Les chercheurs utilisent des semi-conducteurs pour stocker l'énergie solaire sous forme d'hydrogène, or les plus efficaces ne sont pas les plus stables ; Une équipe de l'EPFL vient de montrer qu'il est possible de les protéger avec une couche uniforme de quelques atomes d'épaisseur.
La découverte va ainsi permettre d'améliorer les cellules photo-électrochimiques. Ces cellules utilisent la lumière solaire, à l'instar de la photosynthèse, pour produire des réactions chimiques, notamment de l'hydrogène à partir de l'eau. Le processus utilise un semi-conducteur sensible à la lumière et capable de générer assez de courant pour la réaction, comme l'oxyde de cuivre par exemple.
Peu couteux, l'oxyde demeure cependant instable lorsqu'il subit une exposition à l'eau et à la lumière.
Publiés dans "Nature Materials" le 8 mai 2011, les travaux d"Adriana Paracchino et Elijah Thimsen montrent qu'il est possible d'éviter l'oxydation en déposant une couche uniforme d'atomes par la technique de l'atomic layer deposition (ALD).
Sous la supervision de Michael Grätzel du Laboratoire de photonique et interfaces, les chercheurs ont combiné avec succès des techniques utilisables à grande échelle pour les appliquer au problème de la production "verte" d'hydrogène. Cette démarche permet d'utiliser l'oxyde de cuivre comme semi-conducteur, tout en le protégeant de l'eau efficacement et simplement.
Les avantages sont nombreux : l'oxyde de cuivre est très répandu, la couverture protectrice ne laisse aucun trou, malgré les aspérités de la surface, et le processus est industrialisable.
Une technique prometteuse
Pour parvenir à ce résultat, l'équipe a fait pousser couche par couche de l'oxyde de zinc et de titane sur l'oxyde de cuivre. La technique ALD permet de contrôler l'épaisseur de la couche protectrice à l'atome près sur toute la surface. Ce contrôle permet de garantir la stabilité tout en préservant l'efficacité de la production d'hydrogène. La prochaine étape des recherches est d’améliorer les propriétés électriques de la couche protectrice.
L'utilisation de matériaux très répandus et de techniques de synthèse applicables à grande échelle est un atout. Elle permet de se rapprocher de la production photo-électrochimique d'hydrogène au niveau industriel.
** Highly active oxide photocathode for photoelectrochemical water reduction, Adriana Paracchino, Vincent Laporte, Kevin Sivula, Michael Grätzel and Elijah Thimsen, Nature Materials, 8 mai 2011.
