Synthèse et optimisation de couches d'oxyde de zinc nanostructurées pour une utilisation en cellule solaire à colorant PDF Download
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Author: Victoire-Marie Guérin Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 310
Book Description
Ce mémoire présente les recherches que nous avons menées sur les cellules solaires à colorant (DSSC ou Dye-Sensitized Solar Cell) à base d’oxyde de Zinc. Celles-ci ont suivi deux directions. D’une part, une méthode de préparation rapide de couches de semi-conducteur a été mise au point. Cela nous a tout d’abord permis de mettre au point notre méthode de préparation et de caractérisation des DSSC. Nous nous en sommes ensuite servi pour faire des études systématiques afin d’optimiser certains paramètres de fabrication des cellules solaires. Le second axe de recherche a consisté en la synthèse par électrodépôt de couches de semi-conducteur adaptées aux besoins des DSSC. Les principaux critères recherchés sont une haute surface spécifique et une bonne conduction de l’électron au sein de la couche. Nos études se sont alors tournées vers la préparation de structures hiérarchiques à base de nanofils de ZnO. Sans utiliser le moindre agent structurant au cours du dépôt, nous avons obtenu des morphologies à deux échelles, utilisant une seconde phase nanocristalline. D’autres structures hiérarchiques sont également proposées, à base, entre autres, de nanofils organisés en réseau tridimensionnel «oursins».
Author: Victoire-Marie Guérin Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 310
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Ce mémoire présente les recherches que nous avons menées sur les cellules solaires à colorant (DSSC ou Dye-Sensitized Solar Cell) à base d’oxyde de Zinc. Celles-ci ont suivi deux directions. D’une part, une méthode de préparation rapide de couches de semi-conducteur a été mise au point. Cela nous a tout d’abord permis de mettre au point notre méthode de préparation et de caractérisation des DSSC. Nous nous en sommes ensuite servi pour faire des études systématiques afin d’optimiser certains paramètres de fabrication des cellules solaires. Le second axe de recherche a consisté en la synthèse par électrodépôt de couches de semi-conducteur adaptées aux besoins des DSSC. Les principaux critères recherchés sont une haute surface spécifique et une bonne conduction de l’électron au sein de la couche. Nos études se sont alors tournées vers la préparation de structures hiérarchiques à base de nanofils de ZnO. Sans utiliser le moindre agent structurant au cours du dépôt, nous avons obtenu des morphologies à deux échelles, utilisant une seconde phase nanocristalline. D’autres structures hiérarchiques sont également proposées, à base, entre autres, de nanofils organisés en réseau tridimensionnel «oursins».
Book Description
Les cellules solaires à colorant (DSC) sont issues de la troisième génération de cellules solaires. Ces systèmes peu onéreux présentent néanmoins des rendements (11-12 %) qui restent à améliorer. De plus les meilleures DSC sont constituées notamment de TiO2 dont la préparation à haute température est un des freins à de nombreuses applications. Le ZnO, synthétisable à basse température et sous de nombreuses morphologies semble être une alternative au TiO2 dans les DSC. L’étude présentée ici a pour but d’augmenter les performances des cellules en optimisant le transport des électrons dans les DSC et en maximisant la récolte de lumière. Pour mieux comprendre la dynamique de transport des électrons dans les DSC, l’influence de la structure des films sur les propriétés de conduction des électrons et sur les performances des cellules a d’abord été étudiée. Cette étude a été menée sur les DSC à base de TiO2 puis de ZnO. Parmi les nombreuses voies de synthèse du ZnO, l’électrodépôt de ZnO en présence d’agent structurant a permis l’obtention de DSC où le transport des électrons était optimisé. La sensibilisation du colorant à la surface du ZnO s’est ensuite révélée être une étape clef dans la préparation des DSC. Son influence sur la quantité de lumière collectée, le taux de recombinaison des électrons, les performances et la durabilité des cellules a été étudiée. De nouvelles voies de confinement de la lumière dans les cellules par rétrodiffusion ont également été recherchées. Finalement, les facteurs limitant les performances des cellules ZnO sont discutés et de nouvelles stratégies d’amélioration sont proposées
