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Ultrafast Spectroscopies for Dye Sensitised Solar Cell study and Optimisation

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Une imagerie ultra rapide du fonctionnement de cellules solaires

La collecte de l'énergie solaire est devenue l'un des principaux objectifs à l'échelle mondiale, afin de réduire la dépendance envers les combustibles fossiles et d'investir dans des ressources renouvelables. Des chercheurs financés par l'UE ont conçu des technologies de caractérisation de la nouvelle génération de cellules solaires.

Énergie

La plupart des systèmes photovoltaïques (PV) génèrent un courant électrique à partir de l'énergie solaire, utilisant les propriétés des jonctions p-n des semi-conducteurs pour séparer les électrons et les faire circuler. Les cellules solaires sensibilisées par des pigments (DSSC) utilisent au contraire une anode en dioxyde de titane (TiO2) qui a été photosensibilisée (recouverte par un pigment moléculaire qui absorbe la lumière solaire), un électrolyte liquide et une cathode en platine. Cette technologie représente une alternative faisable et économique par rapport aux systèmes PV classiques, mais le fonctionnement n'est pas encore parfaitement compris et il faudrait améliorer son rendement. La spectroscopie ultra rapide (de l'ordre de la femtoseconde) permet d'étudier la dynamique de la photo-électrochimie des cellules DSSC. Des chercheurs européens ont lancé le projet ULTRADSSC («Ultrafast spectroscopies for dye sensitised solar cell study and optimisation») pour réaliser la première caractérisation électro-optique des DSSC. Les scientifiques ont évalué diverses techniques de dépôt de TiO2, vu leur importance fondamentale dans le transport des charges. Ils ont utilisé la microscopie à force atomique pour évaluer les propriétés de surface et de structure des couches de TiO2. En outre, les chercheurs ont testé bien d'autres matériaux que le coûteux platine en vue d'optimiser le fonctionnement de l'anode. Les chercheurs ont alors évalué les caractéristiques électro-optiques d'un prototype en utilisant un simulateur solaire. Ils ont notamment constaté que le photocourant généré par un éclairement laser augmente avec l'angle d'incidence de la lumière, jusqu'à 25%, ce qui permettrait d'utiliser des conceptions innovantes. Enfin, les partenaires d'ULTRADSSC ont réalisé le laboratoire de spectroscopie ultra rapide comprenant un laser femtoseconde, un spectromètre d'imagerie et une caméra CCD refroidie. L'association des expériences sur les matériaux avec le système de spectroscopie ultrarapide permet à l'équipe d'ULTRADSSC d'étudier le transfert d'électrons depuis les molécules de pigments sur la surface d'un solide servant d'électrode. Une meilleure compréhension du fonctionnement des DSSC devrait conduire à des cellules plus efficaces et moins coûteuses, avec d'importantes implications pour le marché mondial de l'énergie solaire.

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