Films d’oxydes semi-conducteurs nanoporeux et nanocristallins pour dispositifs photovoltaïques hybrides

• Auteur / Autrice : Ludmila Cojocaru
• Direction : Thierry Toupance, Céline Olivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 26/11/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aline Rougier, Johann Bouclé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Chanéac, Fabrice Goubard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes photovoltaïques

Nanoparticules

Mots clés libres

Cellules solaires à colorant

Oxydes semi-conducteurs

Nanoparticules

Photosensibilisation

Électrochromisme

Substrats flexibles

Dye-sensitized solar cells

Metal-oxide

Semiconductors

Nanoparticles

Photosensibilisation

Electrochromism

Flexible substrates

Résumé

Dans le contexte de la mise au point de dispositifs photovoltaïques efficaces, bon marché et respectueux de l’environnement, la synthèse d’oxydes métalliques semi-conducteurs tels que SnO2, Zn2SnO4 et WO3 de morphologies et textures diverses a été développée afin d’élaborer des photoanodes poreuses pour cellules solaires à colorant. D’après les études réalisées par différentes méthodes (MEB, MET, DRX et BET), les matériaux obtenus présentent des caractéristiques texturales, morphologiques et structurales appropriées pour l’application visée. Des cellules solaires à colorant ont donc été réalisées à partir de ces oxydes, puis différents paramètres influençant leurs performances ont été optimisés afin d’améliorer l’efficacité de la conversion photovoltaïque. Notamment l’influence positive de différents traitements des photoanodes (i.e. solution aqueuse de TiCl4 ou traitement à l’eau) sur les rendements de conversion énergétique et la stabilité des dispositifs a été démontrée. Ainsi, des performances comparables ou supérieures à l’état de l’art ont été atteintes pour les systèmes à base de SnO2. Ces performances ont ensuite été interprétées en déterminant les processus électroniques et ioniques ayant lieu dans ces cellules par différentes méthodes physiques (mesures de tension de seuil et de décroissance de circuit-ouvert, spectroscopie d’impédance). Enfin, des électrodes réalisées à partir de WO3 déposé sur substrats flexibles ont démontré des propriétés électrochromes très prometteuses ce qui ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de l’affichage.

In the context of the development of efficient, low-cost and environmentally friendly photovoltaic devices, the synthesis of metal-oxide semiconductors such as SnO2, Zn2SnO4 and WO3 with various textures and morphologies have been developed in order to achieve nanoporous photoanodes for dye-sensitized solar cells. According to studies carried out by different characterization methods (SEM, TEM, XRD and BET), the resulting materials show interesting features for the expected application. Dye solar cells were then fabricated from photoanodes processed with these oxides and several parameters influencing their performance were optimized to improve the overall conversion efficiency. In particular, the beneficial effect of different treatments of the photoanodes (ie aqueous TiCl4 or water treatment) on the power conversion efficiency and the stability of the devices has been evidenced. Thus, state-of-the art or, even, record efficiencies were reached in the case of SnO2-based systems. These performances were then rationalized by determining the electronic and ionic processes occurring in these devices by various physical methods (threshold voltage and open-circuit photovoltage decay measurements, electrochemical impedance spectroscopy). Finally, electrodes based on WO3 and deposited on flexible substrates have shown very promising electrochromic properties, which opens up new prospects in the field of smart displays.