Author: Germain Rey Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Les nanostructures d'oxydes métalliques jouent un rôle essentiel dans les cellules photovoltaïques à colorants, puisque ces matériaux permettent la réalisation du contact électrique transparent en face avant et de la photoanode. L'oxyde stannique (SnO2) et l'oxyde de zinc (ZnO) ont été employés respectivement, car leurs propriétés optiques, électroniques et structurales sont particulièrement bien adaptées aux cellules solaires à colorant. Le contact électrique transparent, obtenu par pyrolyse d'aérosol, se présente sous forme d'une couche mince de SnO2 dopé par du fluor composée de grains nanométriques. Les propriétés électriques et optiques de ce composant ont été optimisées en vue de son intégration dans des cellules à colorants. Une étude approfondie du transport électronique au sein de la couche a permis de quantifier l'influence des différents mécanismes de diffusion suivant les cas considérés. La photoanode a été réalisée, directement à la surface de la couche mince de SnO2, par dépôt chimique de nanofils de ZnO à partir de précurseurs en phase vapeur. Le diamètre et la densité surfacique des nanofils sont contrôlés respectivement par les conditions de croissance et le degré d'oxydation du substrat. Les photoanodes à base de nanofils ont été intégrées dans des cellules à colorant. La limitation des performances de ces cellules est due à la faible surface développée par le ZnO qui conduit à la fixation d'une trop faible quantité de colorant à la surface de ce dernier. Afin de remédier à ce problème, des nanoparticules de ZnO ont été élaborées par bain chimique à la surface des nanofils. Les cellules solaires à base de structures composites présentent des performances supérieures à celles réalisées à partir de nanofils ou de nanoparticules. Les photoanodes composites permettent d'obtenir à la fois un transport efficace des électrons et de développer une surface importante et de ce fait, elles présentent des performances prometteuses.
Author: Siti Salwa Alias Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9814560774 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 59
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This book focuses on the study of synthesized ZnO powder using Zn(CH3COO)2∙2H2O precursor, methanol (as solvent), and sodium hydroxide (NaOH) to vary the pH. The successfully synthesized ZnO powder from the sol-gel centrifugation and sol-gel storage methods were characterized and investigated by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, UV–visible spectroscopy, and photoluminescence test to compare the properties of the nanoparticles. The best characteristic of the ZnO powder from both methods was observed when the powders were coated on an ITO glass to fabricate a PEC. The current density–voltage performances of both PECs were investigated under luminescent and dark conditions.
Author: Jamil Elias Publisher: Editions Universitaires Europeennes ISBN: 9786131503221 Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Le but de cette thèse a été de fabriquer des réseaux de nanofils et de nanotubes de l'oxyde de zinc (ZnO) de dimensions contrôlées en utilisant la méthode de réduction électrochimique de l'oxygène moléculaire. Plusieurs approches concernant le contrôle des dimensions de ces nanofils ont été investiguées. Après l'étude du mécanisme de formation des nanofils, nous avons proposé une nouvelle méthode pour obtenir des réseaux de nanotubes de ZnO par dissolution des coeurs des nanofils. Les propriétés optiques, électriques et structurales des nanofils et des nanotubes de différentes dimensions, obtenus avec différents conditions de dépôt ont été étudiées dans cette thèse. Finalement, des cellules ETA, constituées de ZnO/CdSe/CuSCN, ont été étudiées en utilisant les réseaux obtenus. Les effets de la morphologie et des dimensions des nanofils et nanotubes sur la diffusion de la lumière et la performance électronique des dispositifs ont été étudiés. Cela nous a permis de mieux comprendre les mécanismes optiques et électroniques impliqués dans ce type de cellule solaire ouvrant de nombreuses possibilités pour améliorer leur performance.
