Modulation des propriétés de complexes du ruthénium par des ligands polypyridiniques à substituants pyrrole ou pyrrolidine : vers de nouveaux sensibilisateurs pour photovoltaïque

Tuning of ruthenium complexes properties using pyrrole or pyrrolidine-containing polypyridine ligands : toward new sensitizers for the photovoltaic

• Auteur / Autrice : David Martineau
• Direction : Marc Beley, Philippe Gros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ruthénium

Détecteurs électrochimiques

Photophysique

Mots clés libres

Lithiations régiosélectives

Ligands polyazotes

Photosensibilisation

Résumé

La valorisation de l'énergie solaire représente un enjeu important pour le développement d'alternatives aux énergies fossiles. Dans cet objectif, les cellules solaires à colorant (DSCi apparaissent comme des dispositifs prometteurs. Le principe de fonctionnement repose sur la photosensibilisation d'un semi-conducteur à large bande interdite par un colorant qui est en général un complexe polypyridinique du ruthénium (II). La modulation des propriétés de ces complexes doit permettre d'optimiser les performances des cellules solaires correspondantes. Dans ce travail, nous avons synthétisé et étudié l'effet de nouveaux ligands électro-donneurs pyrrole ou pyrrolidinie. Ces motifs induisent, dans les complexes homoleptiques, bis-et tris-hétéroleptiques du Ru(ii) des effets bathochromes et d'importants augmentations des coefficients d'extinction molaires. Ce qui témoigne d'une meilleure collecte de la lumière solaire. La photo-réponse (IPCE) des cellules solaires correspondantes est dépendante de la composition de l'électrolyte. Les meilleurs résultats ont été obtenus à l'aide des médiateurs de cobalt. Parallèlement, des avancées prometteuses ont été réalisées dans la conception de cellules "tout solide" à matrice polypryrrole.

The promotion of solar energy conversion is challenging the development of energy sources to replace fossil fuels. In this area, Dye-sensitized Solar Cells (DSC) appear to be promising devices. Operation principle relies on the photosensitization of wide-gap semiconductor with a dye, the latter typically being a polypyridinyl ruthenium (II) complex. Modulation of the propertis of such complexes enables the optimization of corresponding solar cells's performances. In the present work, we synthesized and investigated the effect of new ligands substituted by the electron-releasing pyrrole or pyrrolidine. These moieties induce, in homoleptic, bis- and tris-heteroleptic Ru (II) complexes, red-shifts of the absorption spectra and rises of the molar extinction coefficients. This gives evidence of sunlight harvesting enhancement. The photo-reponse (IPCE) of the corresponding sensitized cells strongly depends upon electrolyte's composition. The best results were obtained with cobalt-containing mediators. Meanwhile, breakthrough advances were carried out toward the setup of solid-state solar celles with a polypyrrole matrix.