SNON — Les oxyde-nitrures pour la photoélectrolyse de l'eau par le soleil

L’exploitation de la lumière naturelle qui nous parvient du Soleil est un des enjeux majeurs de notre époque. D’autre part, une des limitations actuelles de la majorité des moyens de production de l’électricité est son stockage. Le projet SNON s’inscrit dans cette démarche – permettre d’améliorer le stockage de l’énergie tout en améliorant le rendement par une activation photocatalytique. L’objectif du projet SON est de concevoir et optimiser un dispositif de laboratoire qui servira de banc de test pour des nouveaux matériaux de la famille des oxy-nitrures à base de Ta, Ti, Zn qui seront développés et désignés à l’échelle nanométrique. Les recherches menées dans les laboratoires Roumains et Français partenaires dans ce projet convergent vers l’utilisation d’une décharge magnétisée basse pression de type magnétron mais excitée à l’aide d’une alimentation haute puissance pouvant délivrer 50kW pendant l’impulsion (~100 µs). Il devient ainsi possible de stabiliser des matériaux qui ne peuvent pas être obtenus par des procédés magnétron conventionnel. De plus, ce même procédé peut être couplé à la lithographie colloïdale pour générer des couches nano-texturées. Une recherche exploratoire sera menée dans le domaine de la pyrolyse laser afin de synthétiser ce type de matériaux. Le projet SON concerne des travaux expérimentaux de R&D autour d’une famille de matériaux, les oxy-nitrures des métaux de transition qui présentent des propriétés photoelectriques très attrayantes. Plusieurs procédés de synthèse de ces matériaux seront développés et comparés dans ce projet – les magnétrons HIPIMS (LPGP, France), la lithographie colloïdale (UAIC, Roumanie) et la pyrolyse laser (CEA/IRAMIS, France). Notons que le meilleur matériau candidat doit avoir, outre la bonne stoechiométrie lui assurant un gap optique dans le visible, une bonne stabilité chimique, et uns taille nanométrique. Afin de caractériser l’ensemble de ces propriétés, il est nécessaire de déployer une large gamme de moyens de caractérisation de pointe des surfaces et matériaux à l’échelle nanométrique disponible dans les laboratoires partenaires (RBS, NRA, XPS, AFM, etc.) et la photoconduction et les propriétés électroniques (LGEP). Issue de cette synergie entre les participants, le meilleur matériau sera par la suite intégré dans une cellule de test photoélectrolytique. Le projet SNON se propose de valider un concept de matériau allant de sa réalisation et caractérisation à sa mise en forme qui bien que nanométrique doit couvrir des électrodes de grandes tailles, et à sa qualification dans un prototype de laboratoire pour son rendement de conversion d’énergie pour l’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène.