E se potessimo trasformare la luce del sole e l'acqua in carburante? Questa è l'idea alla base di alcuni tipi di celle solari. Conosciute come cellule fotoelettrochimiche sensibilizzate al colorante, questi dispositivi utilizzano l'energia contenuta nella luce solare per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno. L'idrogeno stesso può essere utilizzato come combustibile, oppure può essere utilizzato per produrre altri tipi di combustibili. Il problema? Le condizioni necessarie per scindere l'acqua tendono a danneggiare la cella solare. Ora, i ricercatori hanno progettato una cella fotoelettrochimica sensibilizzata al colorante più stabile.

Questo studio introduce un nuovo design per un più stabile, cella solare a scissione dell'acqua più efficiente. Nella creazione del disegno, il team ha fatto scoperte su una parte fondamentale della cellula. Nello specifico, hanno una visione migliore di ciò che accade quando il materiale che raccoglie gli elettroni dalla luce solare incontra il materiale che divide l'acqua per produrre carburante. Il lavoro successivo basato su questo e altri studi potrebbe aprire la porta a dispositivi efficienti e stabili che producono carburante dalla luce solare.

Le piante a foglia verde convertono prontamente la luce solare in combustibili ad alta densità energetica. Le celle solari convenzionali no. Perchè no? Una reazione fondamentale, scindere l'acqua in ossigeno e idrogeno, si verifica solo in condizioni difficili che danneggiano i materiali della cella. Nello specifico, la scissione dell'acqua si verifica in condizioni fortemente ossidanti (lo stesso tipo di condizioni che causano la ruggine del ferro). I ricercatori hanno progettato una cella solare sensibilizzata al colorante in grado di resistere a queste condizioni difficili. Presenta una buona densità di corrente ed è più stabile dei suoi predecessori. Nel nuovo disegno, il team ha rivestito i componenti molecolari della cella a stato solido con un sottile strato di biossido di titanio (2 nanometri).

All'inizio, il rivestimento ha un po' ostacolato le prestazioni della cella. Per compensare la perdita di prestazioni, il team ha disaccoppiato il colorante dall'interfaccia solida-soluzione. Questa modifica consente l'uso di coloranti che assorbono più luce (lavorando nel campo del visibile). Anche, consente agli scienziati di ottimizzare il pH per dividere l'acqua in modo più efficiente. Questa ricerca è un importante passo avanti nella scissione dell'acqua azionata dal sole. Il design sfrutta la scienza sviluppata negli ultimi due decenni nell'ambito del programma di fotochimica solare del Dipartimento dell'energia e dei relativi centri di ricerca di frontiera energetica.