Utilisation de ressources issues de la biomasse pour la synthèse de complexes de ruthénium à ligands 2,2’ : 6’,2’’-terpyridines comme colorants au sein de cellules solaires DSSC

• Main Author: Charrier, Florian
• Other Authors: Bourgogne Franche-Comté
• Language: fr
• Published: 2017
• Subjects: Synthèse; Organique; Dssc; Terpyridine; Photovoltaïque; Biomasse; Photosensibilisateur; Complexe de ruthénium; Synthesis; Organic; Photovoltaic; Biomass; Photosensitizer; Ruthenium complex,; 540; 621.31
• Online Access: http://www.theses.fr/2017UBFCD081/document

Tout au long de cette thèse, de nouveaux colorants organométalliques ont été élaborés dont le but est de les utiliser en tant que photosensibilisateurs au sein des cellules solaires DSSC dont la simplicité de mise en œuvre, le faible coût de production et un design attractif en sont les atouts majeurs. Des analogues du black dye ont dans un premier temps été élaborés, une étude approfondie par des calculs DFT a permis une approche plus constructive sur le choix des designs moléculaires. Des aldéhydes dérivés de la biomasse comme la vanilline, le syringaldéhyde ou le 5-hydroxyméthylfurfural ont permis de substitués le ligand terpyridine par différents groupes (hétéro)aromatiques en position 4’ pour moduler les transferts de charges. Dans un second temps, une chaîne hexyloxyméthyle est introduite en position 4’’ pour diminuer les recombinaisons de charges lors du fonctionnement de la cellule solaire et par la même occasion placer la LUMO plus proche des points d’ancrages pour de meilleures injections de charges vers le semi-conducteur. L’utilisation de groupes cyanoacrylates a aussi été envisagé à la place des acides carboxyliques afin d’obtenir des absorptions plus panchromatiques. Des complexes du type [Ru(tpy)2] et [Ru(tpy)(bpy)NCS] ont également été synthétisés et étudiés pour leur stabilités plus accrues au cours du temps au sein de la cellule solaire par rapport aux complexes à ligands NCS. Certains colorants ont été testés en cellules solaires en combinaison du dioxyde de titane comme semi-conducteur et du couple I3-/I- en tant que médiateur rédox. === Throughout this thesis, new organometallic dyes have been developed to use them as photosensitizers in dye-sensitized solar cells (DSSCs), whose simplicity of implementation, low cost production and attractive design are major assets. Black dye analogues were first developed, a thorough study of DFT calculations allowed a more constructive approach to the choice of molecular designs. Biomass-derived aldehydes such as vanillin, syringaldehyde or 5-hydroxymethylfurfural have been used to substitute the terpyridine ligand by different (hetero)aromatic groups in the 4’ position in order to modulate charge transfers. In a second step, a hexyloxymethyl chain was introduced in the 4'' position with the aim of reduce charge recombination during the solar cell operation and in the same time to place the LUMO closer to the anchoring groups for better charge injections to the semiconductor. The use of cyanoacrylate groups was also considered in place of the carboxylic acids in order to obtain more panchromatic absorptions. [Ru(tpy)2] and [Ru(tpy)(bpy)NCS] complexes have also been synthesized and studied for their increased stability over time in the solar cell compared to the NCS ligand complexes. Some dyes have been tested in solar cells in combination of titanium dioxide as the semiconductor and the I3-/I- couple as the redox mediator.