Vers le développement de prototypes de cellules photovoltaïques à bandes intermédiaires et de photobatteries à base de sol-gels photosensibles d'oxyde de titane

Towards the development of 3rd generation intermediate bandqap solar cell and photobattery based on Titanium oxo-polymer sol-gel

• Auteur / Autrice : Zulfiqar Ali Umrani
• Direction : Luc Brohan, Mireille Richard-Plouet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux – Chimie du solide
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Antoine Goullet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Brohan, Mireille Richard-Plouet, Antoine Goullet, Thomas Heiser, Bernard Ratier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Heiser, Bernard Ratier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Métaux de transition

Oxyde de titane

Systèmes photovoltaïques

Mots clés libres

Photobatterie

Résumé

Le projet de recherche expérimental, vise à valider la preuve de concept par le développement de prototypes de cellules solaires à bandes intermédiaires et de photobatteries rechargeables. La photobatterie est un nouveau dispositif qui permet à la fois de capter, convertir et stocker l'énergie solaire. Le caractère novateur et ambitieux du projet réside dans la mise en oeuvre de sols/gels photosensibles à base de complexes de métaux de transition et à exploiter leurs propriétés photo-électrochimiques originales. Sous illumination UV, il a été démontré que ces complexes convertissent l'énergie de la lumière en énergie électrochimique. Les sols/gels ainsi réduit ou oxydé, possèdent une forte complémentarité spectrale d'absorption dans la gamme UV-Visible, susceptible d'augmenter le rendement de conversion. L'énergie stockée peut ensuite être collectée comme dans une batterie traditionnelle. Un des aspects de la thèse concerne les caractérisations avancées et la modélisation des dispositifs qui conduiront à l'optimisation des architectures (capture des photons, épaisseur des dépôts, collecte des porteurs de charge. . . ) en fonction d'un couple d'absorbeurs donné. L'intégration de ces nanomatériaux est réalisée par des procédés de la nano- microélectronique (PVD, Photolithographie, Sérigraphie. . . ) puis par jet-d'encre.

The experimental research project aims to validate the proof-of-concept by the development of prototypes of intermediat bandgap solar cells and rechargeable photobatteries. The Photobattery is a novel device that permits to capture, conve and stock the solar energy. The innovative and ambitious nature of the project lies in the implementation ( photosensitive sol-gels based on transition metal complexes having original photoelectrochemical properties. Under lJI illumination, it has been shown that these complexes convert light energy into electrochemical energy. Reduced ( oxidized sol-gels, have a complementary absorption spectra in the UV-visible range, and this may increase the conversio efficiency. The stored energy can then be collected as in traditional battery. One aspect of the thesis for advanced characterization and modeling of devices that will lead to the optimization of architectures (photon capture, film thickness, collection of charge carriers. . . ) according to a given absorbers couple. The integration of these nanomaterials is performed by the methods of the nano-microelectronics (PVD, Photolithography, screen printing. . . ) and also ink-jet printing.