Optimization of ZnO based dye-sensitized solar cells by a combined theoretical and experimental appraoch - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Optimization of ZnO based dye-sensitized solar cells by a combined theoretical and experimental appraoch

Optimisation des cellules solaires à colorants à base de ZnO par une approche combinée théorie/expérience

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Abstract

During the last decade, it has been proven that dye-sensitized solar cells have been an economically viable photovoltaic technology. Despite numbers of studies realized in that field, we have to admit that photoconversion efficiencies of such devices are still under 12% on that type of systems. In this context, all works performed along this thesis was thus focused on the optimization of the performances of dyes-sensitized solar cells. To reach this objective, an approach joining theory and experiments was developed. From calculations based on Density Functional Theory (DFT), a new family of dyes, characterized by the presence of a pyridinium fragment, was studied in order to define and identify molecules best adapted to generate a significant photocurrent. Combining, a molecular and a periodic approach, calculations allowed to understand the different mechanisms involved in the solar cell working principle permitting the optimization of some constituents of the cell such as the electrolyte composition and the dye molecules. An experimental protocol for the production and characterization of solar cells based on ZnO as semiconductor in a laboratory scale was also developed during this thesis. Analogously, the new dyes studied at theoretical level were also experimentally synthesized and characterized. Overall, the experimental conception and characterization of solar cells using new dyes allowed to validate the theoretical protocol and paves the route for an ab initio optimization of dye-sensitized solar cells.
Cette dernière décennie a montré que les cellules solaires à colorants étaient une technologie photovoltaïque économiquement viable. Malgré les nombreuses études réalisées dans ce domaine, force est de constater que les rendements de photoconversion n'ont toujours pas dépassé 12% avec ce type de cellule. Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'inscrivent dans une optique d'optimisation des cellules solaires à colorants. Pour y parvenir, une approche joignant la théorie et l'expérience a été développée. Par des calculs basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), une nouvelle famille de colorants, caractérisée par la présence d'un groupement pyridinium, a été étudiée afin d'en choisir les membres les plus aptes à générer un photocourant. En combinant une approche moléculaire et périodique, les calculs ont permis de comprendre différents mécanismes intervenant dans le fonctionnement de la cellule solaire conduisant à une optimisation théorique de certains constituants de la cellule comme la composition de l'électrolyte ou le colorant. Parallèlement aux calculs, une méthodologie de construction et de caractérisation des cellules basée sur l'utilisation de ZnO comme semiconducteur a été mise en place au sein du laboratoire. La synthèse de ces nouveaux colorants a aussi été réalisée au cours de ce travail de doctorat. La conception et la caractérisation expérimentales de cellules utilisant ces colorants a permis de valider le protocole théorique développé ouvrant la voie à une optimisation ab initio des cellules solaires à colorants.
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Dates and versions

pastel-00661405 , version 1 (19-01-2012)

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  • HAL Id : pastel-00661405 , version 1

Cite

T. Le Bahers. Optimisation des cellules solaires à colorants à base de ZnO par une approche combinée théorie/expérience. Chimie analytique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00661405⟩
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