Author: Tangui Le Bahers Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 212
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Cette dernière décennie a montré que les cellules solaires à colorants étaient une technologie photovoltaïque économiquement viable. Malgré les nombreuses études réalisées dans ce domaine, force est de constater que les rendements de photoconversion n’ont toujours pas dépassé 12% avec ce type de cellule. Les travaux réalisés au cours de cette thèse s’inscrivent dans une optique d’optimisation des cellules solaires à colorants. Pour y parvenir, une approche joignant la théorie et l’expérience a été développée. Par des calculs basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), une nouvelle famille de colorants, caractérisée par la présence d’un groupement pyridinium, a été étudiée afin d’en choisir les membres les plus aptes à générer un photocourant. En combinant une approche moléculaire et périodique, les calculs ont permis de comprendre différents mécanismes intervenant dans le fonctionnement de la cellule solaire conduisant à une optimisation théorique de certains constituants de la cellule comme la composition de l’électrolyte ou le colorant. Parallèlement aux calculs, une méthodologie de construction et de caractérisation des cellules basée sur l’utilisation de ZnO comme semiconducteur a été mise en place au sein du laboratoire. La synthèse de ces nouveaux colorants a aussi été réalisée au cours de ce travail de doctorat. La conception et la caractérisation expérimentales de cellules utilisant ces colorants a permis de valider le protocole théorique développé ouvrant la voie à une optimisation ab initio des cellules solaires à colorants
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L’objectif de cette thèse est d’étudier le dépôt de couches minces d’oxydes et de sulfures par la méthode du dépôt chimique en phase vapeur à flux alternés (ALCVD). Ces matériaux sont ensuite utilisés dans la réalisation de cellules solaires en couches minces à base de diséléniure de cuivre, de gallium et d’indium (CIGS). Dans un premier temps, le dépôt de couches minces de sulfure d’indium, de sulfure de zinc et de couches mixtes a été réalisé à 200 °C. L’étude des mécanismes de croissance de ces matériaux à l’aide d’une microbalance à cristal de quartz a révélé des mécanismes de désorption importants pendant les purges et des réactions d’échange entre le diethylzinc et le sulfure d’indium. Les propriétés des couches mixtes varient entre celles du sulfure d’indium et celles du sulfure de zinc. La meilleure cellule solaire réalisée avec une couche tampon en ZnInxSy atteint un rendement de 11,2 % (couche tampon de référence : 12,3 %). D’autres matériaux à base d’oxysulfure de zinc (Zn(O,S)) (Zn(O,S):In, Zn(O,S):Al) ont été étudiés et utilisés comme couches tampons donnant des performances inférieures. Dans un second temps, l’étude de la croissance de couches d’oxyde de zinc (ZnO) et d’oxyde de zinc dopées à l’aluminium (ZnO:Al) à 160 °C a permis de mettre en avant l’influence des temps de purge au cours de la croissance sur les propriétés électriques des couches. Finalement, des couches minces de disulfure de cuivre et d’indium (CuInS2) ont été déposées suivant un procédé en deux étapes faisant intervenir des processus de diffusion. Une couche de moins de 300 nm d’épaisseur utilisée comme absorbeur de cellule solaire a permis d’obtenir un rendement de 2,8 %.
Author: Syed mujtaba Shah Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 227
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The research presented in this dissertation deals with the synthesis, properties andoptoelectronic applications of the nanohybrids based on dye and fullerene functionalizedZnO nanoparticles. These molecules being acid functionalized, were co-grafted on thesurface of ZnO nanoparticles. The effect of changing ratio of donor to acceptor, polarityof the solvent and shapes of the nanoparticles on porphyrin/fullerene interaction werestudied. The molecules were found appreciably interacting at a ratio of 1:2 under the cograftedstate on ZnO nanorods. This was indicated by the strong bathochromic shift of thesoret peak of porphyrin and quenching of its fluorescence however, at this ratio chargetransfer complex is not detectable. The complex formation requires both the donors andacceptors to be enough close to each other to undergo Van der Waal's type interactionwhich is achievable by raising the stoichiometric ratio to 1:3 and beyond. Weak CTabsorption (700-800 nm) and emission bands (800 nm) characterizing supramolecularcomplexation, were noticed only in polar solvent acetonitrile. When applied as acomponent of the active layer in bulk heterojunction hybrid solar cells, the dyefunctionalized ZnO nanoprods raised the efficiency of the solar cells at lowconcentrations but addition of fullerene had an inverse effect. This was investigated to bedue to the morphological defects induced by the clusterization of nanorods.
Author: Victoire-Marie Guérin
Author: Victoire-Marie Guérin
Author: Constance Magne
Author: Germain Rey
Author: Siti Salwa Alias
Author: Jamil Elias
Author: Siti Salwa Alias
Author: Tangui Le Bahers
Author: 
Author: Pascal Genevée
Author: Syed mujtaba Shah