Transformer l'énergie solaire en une forme utilisable est un véritable défi. Une technique consiste à utiliser des semi-conducteurs pour stocker l'énergie sous forme d'hydrogène. Malheureusement, les semi-conducteurs les plus efficaces ne sont pas les plus stables. Une équipe de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) vient de découvrir qu'il est possible de protéger le semi-conducteur avec une couche uniforme de quelques nanomètres d'épaisseur.

Cette découverte permettra d'améliorer les cellules photoélectrochimiques. De la même manière que les plantes utilisent la photosynthèse pour transformer la lumière du soleil en énergie, ces cellules utilisent la lumière du soleil pour entraîner des réactions chimiques qui produisent finalement de l'hydrogène à partir de l'eau. Le processus implique l'utilisation d'un matériau semi-conducteur sensible à la lumière tel que l'oxyde cuivreux pour fournir le courant nécessaire pour alimenter la réaction. Bien que ce ne soit pas cher, l'oxyde est instable s'il est exposé à la lumière dans l'eau. Recherche par Adriana Paracchino et Elijah Thimsen, publié le 8 mai 2011 dans la revue Matériaux naturels , démontre que ce problème peut être surmonté en recouvrant le semi-conducteur d'un film mince d'atomes en utilisant la technique de dépôt de couche atomique (ALD).

Sous la direction du professeur Michael Grätzel au Laboratoire de photonique et interfaces de l'EPFL, les deux scientifiques ont réussi cet exploit remarquable en combinant des techniques utilisées à l'échelle industrielle, puis les appliquer au problème de la production d'hydrogène. Avec leur procédé, l'oxyde cuivreux peut être simplement et efficacement protégé du contact avec l'eau, permettant de l'utiliser comme semi-conducteur. Les avantages sont nombreux :l'oxyde cuivreux est disponible en abondance et
peu coûteux; la couche de protection est totalement imperméable, quelle que soit la rugosité de la surface; et le processus peut facilement être mis à l'échelle pour la fabrication industrielle.

Une technique prometteuse

L'équipe de recherche a développé la technique en "croissant" des couches d'oxyde de zinc et d'oxyde de titane, une couche d'épaisseur atomique à la fois, à la surface de l'oxyde cuivreux. En utilisant la technique ALD, ils ont pu contrôler l'épaisseur de la couche protectrice jusqu'à la précision d'un seul atome sur toute la surface. Ce niveau de précision garantit la stabilité du semi-conducteur tout en préservant toute son efficacité de production d'hydrogène. La prochaine étape de la recherche sera d'améliorer les propriétés électriques de la couche protectrice.

L'utilisation de matériaux et de techniques largement disponibles et facilement extensibles rapproche la production photoélectrochimique « verte » d'hydrogène de la production industrielle.
l'intérêt.