Nouvelles électrodes poreuses de TiO₂ à base de nanocristaux synthétisés par pyrolyse laser pour cellules solaires sensibilisées à colorant à l'état solide

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

oxydes, lasers, nanomatériaux, cellules photovoltaïques

Mots-clés

Optoélectronique - Thèses et écrits académiques,

Photopiles - Thèses et écrits académiques,

Pyrolyse - Thèses et écrits académiques,

Nanocristaux semiconducteurs - Thèses et écrits académiques,

Oxyde de titane - Thèses et écrits académiques,

électrodes - Thèses et écrits académiques

Ce travail vise le développement de nouvelles électrodes poreuses de TiO₂ à base de nanocristaux synthétisés par pyrolyse laser, pour cellules photovoltaïques hybrides sensibilisées à colorant à l'état solide. Comparée aux techniques de synthèse conventionnelles, la pyrolyse laser permet en effet un contrôle fin des propriétés physiques des nanoparticules synthétisées (pureté, taille, cristallinité, etc.), celles-ci étant obtenues avec des taux de production élevés compatibles avec des applications à l'échelle industrielle. Dans un premier temps, la dispersion directe des nanocristaux de TiO₂ dans l'éthanol en présence d'éthyle cellulose a permis le dépôt à bas coût d'électrodes mésoporeuses présentant les caractéristiques requises pour l'application. Ces dernières ont alors été implémentées dans des cellules solaires sensibilisées à colorant à l'état solide, à l'aide d'un colorant organique commercial à fort coefficient d'absorption molaire et du transporteur de trous solide de référence « spiro-OMeTAD ». Les performances des cellules réalisées à partir des électrodes poreuses issues de la pyrolyse laser ont été comparées à celles de cellules utilisant des électrodes poreuses de référence élaborées à partir d'une colle commerciale. Un rendement de conversion de puissance de 4.2%, comparable à celui des cellules de références, a été démontré, illustrant les fortes potentialités de la pyrolyse laser pour l'application photovoltaïque hybride. La caractérisation avancée des cellules a montré qu'un meilleur remplissage des pores nanométriques des électrodes par le verre moléculaire est compensé par des recombinaisons de charges importantes, associées à des distributions de pièges dépendantes de la technique d'élaboration des électrodes. Finalement, la synthèse par pyrolyse laser de nanocristaux de TiO₂ dopés à l'azote a été menée, dans le but d'améliorer les propriétés optiques et de transport de charge des électrodes poreuses. Les premières cellules solaires hybrides réalisées à partir de ces nanoparticules ont permis de mettre en évidence une contribution nette de l'azote à la photo-génération de charges, ouvrant de nouvelles perspectives dans le domaine des cellules hybrides à colorants solides.