janvier 2023 – décembre 2026

Projet PEPR-H2

Développement de cellules photo-électro-chimiques III-V/Si efficaces et peu couteuses.

Contexte

Le projet NAUTILUS se propose de développer une technologie de cellule photoélectrochimique (PEC) combinant le faible coût et la maturité technologique du Si et les hauts rendements pouvant être atteints avec les semi-conducteurs III-V, pour des applications pratiques de production d’hydrogène solaire. Ainsi, l’objectif général du projet, porté par un consortium français, est de faire la démonstration d’une cellule PEC robuste (longue durée de vie), autonome (fonctionnant sans tension appliquée), à haut rendement (STH > 10%), en se basant sur des couches minces III-V à gap direct déposées sur un substrat silicium.

Objectifs

Le projet NAUTILUS vise à atteindre trois objectifs principaux :

  • Le développement de nouveaux assemblages/empilements de matériaux pour les photoélectrodes III-V sur silicium permettant une meilleure protection des électrodes et des propriétés catalytiques supérieures à l’état de l’art
  • La clarification des processus électrochimiques et catalytiques impliqués dans les photoélectrodes III-V sur silicium revêtues de couches d’oxydes protectrices
  • La démonstration de faisabilité d’une cellule PEC à deux photoélectrodes, composées d’un empilement co-catalyseur/couche de protection/empilement III-V/Si, présentant un rendement STH supérieur à 10%, et une durée de vie extrapolée supérieure à 1 000 heures.

Production scientifique

16 documents

Journal articles2 document

  • Mekan Piriyev, Gabriel Loget, Yoan Léger, Vi Hanh Le, Lipin Chen, et al.. Photoelectrode/Electrolyte interfacial band lineup engineering with alloyed III-V thin films grown on Si substrate.. Journal of Materials Chemistry C, 2024, 12 (3), pp.1091-1097. ⟨10.1039/d3tc02556j⟩. ⟨hal-04383334⟩
  • Mekan Piriyev, Gabriel Loget, Yoan Léger, Lipin Chen, Antoine Létoublon, et al.. Dual bandgap operation of a GaAs/Si photoelectrode. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2023, 251, pp.112138. ⟨10.1016/j.solmat.2022.112138⟩. ⟨hal-03966710⟩

Conference papers6 document

  • C. Cornet. Solar Hydrogen production. PEPR H2 training school, Oct 2024, La Grande Motte, France. ⟨hal-04745150⟩
  • C. Cornet, Gabriel Loget, Hanh Le Vi, Bienvenu Boulingui Koumba, Bruno Fabre, et al.. Photo-electrochemistry with III-V/Si semiconductors for cost-efficient solar water splitting. Journées Nano, Micro et Optoélectronique (JNMO) - 2024, Oct 2024, Sete, France. ⟨hal-04745168⟩
  • C. Cornet, Gabriel Loget, Bruno Fabre, Yoan Léger, Nicolas Bertru. Production d’hydrogène solaire par photo-électrolyse. 2ème Journée bretonne Hydrogène R&D – formation, May 2024, Saint-Malo, France. ⟨hal-04745177⟩
  • Hanh Le Vi, Mekan Piriyev, Sylvain Febvre, Gabriel Loget, Bruno Fabre, et al.. Massive onset potential shifting with an epitaxial GaAs/Si photocathode for solar H2 production. 245th Electrochemical Society (ECS) meeting, May 2024, San Fransisco, United States. ⟨hal-04745375⟩
  • C. Cornet. Technologies alternatives de production AEM et PEC. PEPR H2 days, Mar 2024, Grenoble, France. ⟨hal-04745157⟩
  • Maud Jullien, Tony Rohel, Nicolas Chevalier, Anthony Rambaud, Rozenn Gautheron-Bernard, et al.. EQUIPEX NANOFUTUR : IMPLANTATION D'UN CLUSTER DE CROISSANCE POUR LES MATÉRIAUX ET COMPOSANTS III-V EPITAXIES A L'INSTITUT FOTON. MATEPI 2023, Jul 2023, Paris, France. ⟨hal-04225150⟩

Poster communications7 document

  • Bienvenu Boulingui Koumba, Fatima Mehri, Antoine Létoublon, Paul Huillery, Bruno Fabre, et al.. InP-based Materials on Si for Energy and Photonic Applications. 23rd International Conference on Molecular-Beam Epitaxy (ICMBE 2024)., Sep 2024, Matsue, Japan. ⟨hal-04745313⟩
  • Hanh Le Vi, Sylvain Febvre, Gabriel Loget, Bruno Fabre, Sylvie Harel, et al.. Large onset potential improvement with an epitaxial GaAs/Si photocathode for solar H2 production.. 23rd International Conference on Molecular-Beam Epitaxy (ICMBE 2024)., Sep 2024, Matsue, Japan. ⟨hal-04745320⟩
  • Bienvenu Boulingui Koumba, Hanh Le Vi, Lipin Chen, Mekan Piriyev, Bruno Fabre, et al.. Cost-efficient III-V/Si photo-electrodes for hydrogen production. PEPR H2 days, Mar 2024, Grenoble, France. ⟨hal-04745403⟩
  • Sylvie Harel, Kenneth Steirer, Angus Rockett, Hanh Le Vi, Mekan Piriyev, et al.. Near Ambient Pressure-X-ray Photoelectron Spectroscopy study of GaAs based photoelectrodes. Journées Surfaces et Interfaces 2024, Jan 2024, Grenoble, France. ⟨hal-04745406⟩
  • Hanh Le Vi, Mekan Piriyev, Gabriel Loget, Bruno Fabre, Tony Rohel, et al.. Performance of epitaxial GaAs/Si vs GaAs photocathodes for solar hydrogen production.. 74th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Sep 2023, Lyon, France. 2023. ⟨hal-04224954⟩
  • Hanh Le Vi, Mekan Piriyev, Gabriel Loget, Bruno Fabre, Tony Rohel, et al.. High stability of a MBE grown GaAs/Si photocathode for solar H2 production.. 21st EuroMBE Workshop, Apr 2023, Madrid, Spain. 2023. ⟨hal-04225008⟩
  • Mekan Piriyev, Lipin Chen, Hanh Le Vi, Gabriel Loget, Sylvain Tricot, et al.. Using in-plane built-in electric fields and electrical shunts of antiphase boundaries for III-V/Si solar harvesting devices. 21st EuroMBE Workshop, Apr 2023, Madrid, Spain. 2023. ⟨hal-04225037⟩

Proceedings1 document

  • Hanh Vi Le, Mekan Piriyev, Sylvain Febvre, Gabriel Loget, Bruno Fabre, et al.. Massive Onset Potential Shifting with an Epitaxial GaAs/Si Photocathode for Solar H2 Production. 245th ECS (The Electrochemical Society) meeting, ECS Meeting Abstracts, MA2024-01 (44), pp.2458-2458, 2024, ⟨10.1149/MA2024-01442458mtgabs⟩. ⟨hal-04745122⟩

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Coordinateur

Charles Cornet (Foton-OHM)

Financement

ANR (1420 k€)

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NAUTILUS: Cellules photo-électrochimiques performantes avec couches minces III-V sur silicium pour la production d’hydrogène
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