LAboratoire de Spectrochimie Infrarouge et Raman – UMR 8516
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Descriptif du sujet

Solvatation des colorants utilisés dans les cellules solaires : Etude par spectroscopie de vibration transitoire ultrarapide et simulation de dynamique moléculaire.
Encadrement : N. Idrissi
Sujet : 

Parmi toutes les sources d’énergie renouvelables, l’énergie solaire est la source la plus efficace loin devant les énergies éoliennes et géothermiques. La conversion directe de l’énergie du soleil en électricité est le principe de cette source. La cellule solaire à colorant (DSSC) est une alternative aux technologies photovoltaïques de jonction p-n. En effet, les DSSC possèdent des avantages uniques tels qu’une haute sensibilité à la lumière diffuse, une excellente conversion de la faible puissance lumineuse avec une transparence éventuellement élevée et donc permettent une intégration facile dans les supports existants. Le principe du DSSC repose sur: un colorant, absorbant la lumière est ancré à la surface d’un semi-conducteur (TiO2). L’injection d’électrons est assurée à partir de l’état excité du colorant dans la bande de conduction du semi-conducteur et le cation du colorant est régénéré par transfert de trou au couple redox (I3/I). Différentes orientations de recherche sont actuellement à l’étude pour améliorer l’efficacité des DSSC comme le choix du couple redox, le type du métal conducteur, la nature du colorant (colorants organométalliques à base de zinc, de ruthénium ou colorants sans métal) et les électrolytes (électrolytes solides, électrolytes quasi-solides, électrolytes liquides). Nos premiers résultats montrent que la compréhension des processus ayant lieu à l’interface colorant/électrolyte est déterminante pour l’amélioration des performances des DSSCs. En effet, le principal problème que nous avons identifié est que l’efficacité du DSSC est principalement liée à ses deux composants « clés »: l’électrolyte et le colorant: l’un est le milieu dans lequel tous les composants des DSSCs sont immergés et l’autre contrôle la conversion de la lumière. Ce projet de thèse s’articule autour de techniques spectroscopiques ultrarapides résolues en temps et de modélisation par dynamique moléculaire afin de comprendre les processus fondamentaux liés à la relaxation ultrarapide du colorant. En effet, ces processus induisent une diminution sensible de l’injection d’électrons dans TiO2. L’objectif principal de ce projet est donc d’étudier les effets des processus de solvatation sur le transfert de charge, processus d’injection d’électrons à deux niveaux: (i) dans les mélanges liquide ionique/solvant moléculaire (électrolytes); (ii) à l’interface colorant/électrolytes/semi-conducteur (TiO2).

Cette thèse bénéficiera d’une collaboration avec  l’université de Novi Sad en Serbie pour la fonctionnalisation des liquides ioniques, l’université de Kharkiv en Ukraine pour la synthèse de nouveaux colorants et l’université de Varsovie pour les mesures de spectroscopie  IR résolue en temps.

Une expérience de la/du candidate/candidat dans le domaine des lasers impulsionnels ou de la spectroscopie transitoire et la dynamique moléculaire serait appréciée. Mais de la motivation et des notions en Chimie-physique seront ses atouts principaux.