Dans le domaine des cellules solaires, outre la technologie Si bien établie, les cellules solaires dites de 3e génération explorent soit des matériaux moins chers, soit des utilisations alternatives, c’est-à-dire au-delà des cellules solaires noires classiques qui décorent les toits des maisons.
Dans ce contexte, l’objectif du consortium français TRANSITION est d’explorer ce que l’on appelle les « cellules solaires à colorant » (DSSC), qui seraient totalement transparentes, par ex. n’absorbant que la partie invisible du spectre solaire. Des cellules solaires transparentes pourraient à terme remplacer nos fenêtres, et produire de l’électricité tout en préservant l’esthétique d’un bâtiment.
Avec cette perspective, le projet inter-disciplinaire TRANSITION regroupe des chimistes d’Amiens (F. Sauvage, coord.) et de Nantes (F. Odobel et son équipe), et l’équipe BIODYN de l’Inst. de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS, https://www.ipcms.fr/en/equipe/biodyn/). Nous avons récemment fait des progrès importants avec des colorants absorbant le proche infrarouge pour les cellules solaires à colorant (DSSC) [1-3]. En particulier, nous avons pu obtenir les meilleures performances pour des cellules transparentes en termes de rendement de conversion de puissance (PCE) et de transmission moyenne dans le visible (AVT). La prochaines étapes de notre projet concernent les DSSC avec de nouveaux colorants proche IR plus performants et des électrolytes à l’état solide, qui devraient augmenter le PCE jusqu’à 7%.
La spectroscopie ultrarapide est l’outil de choix pour étudier les processus d’injection de porteurs et leurs processus compétitifs tels que le transfert d’énergie du monomère à l’agrégat. Un enjeu central est de tester par spectroscopie électronique 2D si les agrégats moléculaires libèrent des électrons et contribuent ainsi à la production de photo-courant. Ceci est généralement considéré comme impossible, mais différentes observations indiquent que la situation est différente pour nos cellules.
[1] T. Baron et al., Angewandte Chemie (2022), 61, e202207459
[2] T. Baron et al., J. Mat. Chem. A (2023), 11, 16767-16775
[3] M. Kurucz et al., ChemPhotoChem (2024), 8, e202300175
Activités
Le chercheur ou la chercheuse post-doc mènera des expériences de spectroscopie femtoseconde, d’absorption transitoire, en version 2D ou non, ainsi que de fluorescence, dans le visible et le proche infrarouge (IR) sur des prototypes de cellules solaires, en testant les nouveaux matériaux, à savoir les mérocyanines comme colorants proche IR, et les électrolytes à l’état solide. De toute première importance est la contribution du chercheur ou de la chercheuse post-doc à l’optimisation du set-up 2DES. Cela requiert aussi l’adaptation de nos outils d’analyse de données (Python) à la spectroscopie 2D
Combinés aux performances des dispositifs obtenus par les partenaires d’Amiens, ces résultats constitueront une base solide pour comprendre les mécanismes susceptibles de limiter le photo-courant produit, afin de pouvoir concevoir des matériaux nouveaux et améliorés. Les résultats seront publiés dans des revues scientifiques de premier plan. Il ou elle sera en charge de co-superviser un projet de doctorat sur le même sujet. Une contribution à des projets tutorés pour des étudiants de master et licence, à la bonne organisation et l’évolution des installations de spectroscopie ultra-rapide, ainsi qu’aux levées de fonds de financement est attendue.