Development of hybrid solid solar cells based on nanostructured zinc oxide

Elaboration de cellules photovoltaïques hybrides solides à base d'oxyde de zinc nanostructuré

Laurent Schlur (1)

1 IPCMS - Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg

This thesis deals with solid state dye sensitized solar cells in which dye sensitized ZnO nanorods are associated with spiro-OMeTAD (solid hole conductor). Nanorods are grown on the top of a dense ZnO seed layer. The growth of a dense, homogeneous and well oriented layer is achieved after optimization of the deposition procedure. ZnO nanorods are obtained after submitting the dense ZnO layer to an hydrothermal treatment. The nanorods morphology evolution with reactants concentration, reaction temperature and time,… was determined. The solar cells performances depend also on the nanorods length, the type of dye, the cell ageing time in air, the atmosphere and the cell temperature…The best performance published nowadays (0.25%) for our type of photovoltaic devices is really inferior to the 1% efficiency we obtained.

Cette thèse est consacrée à l’élaboration de cellules photovoltaïques hybrides solides sensibilisées à colorant, composées d’une couche dense de germes de ZnO recouverte de nanobâtonnets de ZnO sensibilisés par un colorant et infiltrés par du spiro-OMeTAD. La couche dense de germes de ZnO a été optimisée, afin qu’elle soit compacte, homogène et bien orientée. Les nanobâtonnets sont synthétisés par voie hydrothermale. L’influence de différents paramètres de synthèse sur la morphologie des nanobâtonnets a été testée. Deux méthodes permettant de modifier l’écart entre les nanobâtonnets ont également été mises au point. Les performances des cellules photovoltaïques varient en fonction de la longueur des nanobâtonnets, du colorant utilisé, de la durée de vieillissement des cellules à l’air, l’atmosphère, la température… Enfin, nous avons réussi à obtenir un rendement dépassant 1%, ce qui est supérieur à la meilleure performance publiée actuellement (0,25%) pour le même type de dispositif.

Mots clés: Optimized morphology; Hydrothermal synthesis; Dense seed layer; Zinc oxide; Nanorods; Solid state hybrid dye sensitized solar cells

Mots clés: Cellules solaires hybrides solides sensibilisées à colorant; Synthèse hydrothermale; Oxyde de zinc; Couche dense; Nanobâtonnets; Morphologie optimisée

Domaines: Chimie théorique et/ou physique; Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Laurent Schlur. Elaboration de cellules photovoltaïques hybrides solides à base d'oxyde de zinc nanostructuré. Chimie théorique et/ou physique. Université de Strasbourg, 2012. Français. ⟨NNT : 2012STRAE037⟩. ⟨tel-00864794⟩