Une nouvelle cellule solaire puissante produit à la fois de l'hydrogène et de l'électricité

Dans un domaine où l’essentiel est que la flexion de l’eau rencontre l’énergie renouvelable, les chercheurs ont réussi à exploiter la photosynthèse pour diviser l’eau et produire de l’hydrogène. La scission de H2O à son niveau moléculaire est une chose que les scientifiques font depuis plus de 200 ans et pourrait constituer la clé de la tentation d'une économie de l'hydrogène sans émissions - si seulement elle pouvait être augmentée.

Heureusement, nous avons progressé dans la réduction des coûts et les chercheurs sont également sur le point de maîtriser l’art de la photosynthèse artificielle, mais une faible efficacité empêche le processus de rêver grand, du moins jusqu’à présent.

C’est ce qui ressort d’un nouveau journal publié lundi à Matériaux Nature par le laboratoire national Lawrence Berkeley, qui présente une solution hybride simple et élégante qui contourne le goulot d’étranglement actuel des cellules photoélectrochimiques.

«C’est un repas gratuit», confie le chercheur principal Gideon Segev. Inverse.

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Les cellules photoélectrochimiques sont le recourbement de la lumière et de l’eau de Science

Les cellules photoélectrochimiques sont généralement un empilement de différents matériaux qui absorbent la lumière. Chaque couche absorbe une longueur d'onde différente, créant des tensions électriques qui aboutissent à une tension suffisamment forte pour diviser l'eau en oxygène et en hydrogène.

Ceci, naturellement, sonne comme une bonne utilisation de la lumière du soleil. Même lorsque les cellules solaires au silicium fonctionnent correctement, des problèmes se posent lorsque d’autres matériaux de la pile ne peuvent pas égaler ses performances, ce qui laisse l’énergie perdue.

«Vous avez besoin de deux matériaux, idéalement du silicium et en plus de tout autre matériau capable d'absorber la partie la plus énergétique du matériau», dit Segev. "Le goulot d'étranglement dans le système est et sera toujours l'autre matériau, donc la recherche vise principalement à améliorer l'autre matériau."

Comment les électrons présentent une solution élégante

Segev et son équipe ont décidé de prendre du recul et de réfléchir à la manière dont ils pourraient améliorer le système dans son ensemble. Et ils se sont rendus compte qu'il y avait toute une autre source d'énergie qui attendait d'être exploitée: les électrons.

«Vous avez ce matériau semi-conducteur qui absorbe la lumière. La lumière peut être considérée comme une particule. Ainsi, lorsqu'un photon est absorbé, il donne son énergie à l'électron, dans son état excité », explique Segev. «Vous pouvez dire que l'électron a un temps précis avant de perdre son énergie, l'énergie que les photons lui ont donnée.

Des recherches antérieures ont simplement permis aux cellules de chauffer et de laisser l'énergie se dissiper. L’équipe de Segev a littéralement donné un exutoire à l’énergie de l’électron. Alors que la plupart des séparateurs d’eau ont généralement deux côtés, l’un pour la production de combustibles solaires et l’autre pour la libération de courant, ce nouveau prototype comporte deux sorties à l’arrière, une pour la production de combustible solaire et une pour l’énergie électrique. Deux types d'énergie, une cellule.

Le prototype - qu'il a fallu créer au bout de 19 itérations pénibles au cours d'une année - offre un potentiel considérable de rendement de l'énergie solaire en hydrogène par rapport à son taux actuel de 6,8%. Avec les matériaux idéaux, le groupe a calculé une augmentation potentielle de 20,2%, multipliant par trois le taux de cellules à hydrogène solaire classiques.

Tout à coup, les stations d’alimentation en hydrogène solaire du futur ne semblent plus désespérantes, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires avant de pouvoir créer une utopie fonctionnant à l’hydrogène.

«Si cela fonctionnait efficacement et si les coûts étaient compétitifs, nous pourrions peut-être commencer à parler de stations-service commerciales ou à hydrogène alimentées par le soleil», déclare Segev. "Mais je pense que tout cela est très prématuré à ce stade. Nous ne sommes donc pas en mesure de parler de faire de cette technologie une technologie que les gens verront dans leur vie demain matin."

Mais Segev, on peut rêver.

Correction: une version précédente de l'histoire imprimait à tort que le prototype atteignait une triple efficacité, bien que cela reste un calcul. L’histoire a été mise à jour avec les commentaires supplémentaires de l’auteur de l’étude.