Panneaux photovoltaïques - améliorer les méthodes de mesure du transfert d''électrons

Malgré l''importance du transfert interfacial des électrons dans la détermination du potentiel d''un dispositif photovoltaïque, les méthodes actuelles utilisées pour le surveiller restent ambiguës. Aujourd''hui, à l''aide d''impulsions d''ultraviolet profond en continuum, les scientifiques de l''École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont mis au point une méthode spécifique au substrat visant à détecter le transfert d''électrons. Publié dans la revue Journal of the American Chemical Society, leur document intitulé «Interfacial Electron Injection Probed by a Substrate-Specific Excitonic Signature» décrit la façon dont l''équipe a développé une méthode spécifique au substrat pour détecter le transfert d''électrons.

Les panneaux solaires sensibilisés, composés d''un sensibilisateur moléculaire ou à semi-conducteur qui sert à collecter la lumière et injecter un électron dans un substrat qui favorise leur migration, font partie des systèmes photovoltaïques les plus étudiés. Néanmoins, les méthodologies actuelles, qui utilisent toutes la lumière dans les fréquences visibles jusqu''au térahertz (longueurs d''ondes d''environ 400 – 30 000 nm), peuvent offrir des résultats ambigus. Cette approche est sensible aux porteurs qui restent libres dans la bande de conduction du substrat semi-conducteur. C''est pourquoi ils ne sont pas spécifiques au type de substrat et ne peuvent pas s''étendre à la nouvelle génération de cellules solaires sensibilisées à semi-conducteur.

L''équipe EPFL visait à dépasser les limites des méthodes actuelles de mesure du transfert d''électrons, en utilisant deux types de systèmes de conversion solaires à colorant: l''un basé sur le dioxyde de titane, l''autre sur les nanoparticules zinc-oxyde, tous deux appartenant à la catégorie des substrats d''oxyde de métal de transition. À l''aide d''impulsions d''ultraviolet profond en continuum, les scientifiques EPFL ont mis au point une méthode spécifique au substrat pour détecter le transfert d''électrons.

Dans leur document ils expliquent, «(…) nous démontrons l''utilisation d''impulsions d''ultraviolet profond en continuum pour sonder le transfert d''électron interfacial, en détectant une transition excitonique spécifique dans l''anatase TiO2 sensibilisé par N719 et les nanoparticules de type wurtzite ZnO.» Ils montrent que, « (…) le signal après l''injection d''électrons du colorant N719 dans TiO2 est régi par le criblage Coulomb longue portée des états finaux des transitions excitoniques, tandis que dans ZnO sensibilisé il est régi par le remplissage de l''espace de phase.»

Les oxydes de métal de transition (TiO2, ZnO, NiO) sont de grands isolants d''interstice qui se sont imposés ces deux dernières décennies comme des matériaux très intéressants pour des applications dans la photocatalyse, la conversion d''énergie solaire. Malgré l''immense intérêt pour ces matériaux, la vraie nature des excitations électroniques élémentaires (Frenkel, Wannier ou l''exciton de transfert de charge) n''est toujours pas établie. Une bourse avancé de l''UE a permis de mener des recherches au titre du projet DYNAMOX (Charge carrier dynamics in metal oxides) qui développe de nouveaux outils expérimentaux qui pourraient nous offrir des informations jusqu''à présent inaccessibles concernant la dynamique du porteur de charge dans les oxydes de métal de transition. La recherche menée à Lausanne permettra d''identifier la transition excitonique avec plus de clarté.

Pour plus d''informations, veuillez consulter:
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