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From Femto- to Millisecond and From Ensemble to Single Molecule Photobehavior of Some Nanoconfined Organic Dyes for Solar Cells Improvement

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Le transport des électronsdans les cellules solaires àbase de pigments

Des scientifiques européens ont étudié la circulation des électrons dans des systèmes composés de pigments organiques photosensibles et de matériaux à base de titane. Les résultats sont très importants pour améliorer le rendement de ces cellules solaires économiques, et ont de larges applications potentielles en nanotechnologie et dans les énergies propres.

Énergie

Les cellules solaires sensibilisées par des pigments (DSSC) utilisent le dépôt d'une couche mince de pigment photosensible sur un matériau conducteur, par exemple une couche poreuse de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2). Les DSSC représentent une alternative simple et économique aux cellules solaires classiques (à jonction p-n), mais leur succès a été contrarié par des problèmes de rendement. Des chercheurs européens soutenus par le projet Nanosol financé par l'UE voulaient conduire une analyse détaillée du comportement photoélectrique de trois pigments organiques innovants, sans métal. Les chercheurs ont étudié les pigments en solution et sur 9 morphologies de matériaux mésoporeux dopés au titane (avec de pores de 2 à 50 nanomètres de diamètre), avec et sans nanoparticules de TiO2. L'étude des pigments libres en solution a démontré l'importance de l'état du complexe de transfert de charge (la distribution des charges sur les molécules à l'interface entre le donneur et l'accepteur) sur le comportement photoélectrique du pigment, ainsi que le rôle du solvant dans le rendement. D'autres études de pigments en présence de nanoparticules de TiO2 (fréquemment utilisées) ont montré l'importance de la dynamique des électrons à l'échelle de la femtoseconde, et apporté des informations sur une séparation efficace des charges et les performances des cellules solaires. Les chercheurs ont également étudié des nanotubes de titane avec une structure unidimensionnelle, et les ont comparés avec des nanoparticules de TiO2, constatant une dynamique électronique similaire. Enfin, ils ont évalué une autre catégorie de matériaux unidimensionnels, des cribles de silice mésoporeuse dopée au titane. Le matériau lui-même a montré une dynamique électronique prometteuse, mais les cellules solaires finales ont été peu performantes à cause d'une charge moins efficace du pigment et d'un transport limité des électrons. Les chercheurs de Nanosol ont donc réussi à caractériser l'interaction de matériaux à base de titane avec une catégorie importante de pigments organiques destinés aux DSSC, en vue d'améliorer le rendement des cellules solaires. Les résultats devraient être intéressants pour la conception de DSSC dotées d'un meilleur rendement, et donc pour élargir leur utilisation. De telles avancées seraient avantageuses en termes de coût pour les constructeurs et pour les clients, et contribueraient à réduire la dépendance envers les combustibles fossiles.

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