Trasformare l'energia solare in una forma utilizzabile è una vera sfida. Una tecnica consiste nell'utilizzare semiconduttori per immagazzinare l'energia sotto forma di idrogeno. Sfortunatamente, i semiconduttori più efficienti non sono i più stabili. Un team dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Svizzera) ha appena scoperto che è possibile proteggere il semiconduttore con uno strato uniforme di pochi nanometri.

Questa scoperta consentirà di migliorare le celle fotoelettrochimiche. Allo stesso modo in cui le piante usano la fotosintesi per trasformare la luce solare in energia, queste cellule usano la luce solare per guidare le reazioni chimiche che alla fine producono idrogeno dall'acqua. Il processo prevede l'utilizzo di un materiale semiconduttore sensibile alla luce come l'ossido rameoso per fornire la corrente necessaria per alimentare la reazione. Anche se non è costoso, l'ossido è instabile se esposto alla luce in acqua. Ricerca di Adriana Paracchino ed Elijah Thimsen, pubblicato l'8 maggio 2011 sulla rivista Materiali della natura , dimostra che questo problema può essere superato ricoprendo il semiconduttore con un sottile film di atomi utilizzando la tecnica di deposizione di strati atomici (ALD).

Sotto la supervisione del professor Michael Grätzel nel Laboratorio di fotonica e interfacce dell'EPFL, i due scienziati hanno raggiunto questa straordinaria impresa combinando tecniche utilizzate su scala industriale, e poi applicarli al problema della produzione di idrogeno. Con il loro processo, l'ossido rameoso può essere protetto in modo semplice ed efficace dal contatto con l'acqua, rendendo possibile l'utilizzo come semiconduttore. I vantaggi sono numerosi:l'ossido rameoso è abbondantemente disponibile e
poco costoso; lo strato protettivo è completamente impermeabile, indipendentemente dalla rugosità della superficie; e il processo può essere facilmente scalato per la fabbricazione industriale.

Una tecnica promettente

Il team di ricerca ha sviluppato la tecnica "crescendo" strati di ossido di zinco e ossido di titanio, uno strato dello spessore di un atomo alla volta, sulla superficie dell'ossido rameoso. Utilizzando la tecnica ALD, erano in grado di controllare lo spessore dello strato protettivo fino alla precisione di un singolo atomo su tutta la superficie. Questo livello di precisione garantisce la stabilità del semiconduttore preservando tutta la sua efficienza nella produzione di idrogeno. Il prossimo passo nella ricerca sarà quello di migliorare le proprietà elettriche dello strato protettivo.

L'utilizzo di materiali e tecniche ampiamente disponibili e facilmente scalabili avvicina la produzione fotoelettrochimica "verde" di idrogeno a quella industriale
interesse.