Author : Andreas Kay
Release : 1994
Genre :
Kind : eBook
Book Rating : /5 ( reviews)

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Book Synopsis Solar Cells Based on Dye Sensitized Nanocrystalline TiO 2 Electrodes by : Andreas Kay

Download or read book Solar Cells Based on Dye Sensitized Nanocrystalline TiO 2 Electrodes written by Andreas Kay. This book was released on 1994. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse décrit un nouveau type de cellule solaire photovoltaïque ayant comme base une électrode nanocrystalline de dioxyde de titane sensibilisée par un colorant. Contrairement aux cellules solaires traditionnelles dans lesquelles la lumière est absorbée par un semi-conducteur de bande interdite étroite, le Ti02 est transparent dans la partie visible du spectre en raison de sa bande interdite large. Dans notre cas, la lumière est absorbée par un colorant attaché à la surface du semi-conducteur, par exemple par un complexe polypyridyl du ruthénium ou un dérivé de la chlorophylle. La séparation des charges est la conséquence de l'injection d'un électron par le colorant excité dans la bande de conduction du Ti02, suivi par la réduction rapide du colorant oxydé par un électrolyte rédox. Un tel mécanisme purement cinétique de séparation des charges se trouve aussi dans les centres de réaction des systèmes naturels de photosynthèse. La comparaison va plus loin: de même que les membranes thylacoïdes des chloroplastes contenant la chlorophylle sont pliées en piles de grana pour bien capter la lumière, une couche mince de particules nanocrystallines de Ti02 met à la disposition de l'adsorption du colorant une surface qui est élargie plusieurs centaines de fois. Alors que l'efficacité des cellules solaires polycrystallines traditionnelles est restreinte par la recombinaison des porteurs de charge aux limites des grains et à cause des défauts ou des impuretés du réseau, le Ti02 sert seulement comme conducteur des porteurs de majorité (électrons injectés), de sorte qu'une recombinaison dans le semi-conducteur même n'a pas lieu dans ce type de cellule solaire. Pour cette raison une séparation eftïcace des charges peut être obtenue même avec une électrode mince fabriquée à partir d'une poudre de Ti02 bon marché. Nous avons étudié les principes théoriques, la fabrication et les propriétés de différents éléments de la cellule solaire de Ti02 nanocrystalline sensibilisée par un colorant. Le premier chapitre donne un bref résumé de l'état actuel de la photovoltaïque et de la sensibilisation par des colorants. Le deuxième chapitre traite de la photoélectrode à couche mince polycrystalline. On discute d'abord du choix du substrat ainsi que de son prétraitement par déposition d'une souscouche. Ensuite on examine diffkrentes méthodes pour la fabrication des couches nanoporeuses de Ti02. Trois procédures sont convenables: l'hydrolyse in situ d'un alcoxide de titane, l'application d'une dispersion colloïdale de Ti02 et la déposition chimique à partir de la phase gazeuse (CVD) d'une couche mixte de Ti02 et B203 Le procédé colloïdal est le plus universel, parce que la distribution de la taille des particules peut être influencée pendant la préparation du colloïde, par exemple par précipitation, peptisation et traitement hydrothermique, ou par dispersion d'une poudre de Ti02 préparée par hydrolyse dans une flamme ou oxygénolyse dans un plasma. De plus, le colloïde peut être appliqué par différentes techniques sur le substrat: avec un Doctor blade, par sérigraphie, par sprayage ou 6lectrodéposition. Enfin, nous discutons le posttraitement de la photoélectrode par déposition d'une sur-couche de Ti02 et par chauffage de même que sa manipulation jusqu'à l'adsorption du colorant. Afin d'interpréter l'amélioration des propriétés de l'électrode obtenue par ce procédé, l'adsorption du colorant sur les surfaces déshydroxylées les plus exposées des particules nanocrystalline d'anatase est modélisée. Dans le troisième chapitre, nous passons à la sensibilisation avec des colorants, commençant avec une liste de conditions générales qui doivent être remplies par le sensibilisateur. On décrit une installation expérimentale pour enregistrer le spectre d'action du photocourant et on rapporte les résultats pour quelques-uns des complexes polypyridine du ruthénium les plus efficaces. La sensibilisation avec des dérivés de la chlorophylle et des porphyrines naturelles apparentées est examinée en detail. L'influence de différents coadsorbats, comme des acides cholanics et des sucres, est comparée et interprétée à l'aide des modèles moléculaires. Le mécanisme de la photosensibilisation avec des dérivés de la chlorophylle est déduit de l'extinction de la fluorescence statique et dynamique ainsi que par photolyse par éclair laser et ransients du photocourantltension en liaison avec la voltamétrie cyclique et la spectroélectrochimie. Ces expériences montrent l'importance des états de surface sur les particule nanocrystallines de Ti02 pour capter les électrons injectés. Enfin nous présentons les résultats obtenus avec quelques autres sensibilisateurs. entre autres le carotenoate et une merocyanine. Le quatrième chapitre traite de l'électrolyte rédox, qui sert à transmettre l'électron arrivant depuis le circuit externe à la contre-électrode sur le colorant oxydé. Nous enumérons les exigences gédrales pour le couple rédox et discutons les particularités du couple iodure/aiiodure. On discute de l'état actuel des conaissances dans le domaine des électrolytes solides et leur application dans la cellule solaire de Ti02 nanocrystalline sensibilisée par un colorant. Au cinquième chapitre nous décrivons brièvement la fabrication et les propriétés de la contre-électrode, qui doit réduire le couple rédox à un sur-potentiel faible et qui en même temps peut servir de miroir au revers de la cellule solaire. Le sixième chapitre contient quelques perspectives concernant le futur développement de ce nouveau type de cellule solaire.