La conversion solaire en combustible offre une technologie prometteuse pour résoudre les problèmes énergétiques, pourtant, les performances de l'appareil pourraient être limitées par une absorption indésirable de la lumière du soleil. Les chercheurs montrent que le thiocyanate de cuivre peut faciliter le transport des trous dans les photoélectrodes à oxyde et permettre une efficacité solaire à hydrogène de 4,55% dans les dispositifs en tandem.

Le fractionnement photoélectrochimique (PEC) de l'eau pour la production d'hydrogène a été considéré comme le Saint Graal de l'électrochimie. Mais pour y parvenir, de nombreux scientifiques pensent que les matériaux doivent être abondants et peu coûteux.

Les photocathodes à oxyde les plus prometteuses sont l'oxyde cuivreux (Cu 2 O) photoélectrodes. En 2018 et 2019, des chercheurs de l'EPFL ont réalisé des performances de champion avec l'oxyde cuivreux, rivalisant avec les photocathodes à semi-conducteurs photovoltaïques (PV).

Mais il manquait encore une pièce au puzzle. Même Cu à la pointe de la technologie 2 Les photocathodes O utilisent encore des contacts arrière métalliques (cuivre ou or), permettant une recombinaison électron-trou considérable. Parmi les autres inconvénients, citons le coût élevé et le fait que le contact métallique ne laissera pas passer la lumière du soleil non absorbée.

Maintenant, scientifiques à l'EPFL montrent pour la première fois, que le thiocyanate de cuivre (CuSCN) peut être utilisé comme couche de transport de trous (HTL) transparente et efficace pour Cu 2 O photocathodes avec des performances globales améliorées. La recherche a été dirigée par les professeurs Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, et Kevin Sivula de l'Institut des sciences et de l'ingénierie chimiques de l'EPFL.

Une analyse détaillée sur deux types de CuSCN a montré qu'une structure défectueuse pouvait être bénéfique pour la conduction des trous. De plus, en raison de l'alignement coïncident entre les bandes de valence de CuSCN et Cu 2 , le transport de trous assisté par les états de queue de bande dans CuSCN a été découvert pour permettre une conduction de trous lisse tout en bloquant efficacement le transport d'électrons.

Les avantages optiques du CuSCN ont également été mis en évidence par un tandem PEC-PV autonome offrant une efficacité solaire-hydrogène de 4,55 %. Cette efficacité (4,55% pour 12 h) est actuellement la plus élevée parmi tous les Cu 2 Tandems à double amortisseur à base de O.

L'étude présente une avancée claire et impressionnante au-delà de l'état de l'art Cu 2 O photocathodes, qui peuvent contribuer et inspirer le développement futur dans le domaine.

"Bien que les meilleurs chiffres soient atteints avec le matériau d'oxyde dans ce travail, nous pensons que les valeurs plus élevées ne sont pas loin, " dit Pan Lingfeng, le premier auteur de l'article. "Au moins trois aspects ne sont pas optimaux, mais les améliorer est très faisable. La valeur de l'efficacité se rapproche de plus en plus de celle qui était auparavant considérée comme le seuil de commercialisation."