipo pretende abordar son mejorar aún más la eficiencia y lograr hidrógeno de ultra alta pureza que pueda alimentar directamente a las celdas de combustible.