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Etude des paramètres influençant les performances des cellules solaires sensibilisées par colorant

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par Hichem et Moussaab MAMMAR et BELARBI
Université Abou-Bekr Belkaid Tlemcen  - Licence  2011
  

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Chapitre 2: Les cellules sensibilisées par colorant

ou cellules de Graetzel.........................27

2-1 Introduction................................................................... 28

2-2 Principe de fonctionnement d'une cellule Graetzel 28

2-3 Matériaux utilisés dans la cellule solaire sensibilisée par colorant 30

2-4 Etude théorique de la cellule solaire sensibilisée par colorant 32

2-4-1 Absorption de la lumière. 32

2-4-2 Séparation de charges 34

2-4-3 Transport de charges 35

2-4-3-1 Transport des électrons 35

2-4-3-2 Transport ionique dans l'électrolyte redox 36

2-4-4 Recombinaison 36

2-5 Procédé de fabrication d'une CSSC 37

2-5-1 Matériaux et outils 37

2-5-2 Procédure de montage 38

2-6 Optimisation des cellules solaires sensibilisées par colorant 41

2-6-1 L'électrode nanostructuré TiO2 ............ 42

2-6-2 Colorant sensibilisant 42

2-6-3 Electrolyte 44

2-6-3-1 Le couple rédox........................................ 44

2-6-3-2 Le solvant 44

2-7 Promesses des cellules Graetzel 45

2-7-1 Rendement des CSSC ....45

2-7-2 Un nouveau design solaire...........................................46

2-8 Conclusion.....................................................................49

Chapitre 3: Optimisation des cellules solaires

sensibilisées par colorant ««««««««........................50

3-1 Introduction......................................................................51
3-2 Développement récents.........................................................51
3-2-1 Amélioration sur les colorants.........................................51
3-2- 1-1 Ajout d'un deuxième colorant..............................51
3-2- 1-2 Les super-sensibilisateurs....................................52
3-2- 1-3 Synthèse de colorants « tout organique » .................53
3-2- 1-4 Des cellules photovoltaïques « tout solide » ..............53
3-2-2 Amélioration de l'oxyde semi-conducteur ...........................54
3-2-2-1 Cellule à base de ZnO..........................................54

3-2-2-2 Changer le TiO2 En SnO2 56

3-2-2-3 Mélanges d'oxydes système coeur-écorce 57

3-2-2-4 CSSC basées sur un semi-conducteur de type p 58

3-2-3 Améliorations du support 60

3-3 Quelques perspectives 62

3-4Conclusion 63

Conclusiongénérale............................................65

Bibliographie........................................... .........67 Listedes figures.................................................72 Liste des tableaux............................................ ...74

8

Introduction générale

Actuellement la production des énergies est basée sur les ressources dites non renouvelables telles que le pétrole, le gaz naturel, le charbon et même l?uranium qui a de grands risques sur la vie humaine. Avec l?augmentation croissante de la population mondiale, l?explosion du développement industriel débouchant sur une augmentation croissante des besoins énergétiques outre les effets nuisibles de ces ressources sur notre environnement, l?homme sera condamné à trouver d?autres alternatives pour produire cette énergie en prenant en considération la qualité de l?environnement.

On distingue actuellement plusieurs modes de productions d?énergie renouvelables dont: l?hydroélectrique, le géothermique, l?éolienne, la biomasse, le photothermique et enfin le photovoltaïque. Toutes ces ressources proviennent presque directement ou indirectement du soleil. Elles sont donc disponibles indéfiniment tant que celui-ci brillera.

Les cellules solaires sensibilisées par colorant (CSSC) ont ouvert une nouvelle brèche à la communauté photovoltaïque. En s?inspirant des mécanismes de la photosynthèse et des avancées récentes en matière de mise en oeuvre des matériaux, une équipe suisse de l?EPFL dirigée par le Professeur Graetzel a réussi en 1991 un pari qui voulait augmenter par un facteur d?environ dix les performances des vielles piles photoélectrochimiques, qui étaient à l?époque soit performantes mais très vite usées, soit stable mais avec un rendement très faible.

Le présent travail, dans ces trois chapitres traite essentiellement les paramètres influençant les performances d?une cellule solaire sensibilisé par colorant.

Le premier chapitre présente des généralités sur les cellules photovoltaïques, leurs principes de fonctionnement, les différents types de cellules solaires ainsi que leurs caractéristiques électriques.

Le deuxième chapitre est consacré aux cellules sensibilisées par colorant ou cellules de Graetzel, leurs fonctionnements, les matériaux utilisés et l?étude théorique de ces cellules. On abordera le procédé de fabrication et l?optimisation de ces cellules.

Dans le dernier chapitre on décrit les nouvelles technologies et améliorations aux niveaux des colorants, des oxydes semi-conducteurs et du support ainsi que les différentes perspectives qui peuvent s?ouvrir à nous pour de prochaines études.

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