Photoélectrodes pour la production d’hydrogène vert : défis de fabrication et d’assemblage

Dans un contexte énergétique en transition, la recherche de solutions renouvelables et durables pour produire des vecteurs énergétiques non fossiles s’intensifie. L’hydrogène vert, en particulier, se positionne comme une option stratégique pour répondre aux besoins croissants de secteurs difficiles à électrifier, tout en limitant les émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, sa production reste contrainte par des coûts élevés. Les dispositifs photoélectrochimiques représentent une alternative pertinente pour une production directe d’hydrogène solaire autonome. Ces systèmes sont néanmoins confrontés à plusieurs verrous technologiques liés à l’absorption et conversion de la lumière, au transfert de charge vers les interfaces et aux réactions électrochimiques à l’interface électrode/électrolyte. Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre de la chaire industrielle PROSPER-H2 (collaboration entre ENGIE et le CEA), vise à lever certains verrous en développant des photoélectrodes à base de matériaux abondants, au moyen de procédés simples, évolutifs et compatibles avec une mise à l’échelle. L’objectif final est de concevoir un système tandem PEC-PEC fonctionnant sans biais externe, capable d’atteindre une densité de courant de 5 mA/cm² pour un rendement solaire vers hydrogène de 5% sur une surface active de 0,1 m². Ces travaux présentent ainsi une approche complète, depuis la conception des matériaux jusqu’à l’optimisation des interfaces, en vue d’un dispositif tandem autonome, stable et performant.