Résumé :
Ce travail de thèse porte sur l’étude photo-physique de chromophores donneur-π-accepteur utilisés dans les cellules solaires à colorant. Après photo-excitation, ces molécules subissent des processus de transfert de charge intramoléculaire (ICT), de solvatation et d’injection de charges qui se déroulent dans le domaine temporel de la picoseconde. Or toute relaxation énergétique de l’état excité diminue la cinétique de l’injection de charges. Des mesures de spectroscopie stationnaire et de fluorescence résolue en temps (de la femto- à la nanoseconde) ont permis de résoudre la dynamique de relaxation de ces colorants en solution, sur films mésoporeux et en cellules complètes. Les dynamiques de relaxation spectrale et d’inhibition de l’intensité de fluorescence de l’état excité ont pu être caractérisées indépendamment et mettent en évidence un changement d’état électronique à l’état excité. Les trois colorants étudiés évoluent vers un état à transfert de charge (état CT) qui interagit fortement avec son environnement.
Afin d’étudier l’injection de charge dans les oxydes mésoporeux semi-conducteurs, un montage expérimental de fluorescence résolue en temps destiné à l’étude de systèmes opaques et diffusifs a été réalisé et est décrit dans cette thèse. Ce montage possède une résolution temporelle d’environ 300 fs.
Les résultats mettent en évidence la présence d’une compétition entre l’injection de charges et la relaxation de l’état excité dans les cellules complètes. La méthodologie proposée et les mesures réalisées permettent de raffiner la compréhension des premières étapes de la génération de porteurs de charges dans les cellules à colorants.
Mots-clés : Cellules à colorants, Femtoseconde, Transfert de charge intramoléculaire, Donneur-accepteur, Spectroscopie éléctronique, Génération de somme de fréquence, Complexes donneur-accepteur d’électrons, Cellules solaires à colorant, Spectroscopie femtoseconde, Spectroscopie résolue en temps, Transfert de charge, Spectroscopie.
Characterization and integration of new push-pull systems in photovoltaic cells
Abstract:
This thesis deals with thephotophysical study of donor-π-acceptorchromophores used in dye sensitized solar cells.After photo-excitation, these molecules undergointramolecular charge transfer (ICT), solvationand charge injection processes that take place inthe picosecond time domain. However, anyenergetic relaxation of the excited statedecreases the injection kinetics.Steady-state spectroscopy and time-resolvedfluorescence measurements (from the femto- tothe nanosecond) were used to solve therelaxation dynamics of these dyes in solution, onmesoporous films and in complete cells.The spectral relaxation and fluorescencequenching dynamics of the excited state couldbe characterized independently and highlight anelectronic relaxation at the excited state. Thethree dyes studied evolve towards a chargetransfer state (CT state). Such a state is in stronginteraction with its environment.To study charge injection in semiconductormesoporous oxides, a time-resolvedfluorescence set-up for the study of opaque anddiffusive systems has been implemented and isdescribed in this thesis. It provides a timeresolution of about 300 fs.The results demonstrate the existence of acompetition between the injection of chargesand the relaxation of the excited state in thecomplete cells.
Keywords: Pus-pull, Intramolecular charge transfer, Electronic spectroscopy, Dye sensitized solar cell, Femtosecond, Fluorescence upconversion.
Contact : Bruno Jousselme (Iramis/NIMBE) et Thomas Gustavsson (Iramis/LIDYL)
Groupe DICO