Etude d’oxydes métalliques nanostructurés (ZnO, SnO2) pour applications photovoltaïques notamment oxydes transparents conducteurs et cellules solaires à coloran

Metallic oxide nanostructures play a critical role in dye-sensitized solar cells as front transparent electrodes and photoanodes. The use of stannic oxide (SnO2) and zinc oxide (ZnO) has been motivated by their particularly suitable structural, electrical and optical properties for dye-sensitized solar cells. Fluorine doped-SnO2 transparent electrodes have been deposited by spray pyrolysis in the form of thin films that consist of nanoscale grains. Their optical and electrical properties have been optimized in order to integrate them into dye-sensitized solar cells./ The electron transport has been investigated in details and the influence of each scattering mechanism has quatitatively been assessed. ZnO photoanodes have been grown directly on the SnO2 surface by chemical vapor deposition in the form of nanowires. The nanowire diameter and surface density were controlled by the growth conditions and the substrate surface oxidation, respectively. The nanowire-based photoanodes were then integrated into dye-sensitized solar cells. The relatively low efficiency of these cells was shown to be due to the small ZnO surface area, which limits the amount of dye anchored to its surface. In order to circumvent this limitation, ZnO nanoparticles have been deposited on the nanowire surface by chemical bath deposition. The nanocomposite photoanodes lead to the fabrication of dye-sensitized solar cells with prosing efficiency by combining both efficient electron transport and large active surface area.Les technostructures d’oxydes métalliques jouent un rôle essentiel dans les cellules photovoltaïques à colorant, puisque ces matériaux permettent de réaliser le contact électrique transparent en face avant ainsi que le photoanode. L'oxyde stannique (SnO2) et l'oxyde de zinc (ZnO) ont été employés car leurs propriétés optiques, électroniques et structurales sont particulièrement bien adaptées aux cellules solaires à colorants. Le contact électrique transparent, obtenu par pyrolyse d'aérosol, se présente sous forme d'une couche mince de SnO2 dopé au fluor, composée de grains nanométriques. Les propriétés électriques et optiques de ce composant ont été optimisées en vue de son intégration dans des cellules à colorant. Une étude approfondie du transport électronique au sein de la couche a permis de quantifier l'influence des différents mécanismes de diffusion suivant les cas considérés. La photoanode a été réalisée directement à la surface de la couche mince d eSnO2, par dépôt chimique de nanofils de ZnO à partir de précurseurs en phase vapeur. Le diamètre et la densité surfacique des nanofils sont contrôlés respectivement par les conditions de croissance et le degré d’oxydation du substrat. Les photoanodes à base de nanofils ont été intégrées dans des cellules à colorant. La limitation des performances de ces cellules est due à la faible surface développée par le ZnO, ce qui conduit à la fixation d'une trop faible quantité de colorant à la surface de ce dernier. Afin de remédier à ce problème, des nanoparticules de ZnO ont été élaborées par bain chimique à la surface de nanofils. Les cellules solaires à base de structures composites présentent des performances supérieures ç celles réalisées à partir de nanofils ou de nanoparticules. Les photoanodes composites permettent d'obtenir àla fois un transport efficace des électrons et de développer une surface important. De ce fait, elles présentent des performances prometteuses