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Advanced Science (2021)

De la production d’hydrogène solaire réalisée avec une nouvelle famille de matériaux développée à Rennes

 
Actu INSIS
 

L’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique pour produire de la chaleur ou de l’électricité sur demande est une solution presque idéale dans le cadre général de la lutte contre le réchauffement climatique et du développement durable, pour les besoins domestiques, dans le transport, ou à grande échelle dans des centrales de production d’énergie. En effet, combiné avec l’oxygène de l’air, l’hydrogène permet de produire de l’énergie en ne dégageant que de l’eau. Néanmoins, l’hydrogène utilisé actuellement est essentiellement produit à partir d’énergies fossiles, et il est donc nécessaire de trouver d’autres modes de production décarbonés.

L’une des possibilités est d’utiliser directement l’énergie solaire pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau dans des cellules photo-électro-chimiques. C’est l’approche choisie par une équipe de scientifiques Rennais, regroupée autour de Charles CORNET, Nicolas BERTRU et Yoan LÉGER (Institut FOTON) et de Gabriel LOGET et Bruno FABRE (ISCR), et en collaboration avec des membres de l’IPR. Dans le travail qui vient d’être publié dans la prestigieuse revue « Advanced Science », l’équipe Rennaise propose d’utiliser une nouvelle famille de matériaux avec des propriétés photo-électriques tout à fait étonnantes pour produire de l’hydrogène solaire efficacement et à faible coût et faible impact environnemental. Cette proposition est accompagnée de plusieurs démonstrations de photo-électrodes fonctionnant sous illumination solaire.

 
Un consortium Rennais
 
 
Des inclusions 2D semi-métalliques dans des semi-conducteurs à l’origine des propriétés surprenantes observées
 

Les semi-conducteurs III-V sont des matériaux réputés pour leurs très bonnes propriétés optiques, et sont donc utilisés dans une large gamme d’applications, allant des émetteurs lasers et des capteurs optiques, jusqu’aux cellules solaires photovoltaïques. Les auteurs de ce travail montrent non seulement que leur intégration sur substrat de silicium permet de réduire énormément les coûts de fabrication de ces matériaux, mais qu’elle leur confère en plus des propriétés physiques tout à fait remarquables et sans précédent. En particulier, ils démontrent la présence de singularités 2D à l’échelle atomique, avec un caractère semi-métallique dans le matériau, ce qui lui permet d’être à la fois photo-actif (absorption de la lumière et conversion en charges électriques), et métallique localement (transport des charges électriques très fortement anisotrope). Plus surprenant encore, le matériau peut conduire à la fois les charges positives et négatives (caractère ambipolaire), et les singularités ont des propriétés topologiques. Dans ce travail, une preuve de concept est présentée à travers la réalisation de plusieurs photo-électrodes III-V/Si pour la production d’hydrogène solaire, mais l’utilisation de ce matériau pourrait aussi être très intéressante pour de nombreuses autres applications dans le domaine de l’énergie (cellules solaires), des capteurs, de la photonique, de l’électronique, et du calcul quantique.

 
Des scientifiques Rennais découvrent une nouvelle famille de matériaux capables à la fois d’absorber la lumière comme une cellule solaire et de se comporter comme un métal, permettant la production solaire d’hydrogène renouvelable
 
 
Contact
Charles CORNET
charles.cornet insa-rennes.fr
02 23 23 83 99
 
Partenaires

ISCR (Rennes, France), IPR (Rennes, France)

 
Référence

Epitaxial III–V/Si Vertical Heterostructures with Hybrid 2D‐Semimetal/Semiconductor Ambipolar and Photoactive Properties, L. Chen, Y. Léger, G. Loget, M. Piriyev, I. Jadli, S. Tricot, T. Rohel, R. Bernard, A. Beck, J. Le Pouliquen, P. Turban, P. Schieffer, C. Levallois, B. Fabre, L. Pedesseau, J. Even, N. Bertru, C. Cornet Adv. Sci. 2021, hal-03426793

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