Synthesis and integration of photochromic molecules in dye-sensitized solar cells

Synthèse et intégration de molécules photochromes en cellules solaires à colorant Depuis le début de la révolution industrielle, les besoins en énergie n'ont cessé de croître. Historiquement, les combustibles fossiles ont été massivement utilisés pour répondre à cette demande énergétique, mais leurs limites nous poussent vers des sources plus durables telles que l'énergie solaire. Parmi les différentes technologies photovoltaïques, les cellules solaires à colorant (DSSC) présentent des avantages considérables : elles peuvent atteindre des rendements supérieurs à 15%, être rendues semi-transparentes et être esthétiquement plaisante. En outre, comme l'absorption de la cellule dépend largement du colorant utilisé, des capacités intéressantes peuvent être ajoutées à la cellule grâce à l'ingénierie chimique du colorant. En 2020, notre équipe a présenté la première utilisation réussie de colorants photochromiques dans les DSSC, conférant à la cellule une propriété d'auto-ajustement vis-à-vis de la luminosité ambiante. Parmi les colorants utilisés dans cette étude, le plus prometteur était le NPI, qui permettait d'obtenir des rendements supérieurs à 4% dans les cellules. Depuis ce travail pionnier, nous avons décidé de travailler sur la conception moléculaire du colorant photochromique en introduisant de nouvelles parties et en étudiant leurs relations structure-propriété. Nous nous sommes également concentrés sur l'aspect esthétique des cellules, qui est d'une importance capitale pour leur application potentielle en tant que fenêtres intelligentes. Ces préoccupations ont conduit à la conception et à la synthèse de nouvelles familles de colorants en modifiant différentes parties du colorant de référence NPI. Nous avons accordé une grande attention à la partie donneuse de la molécule et avons remplacé la diphénylamine utilisée dans le NPI par des groupements carbazoles afin d'ajuster les propriétés "push-pull" de la molécule. Nous avons également travaillé sur la partie acceptrice du NPI, en introduisant différentes fonctions chimiques afin d'étudier leur effet sur le colorant obtenu. Parmi ces nouveaux colorants, SF4 a montré des capacités prometteuses en termes d'esthétique et de performance photovoltaïque. Nous avons utilisé une approche de cosensibilisation avec SF9, un colorant incorporant un motif benzothiadiazole, pour optimiser les propriétés de la cellule. Nous avons également travaillé sur l'électrolyte utilisé pour améliorer encore les performances optiques et photovoltaïques de SF4. Au final, nous avons produit un mini-module de 5x5 cm avec une surface active de 14 cm2 et une puissance de 14 mW, tout en conservant une bonne esthétique (CRI supérieur à 95) aussi bien sous forme activée qu'inactivée. Bien que les performances optiques et photovoltaïques obtenues avec le SF4 laissent entrevoir un avenir prometteur pour ce type de dispositif, des optimisations supplémentaires sont nécessaires pour obtenir une cellule commercialement viable.