Cellules photoélectrochimiques pour la production d'hydrogène solaire : état actuel des photoélectrodes prometteuses, méthodes pour améliorer leurs propriétés et perspectives

Exploiter l'énergie solaire pour la production de carburants hydrogène propres par une cellule photoélectrochimique (PEC) représente une alternative très attrayante mais difficile. Cette revue se concentre sur les développements récents de certains matériaux photoélectrodes prometteurs, tels que BiVO4, a-Fe2O3, TaON et Ta3N5 pour la production d'hydrogène solaire. Certaines stratégies ont été développées pour améliorer les performances PEC des matériaux photoélectrodes, notamment : (i) le dopage pour améliorer l'absorption de la lumière visible dans le semi-conducteur à large bande interdite ou favoriser le transport des charges dans le semi-conducteur à bande interdite étroite, respectivement ; (ii) le traitement de surface pour éliminer la phase de ségrégation ou les états de surface ; (iii) les électrocatalyseurs pour diminuer les surpotentiels ; (iv) le contrôle de la morphologie pour améliorer l'absorption de la lumière et réduire la distance de transfert des porteurs minoritaires ; (v) d'autres méthodes, telles que la sensibilisation, la couche passivante et l'ingénierie de la structure de bande utilisant des structures à hétérojonction, etc. La durabilité photochimique des photoélectrodes est également discutée, car toute technologie PEC potentielle doit équilibrer efficacité, coût et durabilité photochimique. La durabilité photochimique peut être améliorée en optimisant en même temps la photoélectrode, l'électrocatalyseur et l'électrolyte. De plus, le fractionnement de l'eau de mer solaire est brièvement introduit car il a récemment attiré l'attention. Enfin, les tendances de la recherche dans les cellules PEC pour la production d'hydrogène solaire sont détaillées.