Etude et réalisation d’une hétérojonction Ti-TiO2-SnO2 pour application photovoltaïque

Abstract

Le travail proposé dans cette thèse consiste à optimiser les propriétés de TiO 2 pour des applications en cellules solaires à colorant. Cet objectif sera atteint en combinant pour cette photoanode, les deux objectifs spécifiques suivants: il s’agit dans la première fois de nanostructurer le TiO 2 afin d’augmenter le rapport surface/volume et donc d’augmenter la surface spécifique offrant ainsi au TiO 2 la meilleure réactivité. Pour cela, nous avons choisis la structure nanotubulaire (1D) qui se distingue des autres structures par sa bonne séparation spatiale des charges photogénérées, déplacement unidirectionnelle des charges, augmentant ainsi leur durée de vie et réduisant le taux de recombinaison, comparativement aux agrégats de nanoparticule. En deuxième lieu, il s’agit d’étendre la largeur spectrale de TiO 2 en adoptant une stratégie simple et non coûteuse. Pour cela nous avons choisi les traitements thermiques, une stratégie alternative qui permet non seulement d’améliorer la cristallinité et de réduire le nombre de défauts qui agissent comme centres de recombinaison, mais, aussi, de réduire la largeur de la bande interdite et d’étendre par la suite son spectre d’absorption. Il a été démontré dans ce travail que les traitements thermiques est une autre stratégie alternative qui améliore considérablement la photo activité des TiO 2 nanotubes. En effet la présence de la phase mixte Ti-anatase-rutile dans les nanotubes oxydé à la température de 600°C a un effet synergie manifesté par la réduction du gap optique (2.59 eV) et une réflexion optique d’environ 7%, ce qui nous permis de considérer cette électrode comme photoanode qu’on peut recommander pour les cellules solaires à colorant. En deuxième lieu, nous avons réalisé des cellules solaires à colorant de type hybride à base de TiO 2 nanostructuré, préparée à partir d’une colle colloïdale commerciale de TiO 2 , diluée à l’aide d’un solvant organique formant ainsi une couche poreuse. La structure de cette cellule est de type : (verre FTO/TiO 2 dense/TiO 2 poreux/colorant/Spiro-OMeTAD/Ag). Nous avons choisi trois colorants : le D102 servant comme référence, le D149 et le Dj118. Ces cellules sont réalisées au niveau du laboratoire XLIM de l’université de Limoges à l’aide d’un protocole expérimental d’élaboration des DSSC. Les rendements obtenus sont comparable à ceux de la littérature avoisinant les 4 % pour le colorant D102 contre 2% et 1,61 % pour les deux autres colorants. L’ensemble des résultats obtenus nous paraissent prometteur, dans ce champ nouvellement exploré des ss-DSSC