La production de carburants solaires – en particulier d'hydrogène solaire – est un des objectifs affichés pour la transition écologique. Les procédés photo-électrochimiques offrent une solution attractive pour produire de manière décentralisée de l'hydrogène « vert », à partir d'eau et d'énergie solaire, mais leurs performances et leur coût actuels n'autorisent pas leur exploitation à grande échelle.
Pour progresser sur cette voie, des chercheurs de l'Irig et leurs partenaires de University of Science and Technology of Hanoi (Vietnam) ont développé une « feuille » artificielle, basée sur un « cœur » photovoltaïque (une cellule silicium triple jonction).
Ils ont mis au point un procédé photochimique permettant de déposer, en une seule étape et à partir d'un précurseur unique, les deux catalyseurs qui favorisent le dégagement d'hydrogène et l'oxydation de l'eau sur les deux faces de la feuille. Lorsqu'il est plongé dans un milieu salé neutre, le dispositif est capable de convertir l'énergie solaire en énergie chimique (ici sous forme d'hydrogène) avec un rendement de 2 %, mimant ainsi l'activité photosynthétique naturelle des feuilles.
Pour approfondir leur compréhension des phénomènes limitant cette conversion, les chercheurs ont instrumenté les deux faces de la feuille afin de mesurer indépendamment le potentiel électrochimique de fonctionnement de chacun des catalyseurs, le courant parcourant la cellule et quantifier la production d'hydrogène.
Cette caractérisation operando a mis en lumière l'impact des défauts des couches de protection de la cellule triple jonction de cœur et a conduit les scientifiques à proposer de nouvelles pistes pour optimiser l'efficacité de la feuille artificielle.
Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des projets européens SUNERGY et SUNER-C (qui démarre en juin 2022), co-coordonnés par le CEA (DRF) et impliquant également les Directions des énergies et de la recherche technologique du CEA. Ces projets visent à développer la communauté des carburants et de la chimie solaires en Europe et à préparer une action commune européenne de grande ampleur sous forme de partenariat public-privé.