Photogénération d’hydrogène :
la cartographie photoélectrochimique pour l’étude du transport de charge
Les chercheurs du projet VISIBLE, coordonné par Gabriel Loget, chercheur à l’Université de Bordeaux, ont étudié comment des électrodes en silicium, éclairées par la lumière, peuvent produire de l’hydrogène en dissociant les molécules d’eau. Ils ont montré que les charges générées par la lumière peuvent parcourir de longues distances dans le matériau à faible intensité lumineuse, mais qu’elles se déplacent moins loin sous forte illumination, ce qui influence la façon dont on doit placer les catalyseurs pour concevoir des dispositifs efficaces.
La photoélectrolyse de l’eau permet de convertir l’énergie solaire en hydrogène en scindant, de manière directe, des molécules d’eau par des charges générées au sein d’un semiconducteur. Les photoélectrodes dites « métal-isolant-semiconducteur » (MIS) sont des systèmes à base de silicium, immergés dans une solution aqueuse. Sous illumination, le silicium génère des charges qui diffusent vers un catalyseur déposé en surface, sur lequel la molécule d’eau va se scinder. Les photoélectrodes MIS sont de plus en plus utilisées pour la conversion de l’énergie solaire en hydrogène en raison de leurs performances élevées et de leur fabrication simple.
Dans cet article, nous présentons un système de cartographie photoélectrochimique qui utilise un faisceau lumineux balayant la surface des photoélectrodes, permettant de visualiser l’activité optique de ces électrodes. Durant ces travaux, nous avons pu mettre en évidence que lorsque le silicium est en contact avec le liquide, les charges photogénérées peuvent se déplacer sur une grande distance (à l’échelle du millimètre), ce qui signifie que nous n’avons pas besoin d’une grande couverture en catalyseur lorsque l’intensité lumineuse est modérée. Néanmoins, avec une intensité lumineuse très forte, cette distance diminue, ce qui implique que les catalyseurs doivent être plus proches les uns par rapport aux autres. Ce dernier aspect a des implications pour la conception de photoélectrodes pour la génération d’hydrogène avec des systèmes photoélectrochimiques opérants, par exemple, avec de la lumière solaire concentrée.
Contact
Gabriel Loget, Chercheur CNRS, ISM, Université de Bordeaux
Référence
K. Klahan, B. Goudeau, P. Garrigue, V. Lapeyre, L. Santinacci, M. Toma, P. Pattanasattayavong, G. Loget. Imaging hole transport at catalyst-coated MIS photoanodes for water splitting under high-intensity illumination. Chemical Science, 2026, Advance Article. DOI : 10.1039/d5sc08974c
Ce travail s’inscrit dans le projet VISIBLE du PEPR LUMA et a bénéficié d’une aide de l’État gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre de France 2030 portant la référence ANR-24-EXLU-0014.
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