Par Valid-Mwatati Mwalukuku
Équipe Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

La race humaine a besoin d'énergie durable pour se développer. Les émissions de carbone sans cesse croissantes dues à l'utilisation de combustibles fossiles et aux conflits humains nécessitent l'exploitation de sources d'énergie alternatives et renouvelables telles que l'énergie solaire. Parmi les photovoltaïques émergents, les cellules solaires à colorant (DSSC), parmi d'autres technologies à couches minces, ont suscité l'intérêt des universités et de l'industrie grâce à leurs faibles coûts de production, leur stabilité décente dans les applications, leur rendement élevé et leurs propriétés optoélectroniques accordables. Une disposition DSSC comprend un photosensibilisateur immobilisé sur un semi-conducteur, un couple redox (généralement I₃^-/I^-) et une cathode revêtue de Pt. Parmi ces composants, le photosensibilisateur permet la fabrication de cellules solaires chromatiques et semi-transparentes qui sont des candidats attrayants dans l'industrie du photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV).
Néanmoins, pour une application en tant que fenêtres dans le BIPV, la transparence et l'efficacité doivent être optimisées. Parmi les différentes approches rapportées dans ce domaine, l'utilisation de photosensibilisateurs NIR a permis d'atteindre une transparence impressionnante dans le visible jusqu'à 76 % mais conduit à sacrifier les efficacités. Une autre approche consiste à développer des cellules solaires semi-transparentes avec des colorants absorbant la lumière visible mais la transmission optique dans ce cas est fixée lors de la fabrication et un compromis doit être trouvé entre efficacité et transparence.
L'équipe STEP s'est efforcée de concilier ces propriétés en remplaçant les photosensibilisateurs classiques par des photochromes organiques. Nous avons développé une nouvelle classe de DSSC aux propriétés optiques dynamiques, capables d'auto-adapter leurs niveaux de transparence et leur production d'énergie en fonction de la lumière du jour appelés dispositifs photo-chromo-voltaïques. Pour atteindre des cellules solaires à haute performance pour ouvrir la voie à l'application, l'optimisation des conditions de travail et donc des colorants est nécessaire. Dans cette thèse, je rendrai compte du développement de cellules solaires photochromiques enregistrant des rendements supérieurs à 4,2 %, démêlerai les relations structure-propriété et l'interaction photochromisme-photovoltaïque pour cette nouvelle classe de molécules. Avec cette compréhension, j'ai présenté des DSSC avec des efficacités d'environ 5 % marquant l'état de l'art dans ce domaine et suggéré de futures directions de recherche.