Offre de thèse Titre: Matériaux organiques organisés pour les

Offre de thèse
Titre: Matériaux organiques organisés pour les cellules photo solaires solides à
colorants (DSSC).
Mots clefs: Cellules de GRÄETZEL, Matériaux organisés, Transport de charges,
propriétés de transfert aux interfaces.
Directeur de thèse: Pr. Mohamed JOUINI; email: [email protected]
Téléphone: 0157277230
Univ. Paris Diderot, ITODYS, D3-1 Transduction Moléculaire & Supramoléculaire (TMS)
Co-Directeur: Dr. Christian PERRUCHOT; email: [email protected]
Résumé du projet:
Les électrodes modifiées sont les éléments de base pour des applications très
variées. Un domaine est aujourd’hui particulièrement investit et très concurrentiel
celui des cellules photovoltaïques à base de colorant (cellules de GRÄETZEL). En
collaboration avec l’équipe du Pr Anders HAGFELDT de l’Université d’Uppsala
(Suède), nous venons de réaliser sans optimisation aucune, le premier prototype de
cellule photo solaire organique tout solide (solid state dye sensitized solar cell
S-DSSC) avec une efficacité de rendement de 7%, en proposant l’élaboration photo
électrochimique directe de polymères conducteurs (PC), utilisés comme transporteur
de charges, sur un support TiO2/colorant. Le savoir-faire du groupe dans ce domaine
est largement reconnu et le sujet propose de développer les S-DSSCs à base de PC
en approfondissant ces résultats préliminaires mais néanmoins très prometteurs.
Aspect collaboratif:
On se propose d’améliorer le transport et le transfert de charge entre le matériau
inorganique (TiO2) et le colorant d’un côté, le colorant et le transporteur de trou
(PC) de l’autre; tout en évitant les phénomènes de recombinaison à l’origine des
mauvais rendements des DSSCs et en préparant de nouveau matériaux (colorants et
PC), à la lumière des résultats des travaux préliminaires.
Cet objectif est au centre du savoir-faire du groupe. La mise au point et les mesures
physiques sur les dispositifs finaux seront réalisées en collaboration avec l’équipe du
Pr HAGFELDT à l’Université d’Uppsala (Suède) et à l’EPF de Lausanne (Suisse). Le
projet proposé s’étend de la chimie organique de synthèse à la chimie des
polymères et des matériaux en passant par la physico chimie et les techniques
spectroscopiques. Le sujet est très actuel et très pluridisciplinaire.
Objectifs scientifiques et stratégie envisagée.
Les électrodes modifiées sont les éléments de base pour des applications très variées
telles que les cellules photovoltaïques (conversion de l’énergie solaire), les capteurs
chimiques ou électrochimiques (détection spécifique et sélective) ou les matériaux à
propriétés de surface spécifique (anti-adhésion biologique, lubrification, couche
photo- ou thermo- sensible, etc…). De nos jours, les électrodes modifiées à propriétés
contrôlées constituent un enjeu économique et sociétal important.
En collaboration avec l’équipe du Pr Anders HAGFELDT de l’Université d’Uppsala et
de l’EFPL, nous venons de réaliser sans optimisation aucune, le premier prototype de
cellule photo solaire organique tout solide (solid state dye sensitized solar cell SDSSC) ayant une efficacité de rendement de 7%, en proposant l’élaboration photo
électrochimique directe de polymères conducteurs (PC), utilisés comme transporteur
de charges, sur un support TiO2/colorant.
Prise de risque versus faisabilité
Il s’agit de contribuer au développement de nouvelles électrodes modifiées par des
matériaux organiques pi-conjugués, élaborés à partir de molécules dont la synthèse
est maitrisée au sein de l’Equipe. Ces molécules dites précurseurs serviront à réaliser
des dépôts de matériaux en couche mince par une approche électrochimique ou
photochimique, sur divers supports solides (métalliques, semi-conducteurs ou
isolants). Ces approches permettront d’élaborer directement des couches minces
(dispositif 2D) et pourront également servir par la suite à former des structures à
architecture organisée (ex: croissance de brosses de polymère sur support solide,
dispositif 3D). Les propriétés physico-chimiques de surface du matériau ainsi préparé
dépendront étroitement du mode de préparation et de la fonctionnalité présente
sur le précurseur utilisé.
Profil souhaité:
Bonnes connaissances en synthèse organique, en techniques de caractérisation
physico-chimiques des surfaces et en électrochimie (processus de transfert de
charge, électroanalyse, électro-dépôts, …). Des connaissances en chimie du solide
inorganique constituent un plus.
Le doctorant évoluera dans un environnement de recherche mixte chimie
organique / physico-chimie des surfaces. Son activité portera essentiellement sur la
synthèse de monomère organique, la préparation d’électrodes modifiées par
électro- ou photo-dépôt, ainsi que la caractérisation des propriétés physicochimiques de matériaux par un large panel de techniques analytiques disponibles à
l’ITODYS et auprès de l’équipe du Pr HAGFELDT.
Publications du groupe en rapport avec le sujet:
J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 4026
J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 22484-22491.
Electrochim. Acta 107, 2013, 45
ChemPhysChem 2014, 15, 1043 – 1047