Comment utiliser de manière peu coûteuse et en grande quantité l’énergie solaire quand le soleil fait défaut ? Une solution prometteuse consiste à convertir cette énergie en hydrogène, par électrolyse de l’eau. Il s’agit de "casser" des molécules d’eau en hydrogène et en oxygène, en utilisant le courant électrique produit par un panneau photovoltaïque. L’hydrogène propre peut ensuite être stocké, puis restituer de l’électricité à la demande, ou encore servir de carburant (le problème du stockage de l'hydrogène n’est pas le sujet traité dans cet article).
Mais pour produire de l'hydrogène, tout n’est pas si simple. Malgré des résultats prometteurs obtenus en laboratoire ces dernières années, les technologies de production d’hydrogène sont encore trop instables ou trop onéreuses pour être commercialisées à large échelle. A l’EPFL et au CSEM, des chercheurs ont choisi de combiner des composants ayant déjà fait leurs preuves dans l’industrie pour fabriquer un système robuste et efficace. Leur dispositif dépasse les efforts précédents en termes de stabilité, performances et limitation des coûts.
Leur prototype se compose de trois cellules solaires en silicium cristallin nouvelle génération, connectées entre elles et reliées à un système d’électrolyse sans matériaux rares. Il atteint un taux de conversion de l’énergie solaire en hydrogène de 14,2 % et a déjà pu fonctionner pendant plus de 100 heures dans sa version test. « Si on installait 12 à 14m2 de ces cellules photovoltaïques en Suisse, il serait possible de stocker assez d’hydrogène pour parcourir 10 000 km par année au volant d’une voiture à pile à hydrogène », illustre Christophe Ballif, co-auteur de l’étude.
Ce résultat constitue un record mondial de rendement avec des cellules solaires en silicium, mais aussi un record de production d’hydrogène sans matériaux rares, sans compter la grande stabilité inhérente au système. Ces performances s'expliquent grâce à l’optimisation de tous les composants, mais aussi dans l’utilisation d’un type de cellules photovoltaïques en silicium cristallin "hybrides" dites à hétérojonction, dont la structure en sandwich avec du silicium cristallin et du silicium amorphe permet d’obtenir un très haut voltage. Grâce à cette particularité, il est possible, en connectant seulement trois de ces cellules entre elles, de générer une tension optimale pour réaliser l’électrolyse. La partie électrochimique est, quant à elle, réalisée avec un catalyseur en Nickel, un matériau abondant.
En matière de coûts, de performance et durée de vie, le nouveau système est unique. "Nous voulions développer un système performant et utilisable dans les conditions actuelles", explique Jan-Willem Schüttauf, chercheur au CSEM et co-auteur de l’étude. "Les cellules à hétérojonction que nous utilisons font partie de la famille des cellules en silicium cristallin, qui à elles seules représentent déjà environ 90 % du marché des panneaux photovoltaïques. C’est une technologie connue et robuste dont la durée de vie est de plus de 25 ans. Elle recouvre d’ailleurs la façade sud du bâtiment du CSEM à Neuchâtel" ajoute le chercheur.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
