Solar cells with photochromic organic dyes, manufacture and study of parameters influencing the photovoltaic and photochromic performances of the devices
Cellules solaires à colorants organiques photochromes, fabrication et étude des paramètres influençant les performances photovoltaïques et photochromiques des dispositifs
Résumé
Over the past decades, dye-sensitized solar cells (DSSCs), amidst other thin-film technologies, have captured interests from academia and industry thanks to their low production costs, decent stability in applications, high efficiency and their tunable optoelectronic properties. A DSSC layout comprises a photosensitizer immobilized on a semi-conductor, a redox couple (usually I-/I3-) and a Pt-coated cathode. Among these components, the photosensitizer allows for the fabrication of chromatic and semi-transparent solar cells which are appealing candidates in the Building Integrated PhotoVoltaics (BIPV) industry.Nevertheless, for application as windows in BIPV, transparency and efficiency have to be optimized. Among the different approaches reported recently in that field, the use of NIR-photosensitizers allowed to reach an impressive transparency in the visible up to 75% but lead to sacrificing efficiencies. Another approach consists in developing semi-transparent solar cells with visible light-absorbing dyes but the optical transmission in that case is fixed during manufacturing and a compromise has to be found between efficiency and transparency.Our group has made efforts to reconcile these properties by replacing classical photosensitizers with organic photochromes. We have developed a new class of DSSCs with dynamic optical properties, capable to self-adapt their transparency levels and energy production as a function of daylight. During this PhD I will also report on the development of photochromic solar cells registering efficiencies exceeding 4.3%. I will comment on the structure-property relationships and photochromism-photovoltaic interplay for this class of molecules. Thanks to the better understanding of the interfacial processes, we have achieved photochromic solar cells with close to 5% efficiency.
Au cours des dernières décennies, les cellules solaires à colorant (DSSC), parmi d'autres technologies à couches minces, ont suscité l'intérêt du monde universitaire et de l'industrie grâce à leurs faibles coûts de production, leur stabilité décente dans les applications, leur rendement élevé et leurs propriétés optoélectroniques accordables. Une disposition DSSC comprend un photosensibilisateur immobilisé sur un semi-conducteur, un couple redox (généralement I-/I3-) et une cathode revêtue de Pt. Parmi ces composants, le photosensibilisateur permet la fabrication de cellules solaires chromatiques et semi-transparentes qui sont des candidats attrayants dans l'industrie du photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV).Néanmoins, pour une application en tant que fenêtres dans le BIPV, la transparence et l'efficacité doivent être optimisées. Parmi les différentes approches rapportées récemment dans ce domaine, l'utilisation de photosensibilisateurs NIR a permis d'atteindre une transparence impressionnante dans le visible jusqu'à 75% mais conduit à sacrifier les efficacités. Une autre approche consiste à développer des cellules solaires semi-transparentes avec des colorants absorbant la lumière visible mais la transmission optique dans ce cas est fixée lors de la fabrication et un compromis doit être trouvé entre efficacité et transparence.Notre groupe s'est efforcé de concilier ces propriétés en remplaçant les photosensibilisateurs classiques par des photochromes organiques. Nous avons développé une nouvelle classe de DSSC aux propriétés optiques dynamiques, capables d'auto-adapter leurs niveaux de transparence et leur production d'énergie en fonction de la lumière du jour. Au cours de cette thèse, je rendrai également compte du développement de cellules solaires photochromiques enregistrant des rendements supérieurs à 4,3%. Je commenterai les relations structure-propriété et l'interaction photochromisme-photovoltaïque pour cette classe de molécules. Grâce à une meilleure compréhension des processus interfaciaux, nous avons réalisé des cellules solaires photochromiques avec un rendement proche de 5 %.
Domaines
Autre| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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