Grâce à l’énergie véhiculée par la lumière du Soleil, on peut produire de l’électricité. Mais on peut aussi se chauffer. Et pourquoi pas, produire de l’hydrogène, carburant pour les voitures du futur. Des chercheurs assurent, en effet, avoir développé une molécule susceptible de mener à bien cette opération directement, de manière rapide et efficace.
au sommaire
Certains envisagent l'hydrogènehydrogène comme le carburant de demain. Mais, aujourd'hui, il est majoritairement produit à partir de sources fossiles. Pour rendre l'hydrogène plus propre, il est envisagé de le produire par électrolyseélectrolyse de l'eau, à partir d'une électricité renouvelable. Cependant, les technologies actuelles manquent de compétitivité. Reste la voie de la photocatalyse. Une manière de craquer les moléculesmolécules d'eau directement grâce à l'énergieénergie solaire.
Et des chercheurs de l’université de l’État de l’Ohio (États-Unis) annoncent aujourd'hui avoir mis au point une molécule capable à la fois d'absorber efficacement la lumièrelumière du SoleilSoleil et de jouer les catalyseurscatalyseurs pour transformer cette énergie en hydrogène. En captant l'ensemble du spectrespectre, cette molécule est capable d'exploiter plus de 50 % d'énergie solaire en plus que les cellules photovoltaïques actuelles.
Une molécule trop chère pour des applications industrielles
La molécule en question est un dérivé du rhodiumrhodium, un métalmétal dur et cassant. Après l'avoir plongé dans une solution acideacide et éclairée à l'aide de LEDLED, les chercheurs ont pu observer une production d’hydrogène. Le résultat de l'excitation de la molécule par les photonsphotons.
L'ennui, c'est que le rhodium est un métal rare et cher. Avant que l'avancée ne puisse être commercialisée, il faudra donc améliorer la duréedurée de vie du catalyseur. Et mieux encore, trouver un autre catalyseur du même type, fabriqué à partir d'éléments moins coûteux.
Photovoltaïque : exploiter tout le spectre solaire, c'est possible
Les cellules photovoltaïques ne tirent profit que d'une partie de l'énergie du rayonnement solaire. La situation pourrait bientôt évoluer grâce aux travaux d'une équipe du MIT. Ses chercheurs ont imaginé un système où la lumière est d'abord convertie en chaleurchaleur, puis en rayonnement thermiquerayonnement thermique. L'astuce : le rayonnement réémis excite un plus grand nombre d'électronsélectrons dans le semi-conducteursemi-conducteur.
Article de Quentin MauguitQuentin Mauguit paru le 22/01/2014
Dans le monde, la majorité des installations photovoltaïques est équipée de modules solaires qui exploitent les propriétés semi-conductrices du siliciumsilicium. Leur rendement commercial se situe actuellement entre 13 et 21 %, mais les spécialistes estiment qu'il peut être amélioré. Des recherches sont donc menées en ce sens, mais en gardant un détail crucial à l'esprit : il ne pourra théoriquement jamais dépasser 33,7 % dans les technologies n'utilisant qu'une seule jonction p-n (limite de Shockley-Queisser). Cette contrainte est entre autres imposée par les propriétés intrinsèques du semi-conducteur, et par la nature même du rayonnement solaire.
En effet, les cellules au silicium ne tirent pas profit de l'ensemble des photons qui leur parviennent. En cause : ils n'ont pas tous l'énergie requise pour exciter des électrons et ainsi les forcer à quitter leur bande de valencebande de valence. Forts de ce constat, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) ont imaginé, conçu puis testé un dispositif pouvant combler cette lacune, sans intervenir sur la cellule qu'il recouvre. Selon Evelyn Wang, il pourrait repousser la limite théorique idéalement jusqu'à « plus de 80 % ».
Leur découverte repose sur la technologie du thermovoltaïque solaire (STPV, pour Solar Thermophotovoltaic). Le dispositif en question s'insère entre la source lumineuse et la cellule, et se compose de deux couches. La première capte l'intégralité du rayonnement solaire. En réponse, la seconde produit un nouveau rayonnement mieux exploité par les unités photovoltaïques au silicium. Entre les deux, il y a une astuce...
Un mix entre photovoltaïque et thermique solaire
De forme carrée, le dispositif testé faisait 1 cm de côté. Il se compose sur sa face supérieure d'une couche de nanotubes de carbone qui ont la capacité d'absorber l'énergie de l'ensemble du spectre lumineux, ce qui provoque en retour un échauffement, donc la production de chaleur. Or, celle-ci est ensuite transmise à la deuxième couche qui intègre des cristaux photoniques de type Si/SiO2. En réponse à leur montée en température, ces nanostructures émettent alors un rayonnement thermique dont le pic d'intensité, en longueurs d'ondelongueurs d'onde, correspond à celui qui fait fonctionner au mieux les cellules photovoltaïques (leur niveau d'énergie est optimal pour exciter des électrons).
Certes, le procédé reste expérimental, comme en témoigne le faible rendement obtenu en laboratoire, soit 3,2 % (avec des nanotubes de carbonenanotubes de carbone chauffés à 942 °C grâce à une concentration de la lumière solaire artificielle). Cependant, les scientifiques estiment qu'ils pourraient rapidement lui faire atteindre des valeurs proches de 20 %, ce qui est un minimum en vue d'une commercialisation, avant de repousser les limites encore plus loin par la suite.
Cette technologie STPV présente d'autres avantages par rapport à ses concurrents, comme les cellules à concentrations. Par exemple, le spectre solaire est en premier lieu utilisé pour produire de la chaleur. Or, elle se stocke plus facilement que l'électricité générée par les cellules photovoltaïques. De plus, l'invention présentée dans la revue Nature Nanotechnology est compacte, tout en restant facilement adaptable en taille. Enfin, les outils requis pour construire les dispositifs nanostructurés sont déjà exploités par des industriels, notamment par ceux qui produisent des puces électroniques. Attendons donc de voir la suite qui sera donnée à cette avancée que certains qualifient déjà de considérable.
