Spectroscopie ultra-rapide de cellules solaires transparentes à colorant conçues pour le proche infrarouge

Ultrafast spectroscopy of transparent dye sensitized solar cells designed for the near-Infrared

• Auteur / Autrice : Ilias Nikolinakos
• Direction : Stefan Haacke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/03/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Heiser
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Edouard Moser
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Natalie Banerji, Marcin Ziółek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photophysique

Conversion photovoltaïque

Cellules solaires à colorant

Mots clés libres

DSSC

Transparentes

Photophysique

Spectroscopie ultrarapide

DSSC

Transparent

Ultrafast spectroscopy

Cyanine chromophore

Résumé

Les cellules solaires à colorant (DSSC) sont un des candidats les plus prometteurs pour les applications de conversion d'énergie. L'objectif du projet est de créer des DSSCs efficaces et transparentes. Dans le cadre de la thèse de doctorat, nous avons appliqué la spectroscopie ultrarapide UV-Vis-IR proche proche dans l'échelle de temps fs-ps-ns, afin de construire le schéma photophysique des colorants, lorsqu'ils seront incorporés dans des dispositifs DSSC réels. Deux catégories de colorants organiques ont été examinées, de type cyanine et pyrrolopyrrole cyanine, présentant une forte absorption dans le proche IR et une faible absorption dans le visible, ainsi qu'une efficacité de conversion de puissance record de 4% et une transmittance moyenne dans le visible de 75%. Il a été démontré que des agrégats de colorants se forment sur la nanocouche. Le transfert d'énergie (monomères vers agrégats) se produit dans des temps allant de sub-ps à des dizaines de ps et sa compétition cinétique avec l'injection de charge (colorant vers semi-conducteur) en fait le principal canal de perte pour l'injection.

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are one of the most promising candidates for energy harvesting applications. The aim of the project is the creation of efficient and transparent DSSCs. In the context of the PhD Thesis we applied UV-Vis ultrafast spectroscopy in the fs-ps-ns time scale, in order to construct the photophysical scheme of the dyes, when incorporated in real DSSC devices. Two categories of organic dyes were examined, of cyanine and pyrrolopyrrole cyanine type, exhibiting strong absorption in the near-IR and weak in the visible, as well as record Power-Conversion Efficiency 4% and Average Visible Transmittance 75%. It was shown that dye aggregates are formed on the nanolayer. Energy Transfer (monomers-to-aggregates) occurs in sub-ps to tens of ps times and its kinetic competition with charge injection (dye-to-semiconductor) constitutes it the main loss channel for injection.