E se pudéssemos transformar a luz do sol e a água em combustível? Essa é a ideia por trás de certos tipos de células solares. Conhecidas como células fotoeletroquímicas sensibilizadas por corante, esses dispositivos usam a energia contida na luz do sol para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. O próprio hidrogênio pode ser usado como combustível, ou pode ser usado para fazer outros tipos de combustíveis. O problema? As condições necessárias para dividir a água tendem a danificar a célula solar. Agora, pesquisadores projetaram uma célula fotoeletroquímica sensibilizada por corante mais estável.

Este estudo apresenta um novo design para um ambiente mais estável, célula solar de divisão de água mais eficiente. Ao criar o design, a equipe fez descobertas sobre uma parte importante da célula. Especificamente, eles têm uma visão melhor do que acontece quando o material que coleta elétrons da luz solar encontra o material que divide a água para produzir combustível. O trabalho subsequente com base neste e em outros estudos pode abrir as portas para dispositivos eficientes e estáveis ​​que produzem combustível a partir da luz solar.

As plantas com folhas verdes convertem prontamente a luz do sol em combustíveis com alta densidade energética. As células solares convencionais não. Por que não? Uma reação chave, dividindo a água em oxigênio e hidrogênio, só ocorre em condições adversas que danificam os materiais da célula. Especificamente, a divisão da água ocorre sob condições fortemente oxidantes (o mesmo tipo de condição que causa a ferrugem do ferro). Os pesquisadores desenvolveram uma célula solar sensibilizada com corante que pode resistir a essas condições difíceis. Ele exibe boa densidade de corrente e é mais estável do que seus predecessores. No novo design, a equipe revestiu os componentes moleculares da célula de estado sólido com uma camada fina (2 nanômetros) de dióxido de titânio.

Inicialmente, o revestimento prejudicou um pouco o desempenho do celular. Para compensar a perda de desempenho, a equipe desacoplou o corante da interface de solução sólida. Essa mudança permite o uso de corantes que absorvem mais luz (atuando na faixa do visível). Também, permite que os cientistas otimizem o pH para dividir a água com mais eficiência. Esta pesquisa é um passo importante na divisão da água por energia solar. O projeto tira proveito da ciência desenvolvida dentro do programa de Fotoquímica Solar do Departamento de Energia e dos Centros de Pesquisa de Fronteira de Energia relacionados nas últimas duas décadas.