Thibaut BARON, doctorant au sein de l’équipe IMF, soutiendra sa thèse intitulée « Conception et synthèse de colorants sélectifs du proche infrarouge pour des applications en cellules solaires hybrides transparentes et incolores ainsi que pour la production d’hydrogène » le Mardi 14 Décembre 2021 à 9h30 au Laboratoire CEISAM en salle Marie Curie.
Résumé
Il est séduisant d’imaginer l’intégration de panneaux photovoltaïques dans les fenêtres grâce à des vitraux électrogènes tout en bénéficiant de l’éclairage naturel ; ce qui permettrait d’étendre considérablement le champ d’application du photovoltaïque. Ces travaux de thèse s’inscrivent justement dans ce cadre puisque l’objectif était de mettre au point des sensibilisateurs à absorption sélective dans la fenêtre du proche infrarouge (NIR) de façon à développer des cellules à colorant (DSSC) qui soient transparentes et incolores. Dans un premier chapitre, nous avons synthétisés des colorants à base de phtalocyanines de zinc substitué par de fonctions thioéthers, ainsi que des composés quadrupolaires de structures A-D-A. Bien que ces colorants absorbent fortement dans le NIR, leurs performances photovoltaïques se sont avérées décevantes avec des efficacités inférieures à 1%, mais de nombreuses voies d’optimisation restent possibles.
Dans un second temps, nous nous sommes tournés vers une nouvelle famille de colorants à base de pyrrolopyrroles cyanines (PPcys). Une première série de sensibilisateurs à structure symétrique comportant une fonction acide carboxylique à chaque extrémité a permis de valider l’intérêt de ces composés pour le but poursuivi puisqu’un rendement de photoconversion de 3,85% a pu être atteint avec un AVT (average visible transparency) de 66%. Ces composés ont ensuite été optimisés en remplaçant un groupe acide carboxylique par une fonction tris-arylamine ; ce qui a permis d’accéder à un rendement de photoconversion de 4,10%. Finalement, l’utilisation de ces colorants a été étendue avec succès à la production photo-catalytique d’hydrogène via les systèmes DSP (dye sensitized photocatalytic) démontrant ainsi la possibilité de réduire l’eau avec des photons de faible énergie (> 750 nm).
Mots clés
photovoltaïque, transparence, DSSC, NIR, pyrrolopyrroles cyanines, phtalocyanine, composés « push-pull », photo-électrochimie, hydrogène, photocatalyse