Um novo dispositivo de fotossíntese artificial chamado HEPV (célula fotoelétrica e híbrida voltaica) converte a luz solar e a água em não um, mas dois tipos de energia: hidrogênio e eletricidade.

Na busca por abundantes alternativas renováveis ​​aos combustíveis fósseis, os cientistas tentaram coletar energia do sol através da “divisão da água”, uma técnica de fotossíntese artificial que usa a luz solar para gerar combustível de hidrogênio a partir de água.

Mas os dispositivos de divisão de água ainda não atingiram seu potencial porque ainda não há projeto para materiais com a combinação certa de propriedades ópticas, eletrônicas e químicas necessárias para que funcionem eficientemente.

Para evitar as limitações do sistema convencional de divisão de água, os pesquisadores do laboratório de Berkeley acrescentaram um contato elétrico adicional à superfície traseira do componente de silício, resultando em um dispositivo HPEV com dois contatos na parte traseira em vez de apenas um.

A saída traseira adicional permitiria que a corrente fosse dividida em duas, de modo que uma parte da corrente contribua para a geração de combustíveis solares, e o restante possa ser extraído como energia elétrica.

Depois de executar uma simulação para prever se o HPEC funcionaria conforme planejado, eles criaram um protótipo para testar sua teoria.

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“E para nossa surpresa, funcionou!” disse Gideon Segev, principal autor do estudo. “Na ciência, você nunca está realmente certo de que tudo vai funcionar, mesmo que simulações em computador dizem que vão.

Mas isso também faz com que seja divertido. Foi ótimo ver nossos experimentos validar as previsões de nossas simulações”, disse ele.

De acordo com os cálculos, um gerador de hidrogênio solares convencional com base em uma combinação de silício e bismuto vanadato, um material amplamente estudado para a separação de água solar, gerar hidrogênio com uma eficiência de energia solar de 6,8 por cento de hidrogênio.

Em outras palavras, de toda a energia solar incidente que atinge a superfície de uma célula, 6,8% serão armazenados na forma de combustível de hidrogênio, e todo o resto será perdido.

Em contraste, as células HPEV coletam elétrons excedentes que não contribuem para a geração de combustível. Esses elétrons residuais são usados ​​para gerar energia elétrica, o que resulta em um aumento dramático na eficiência de conversão da energia solar em geral, disse Segev.

Por exemplo, de acordo com os mesmos cálculos, os mesmos 6,8% da energia solar podem ser armazenados como combustível de hidrogênio em uma célula de HPEV feita de bismuto e vanadato de silício, e outros 13,4% da energia solar é pode converter em eletricidade.

Isso permite uma eficiência combinada de 20,2%, três vezes melhor que as células solares de hidrogênio convencionais.

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