Elaboration de nanoparticules semi-conductrices organiques dispersées dans l'eau pour la conversion d'énergie solaire.

Development of organic semi-conductor nanoparticles dispersed in water for solar energy conversion .

• Auteur / Autrice : Alejandro Salinas villaseñor
• Direction : Christine Lartigau-dagron, Antoine Bousquet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie spécialité Polymères
• Date : Inscription en doctorat le 24/10/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Nanoparticules

Hydrogène

Photovoltaïque

Nanoparticles

Hydrogen

Photovoltaics

Résumé

Dans un contexte de forte crise énergétique et de réchauffement climatique, la collecte et le stockage de l'énergie solaire sont des enjeux d'extrême importance. Les photons du soleil fournissent la plus grande source d'énergie sur terre et son exploitation peut aider à résoudre la crise énergétique sans nuire à l'environnement. Les semi-conducteurs organiques, qu'ils s'agissent de polymères (généralement donneurs d'électrons) ou de petites molécules (accepteurs de type fullerène ou non), peuvent être dispersés dans l'eau pour fournir des procédés respectueux de l'homme et de l'environnement, au lieu d'utiliser des solutions dans des solvants organiques toxiques. Les cellules solaires organiques présentent de nombreux avantages : légèreté, flexibilité, abaissement potentiel des coûts, etc. Actuellement, les rendements atteignent 19%, mais avec des techniques de dépôt impliquant des solvants organiques chlorés et/ou toxiques. L'enjeu de ce projet est de viser des hauts rendements tout remplaçant les solvants organiques par des encres constituées de nanoparticules organiques dispersées dans l'eau. Dans ce but, deux laboratoires travailleront ensemble, IPREM (UPPA) et IMS (Université de Bordeaux) et ont déjà obtenu des rendements proches de l'état de l'art pour des cellules à base de dispersions aqueuses (11%). Ce travail de thèse est en soutien au projet ECOSOLORG, financé par le programme 80PRIME du CNRS. Il consistera en : i) optimisation de la formulation des encres et développement de tensio-actifs à façon pour assurer la stabilité de la dispersion, mouillabilité, contrôle de la morphologie (IPREM) ; ii) optimisation des cellules solaires à base de ces encres pour augmenter les performances et leur stabilité dans le temps (IMS).

In a context of a strong energy crisis and global warming, the harvesting and storage of solar energy are extremely important issues. The photons of the sun provide the largest source of energy on Earth and its exploitation can help solve energy crisis without harming the environment. Organic semi-conductors, whether they are polymers (usually electron donors) or small molecules (fullerene acceptors or not) can be dispersed in water to provide processes that respect humans and the enviroment, instead of using solutions in toxic organic solvents. Organic solar cells present several advantages: lightweight, flexibility, potential low cost, etc. Actually, the power conversion yields are close to 20% at the lab scale, with deposition processes using chlorinated and/or toxic solvents. The aim of this project is to reach high efficiencies while replacing these organic solvents by organic semi-conducting nanoparticles dispersed in water. For that purpose, two laboratories will jointly work, IPREM (UPPA) and IMS (Université de Bordeaux) and already obtained results in solar cells close to the state of the art with that technique (11%). The work of this PhD is to support the ECOSOLORG project funded by the 80PRIME program of CNRS. It will address the issues: i) optimisation of semi-conducting inks, development of home-made surfactants, in order to ensure the stability of dispersions, wettability, morphology control (IPREM); ii) optimisation of solar cells based on these inks to increase their performances and stability during time (IMS).