Electrodeposition and characterization of Zinc Oxide nanostructures for ZnO-based Dye-Sensitized-Solar-Cells

par Servane Haller

Thèse de doctorat en Chimie Physique et Chimie Analytique

Sous la direction de Daniel Lincot.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Electrodéposition de nanostructures d'oxyde de zinc pour des applications photovoltaïques


  • Résumé

    Les cellules à colorants (DSSC) son une alternative aux dispositifs photovoltaïques classiques. Avec des rendements supérieurs à 12% et des faibles coûts de productions, une production industrielle de ces cellules est envisageable. Le développement de nouvelles anodes, qui est un composent clé, peut permettre de rendre cette technologie encore plus compétitive. Dans l’étude présentée ici, nous avons utilisé l’électrochimie pour préparer et caractériser des couches d’oxyde de zinc nanostructurées. Il s’agit d’une technique compatible avec les exigences de coût de production faibles et qui permet le contrôle de la géométrie des dépôts à une échelle nanométrique. Après avoir placé cette étude dans le contexte de la recherche sur les cellules à colorant, nous présenterons l’électrodépôt de quelques nanostructures originales présentant des propriétés compatibles avec leur usage en anode dans des DSSC. Des couches de ZnO nanoporeux ont été adaptées au dépôt sur ZnO-Al résultant en une organisation supérieure des couches. Des structures hiérarchiques composées de nanofils de ZnO et structures nanoporeuse ont également été développées. De la spectroscopie d’impédance électrochimique a été utilisée pour caractériser les aspects optoélectroniques et géométriques de ces nanostructures. Dans une troisième partie, des cellules à colorant ont été préparées à partir de ces couches. Les performances photovoltaïques sont analysées en regard de la structure et du substrat de dépôt. Un rendement photovoltaïque maximal de 5. 2% a été obtenu dans les conditions optimisées


  • Résumé

    Dye Sensitized Solar Cells are an original alternative to conventional photovoltaic devices. With efficiencies up to 12% and low production costs, it is now a serious technology for mass market production. Development of new deposition techniques and original morphologies for the anode, which is a key component of the device, is expected to make this technology more competitive. In this work, we have used electrodeposition to prepare and characterize Zinc Oxide nanostructures. This technique is very suitable for preparation of nanostructured material with controlled morphology at nanoscale and very low cost of production. After introducing the context of Dye-Sensitized Solar cells with the most advanced results and the current reflections on the physical aspects of these devices, we have prepared a variety of promising nanostructures. Nanoporous ZnO layers have been adapted for deposition on ZnO-Al as substrate and a highly organized structure could be obtained. Hierarchical structures composed of highly conductive nanowires and nanoporous structure with high surface area have been synthesized. Electrochemical Impedance Spectroscopy has been carried out to characterize these nanostructures in order to investigate both optoelectronic and geometrical aspects. In a third part, ZnO-based DSSC have been prepared. The performance of the nanostructured ZnO layers and the influence of the substrate used for deposition have been investigated. Photovoltaic conversion efficiency up to 5. 2% could be obtained in the optimized conditions

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([281] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-229 et p. 49-52 de l'annexe. 448 réf. bibliogr.

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