De nouvelles cellules photo-électrochimiques pour la production de carburant solaire
Transformer le CO2 de l’atmosphère en carburant grâce à l’énergie solaire : défi relevé par des scientifiques du CNRS, qui viennent de mettre au point une cellule photo-électrochimique optimisée, repoussant ainsi les limites des technologies actuelles. Leurs résultats, publiés dans la revue Angewandte Chemie Int. Ed., ouvrent la voie à des dispositifs flexibles et sur-mesure susceptibles de contribuer aux défis environnementaux.
La réduction électrochimique ou électrolyse du CO2 en monoxyde de carbone (CO) et dioxygène (O2) utilisant le soleil comme source d’énergie renouvelable est une des stratégies envisagée pour sa valorisation. Idée empruntée à Dame Nature qui transforme depuis toujours le CO2 et l’eau en glucose grâce à l’énergie du soleil via la photosynthèse.
Réaliser cette transformation nécessite de rassembler au sein d’un même dispositif un matériau photovoltaïque capable de convertir efficacement la lumière solaire en courant électrique, et une cellule électrochimique dans laquelle un catalyseur performant activera la réduction du CO2. Dans ce contexte, l'intégration de catalyseurs moléculaires efficaces et hautement sélectifs sur des photo-électrodes semi-conductrices de haute performance, conduisant au développement de cellules photo-électrochimiques solaires hybrides (PEC), est une piste de recherche prometteuse pour réaliser cette photosynthèse artificielle. Mais les contraintes restent nombreuses. Le matériau semi-conducteur doit fournir des densités de courant suffisantes pour casser la molécule de CO2 particulièrement stable, et le catalyseur doit se montrer à la fois efficace, sélectif, peu coûteux et stable en milieu aqueux. Les obstacles à surmonter restent nombreux avant d’arriver à des dispositifs efficaces…
Défi relevé par des scientifiques de l’Institut parisien de chimie moléculaire (CNRS/Sorbonne Université), de l'Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes) et du CEISAM (CNRS/Université de Nantes). La majorité des photoélectrodes sont actuellement éclairées du côté du semi-conducteur photoactif en raison de la présence d'une couche métallique optiquement opaque sur ce que l'on appelle le contact arrière. Il s'agit là d'une contrainte majeure, car cela oblige tous les composants qui recouvrent le matériau photoactif - y compris les matériaux de protection, les couches tampons et les catalyseurs actifs - à être transparents à la lumière du soleil.