Et si nous pouvions transformer la lumière du soleil et l'eau en carburant ? C'est l'idée derrière certains types de cellules solaires. Connues sous le nom de cellules photoélectrochimiques à colorant, ces appareils utilisent l'énergie contenue dans la lumière du soleil pour diviser l'eau en hydrogène et oxygène. L'hydrogène lui-même peut être utilisé comme carburant, ou il peut être utilisé pour fabriquer d'autres types de carburants. Le problème? Les conditions nécessaires à la séparation de l'eau ont tendance à endommager la cellule solaire. Maintenant, les chercheurs ont conçu une cellule photoélectrochimique à colorant plus stable.

Cette étude présente une nouvelle conception pour une plus stable, cellule solaire à séparation d'eau plus efficace. Lors de la création du dessin, l'équipe a fait des découvertes sur un élément clé de la cellule. Spécifiquement, ils ont une meilleure vision de ce qui se passe lorsque le matériau qui récupère les électrons de la lumière du soleil rencontre le matériau qui divise l'eau pour produire du carburant. Des travaux de suivi basés sur cette étude et d'autres pourraient ouvrir la porte à des dispositifs efficaces et stables qui fabriquent du carburant à partir de la lumière du soleil.

Les plantes à feuilles vertes convertissent facilement la lumière du soleil en combustibles denses en énergie. Les cellules solaires conventionnelles ne le font pas. Pourquoi pas? Une réaction clé, fractionner l'eau en oxygène et hydrogène, ne se produit que dans des conditions difficiles qui endommagent les matériaux de la cellule. Spécifiquement, le fractionnement de l'eau se produit dans des conditions fortement oxydantes (le même type de conditions qui provoquent la rouille du fer). Les chercheurs ont conçu une cellule solaire à colorant capable de résister à ces conditions difficiles. Il présente une bonne densité de courant et est plus stable que ses prédécesseurs. Dans la nouvelle conception, l'équipe a recouvert les composants moléculaires de la cellule à l'état solide d'une fine couche de dioxyde de titane (2 nanomètres).

En premier, le revêtement a un peu entravé les performances de la cellule. Pour compenser la perte de performance, l'équipe a découplé le colorant de l'interface solide-solution. Ce changement permet l'utilisation de colorants qui absorbent plus de lumière (travaillant dans le domaine visible). Aussi, il permet aux scientifiques d'optimiser le pH pour diviser plus efficacement l'eau. Cette recherche est un pas en avant important dans la division de l'eau par l'énergie solaire. La conception tire parti de la science développée au sein du programme de photochimie solaire du ministère de l'Énergie et des centres de recherche Energy Frontier connexes au cours des deux dernières décennies.