3-2-1-3 Synthèse de colorants (( tout organique
» :
Le ruthénium étant un métal peu abondant,
toxique et coûteux, l?équipe du centre de recherche de
l?université de Nantes[27,28] s? intéresse à d'autres
familles de sensibilisateurs purement organiques à base de porphyrines,
phthalocyanines et pérylènebisimide ainsi qu'aux complexes de
cuivre(I) ou de fer(II) qui pourraient s'avérer très performants.
C'est dans cet esprit que l?équipe a synthétisé et
étudié les sensibilisateurs ci-dessous dont certains
possèdent de bonnes performances.
Figure 3.2 : Structures de quelques colorants
préparés et testés dans les cellules photovoltaïque
à base de TiO2
3-2-1-4 Des cellules photovoltaïques (( tout
solide » :
L?équipe du centre de recherche de l?université
de Nantes dirigé par le Doctorant Julien Warnan [29,30] a montré
qu?un lien chimique covalent entre le sensibilisateur et un polymère
conducteur permet d?augmenter la densité de courant
échangé entre la photo-électrode de TiO2 et la contre
électrode (Figure3.3). Ce concept s?est avéré pertinent
puisque le rendement de la cellule est augmenté d?un facteur 10 par
rapport au même dispositif dans lequel le polymère conducteur est
simplement déposé à la surface de la
photo-électrode [32]. Cette découverte très
intéressante a conduit cette équipe à déposer un
brevet [31] car elle ouvre des perspectives attrayantes pour la fabrication de
dispositifs photovoltaïques sans électrolyte liquide.
Figure 3.3 : a) Molécules
synthétisées pour la fabrication des cellules sèches
Figure 3.3 : b) Photographie de cellules
photovoltaïques préparées avec ce composé.
3-2- 2 Amélioration detl'R[
deiiiPi-conducteur : 3-2-2-1 Cellule à base de ZnO :
Une nouvelle approche pour la conception de cellules
photovoltaïques à bas prix de type cellules Graetzel vient
d?être proposée par une équipe de chercheurs de
l?université de Washington [33]. L?équipe dirigée par le
professeur Guozhong Cao a présenté récemment ses
résultats au meeting international de l?American Chemical Society
à la Nouvelle Orléans. Un sensibilisateur (colorant organique)
est greffé à la surface d?un oxyde semi-conducteur sous la forme
d?une couche monomoléculaire.
Au lieu d?utiliser les particules de TiO2, l?équipe de
Guozhong a fabriqué des nanosphères d?oxyde de zinc (ZnO) de 15nm
de diamètre qui sont ensuite agglomérées en nanoparticules
de 300 nm de diamètre, comme montré dans les figures (3.4-a et
54
3.4-b). Ces grandes sphères diffusent les rayons
incidents et à la suite de multiples réflexions, les rayons
parcourent une distance bien plus importante que dans les cellules classiques.
De plus, la structure interne complexe des agglomérats se traduit par
une surface spécifique très importante d?environ 100 m2 par
gramme de matériau, laquelle est recouverte du matériau
photosensible qui absorbe le rayonnement incident. En utilisant ce type de
matériau constitué d?agglomérats de nanosphères,
les chercheurs ont obtenu un rendement de 6.2% contre 2.4% pour les structures
à base de simples billes de ZnO.
Même si les performances obtenues sont moins bonnes
qu?avec les cellules utilisant le TiO2, les résultats obtenus permettent
de prouver la validité du concept avec un matériau simple
d?utilisation comme le ZnO. L?objectif de l?équipe est maintenant de
transférer cette approche au TiO2. Les performances maximales atteintes
pour les cellules de Graetzel en TiO2sont proches de 11%, soit
déjà deux fois plus que les cellules organiques à
polymère, et d?après Guozhong le concept développé
permettra de dépasser significativement ce seuil.
a)
c)
Figure 3.4 : Images de nanosphères de ZnO de taille
300 nm.
56
Ces cellules offrent, par leur simplicité de fabrication,
l?espoir d?une réduction significative du coût de
l?électricité solaire.
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