Journal de la nanomédecine et de la découverte biothérapeutique
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Abstrait

L'effet du ZnO et de ses nanocomposites sur les performances des cellules solaires à colorant

Hanaa Selim

Français L'effet du dopage CuO des nanoparticules ZnO sur les performances des cellules solaires à colorant (DSSC) a été étudié. Dans un premier temps, les nanoparticules de ZnO ont été synthétisées à l'aide d'une méthode de coprécipitation, puis les nanocomposites ZnO-CuO ont été fabriqués par une nouvelle voie Pechini en utilisant différents rapports de concentration molaire de CuO appliqués dans les cellules solaires à colorant (DSSC). La caractérisation thermique, structurelle, optique et électrique a été réalisée à l'aide de diverses techniques telles que (TGA/DSC), XRD, HR-TEM, FT-IR, Raman, UV-DRS, PL, IV. Les résultats de l'analyse XRD ont montré que le composite CuO-ZnO a une taille nanométrique et que l'existence d'un nouveau pic à 38,65O correspond à la phase secondaire de CuO, ce qui informe sur le processus de dopage. Les spectres UV-DRS des échantillons dopés ont montré un décalage vers le rouge de la bande de réflectance par rapport aux nanoparticules de ZnO pures et les spectres PL ont montré une forte bande d'émission à 400 nm. Dans des conditions optimisées, les couches minces de ZnO non dopé et de ZnO dopé au CuO ont été collées sur du verre ITO à l'aide de la technique de dépôt par laser pulsé (PLD) et utilisées comme électrodes de travail dans des cellules solaires à colorant (DSSC). Ces électrodes de travail ont été sensibilisées avec un colorant à l'éosine et couplées à une cathode revêtue de platine. Les mesures IV ont montré une amélioration des performances du DSSC nanocomposite ZnO-CuO avec une efficacité de 2,9 % ± 0,22 % au dopage optimal (ZC1,5) par rapport au DSSC ZnO de 1,26 % ± 0,08 %.

Les cellules solaires à colorant (DSSC), la technologie photovoltaïque de troisième génération, sont très prometteuses pour la conversion peu coûteuse de l'énergie solaire en énergie électrique par rapport aux cellules solaires au silicium conventionnelles en raison de leur environnement favorable, de leur faible coût, de leur non-toxicité, de leur bonne stabilité de température, de leur génération électrique stable et de leur production facile. Les cellules solaires, leurs composants clés, notamment la photoanode, le sensibilisateur, l'électrolyte et la contre-électrode. Les composés semi-conducteurs de taille nanométrique sont utilisés comme photoanodes en raison de leurs fonctions d'absorption des molécules de colorant et de transfert d'électrons. Il doit avoir un taux de transport d'électrons élevé pour diminuer le taux de recombinaison électron-trou et augmenter l'efficacité de conversion. L'oxyde de zinc est l'un des composés semi-conducteurs présentant différentes morphologies de nanostructure et une mobilité électronique élevée. Le ZnO a été considéré comme un candidat prometteur pour les DSSC en raison de sa mobilité des porteurs et de sa bande interdite directe. Le ZnO est un semi-conducteur à large bande interdite avec 3,30 eV à température ambiante. Les nanostructures de ZnO de faible dimension ont été largement étudiées en raison de leurs propriétés structurelles, électriques et optiques uniques. C'est un matériau prometteur pour de nombreuses applications optoélectroniques telles que les lasers nanométriques, les dispositifs piézoélectriques, les capteurs chimiques et les cellules solaires. D'autre part, l'oxyde de cuivre est l'un des matériaux candidats. Les caractéristiques des semi-conducteurs à base d'oxyde de cuivre sont une absorption optique relativement plus élevée, un faible coût des matières premières et une non-toxicité. CuO est un oxyde de métal de transition de type p avec une bande interdite étroite (Eg ~ 1,2 eV), qui se rapproche de la bande interdite idéale de 1,4 eV pour les cellules solaires et permet une bonne absorption spectrale solaire. La faible bande interdite de CuO permet d'absorber tout le spectre visible. Afin d'obtenir une meilleure qualité de cristallisation, de meilleures propriétés optiques et électriques, les chercheurs ont préféré le dopage dans les oxydes métalliques. Le zinc est un élément métallique de transition important et le Zn2+ a un paramètre de rayon ionique proche de celui de Cu2+, ce qui signifie que le Zn peut facilement pénétrer dans le réseau cristallin de CuO ou remplacer la position de Cu dans le cristal. Dans ce travail, le nanocomposite ZnO-CuO est utilisé pour augmenter les performances photovoltaïques des cellules solaires à colorant. Initialement, ces matériaux ont été synthétisés puis caractérisés à l'aide de mesures TGA/DSC, XRD, HR-TEM, FT-IR, Raman, UV-DRS, PL et IV.

Dans ce travail, il est observé que les réseaux de nanotrous pourraient également être formés dans des nanoondulations fabriquées avec l'irradiation d'un laser femtoseconde de 800 nm dans un environnement alcoolique. Le diamètre des trous varie de 10 nm à 30 nm. Notez que les nanotrous sont beaucoup plus petits que la longueur d'onde du laser incident, qui est de 800 nm. La structure est différente des nanostructures classiques induites par laser sur deux aspects. D'une part, la taille est de l'ordre de dizaines de nanomètres au lieu de centaines de nanomètres. D'autre part, les structures ne peuvent être formées que sous irradiation dans un environnement liquide. Plus précisément, sous irradiation dans l'alcool, davantage de réseaux de nanotrous sont formés et les trous sont plus uniformes, par rapport à ceux générés sous irradiation dans l'eau. Cette méthode peut être utilisée pour fabriquer des nanostructures de sous-longueur d'onde profonde en utilisant l'irradiation laser. Les réseaux de nanotrous sont caractérisés à l'aide d'un microscope électronique à balayage (SEM). De plus, nous étudions l’influence de la vitesse de balayage laser sur les réseaux de nanotrous à sous-longueur d’onde profonde.