En ces périodes de rentrée, les esprits sont reposés, il est donc possible d’aborder des sujets complexes tels que la photo-électrochimie qui comme son nom l’indique associe réaction photochimique et réactions électrochimiques, durant lesquelles s’échangent des électrons. Elles peuvent donc être mises à profit pour générer du courant comme dans une pile ou un accumulateur: c’est par exemple, le principe de la cellule de Grätzel, inventée en 1991 par Michael Grätzel, à l’Ecole Polytechnique de Lausanne. Pour comprendre son fonctionnement je pense qu’il faut oublier pendant quelques minutes les semi-conducteurs et revenir à la vieille chimie de Lavoisier. Une cellule de Grätzel est constituée d’un verre conducteur, de poudre de TiO2 nanocristalline conductrice (anatase) revêtue d’un colorant photosensible au contact d’une solution RedOx (typiquement iodure / iode) et d’une électrode conductrice (FIG.). 
Le colorant photosensible R au contact de la lumière va donner naissance à une forme excitée R* qui va revenir à un état plus stable en cédant un électron au TiO2 et en formant un cation R+. Ce cation au contact de la solution d’iodure va oxyder l’ion iodure en iode (I3-) et revenir à son état initial R. Le bilan sur cette électrode photosensible est donc l’oxydation de l’ion iodure en iode avec libération d’un électron. La liaison sur une utilisation électrique du circuit extérieur va donc se comporter comme une pile solaire avec réduction de l’iode en iodure sur le pole positif. On le voit dans un tel système l’énergie est apportée par la lumière qui est transformée en électricité grâce à une réaction photochimique et deux réactions électrochimiques. Le transfert des charges à l’intérieur du système est assuré par le verre et le TiO2 conducteurs d’électrons et par les ions du système redox en solution. Du point de vue des tensions, par rapport à une électrode normale à hydrogène standard, la dissociation de l’espèce excitée en cation et un électron correspond à une tension d’environ -0,5V (Niveau de Fermi du TiO2) et le potentiel d’équilibre I3- / I- qui est de + 0,53V. La tension max d’une telle cellule est donc d’environ 1V.
Ces cellules photovoltaïques, appelées communément « Dye-sensitized solar cell » ou DSC, font l’objet de nombreux développements en particulier au Japon. Les paramètres fondamentaux sont nombreux (nature du colorant, nature du système redox, composition et nature de l’électrolyte), les rendements et l’allongement de la durée de vie des divers systèmes sont étudiés. La mise en oeuvre technologique par transfert continu par rouleau sur une feuille de plastique conductrice rend le procédé de production très séduisant. C’est une des voies probables d’obtention de cellules photovoltaïques organiques industrielles de faibles coûts qui permettront de rendre la filière solaire compétitive et non subventionnée dans un avenir proche.
Au niveau fondamental, des chercheurs du MIT ou tout récemment de l’Université de Tel Aviv, explorent la possibilité de créer du courant à partir de Chlorophylle et de protéines, sortes de cellules de Grätzel naturelles (FIG. qui montre la complexité des processus photo-électrochimiques mis en oeuvre lors de la photosynthèse, l’un formant de l’oxygène et libérant des électrons (PSII), l’autre PSI transformant le CO2 et l’eau en sucres par réduction)
. L’utilisation du génie génétique de cyanobactéries recherche à « durcir » ces protéines pour qu’elles résistent dans le temps. Les possibilités d’évolution de l’ensemble ces systèmes photo-électrochimiques complexes sont considérables.
Le 18 Août 2008.
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