Paramètres de performances de photo-électrodes de Ti02/Kaolinite et d'électrolytes à base de carbonates biosourcés dans la cellule solaire sensibilisée par la bixine

Le developpement d'un colorant naturel sensibilisateur pour les applications de cellules solaires a attire beaucoup d'attention en raison de ses avantages inherents, tels que son faible cout, la preparation simple, les ressources facilement disponibles et le respect de l'environnement. Toutefois, les principaux problemes lies a la cellule solaire sensibilisee par colorant (CSSC) sont une faible photostabilite et une faible efficacite. Dans cette these, la bixine extrait de graines de rocou (Bixa orellana L.) a ete utilisee comme sensibilisateur. Pour ameliorer sa stabilite et la performance des CSSC, l’utilisation de la kaolinite activee a egalement ete etudiee. Une CSSC a haute efficacite necessite une photo-electrode avec une grande surface specifique pour adsorber efficacement le colorant. Ainsi le couple TiO2/kaolinite a ete prepare dans ce but. Il est considere que la kaolinite peut confiner la lumiere incidente a l'interieur de l'electrode et peut aussi ameliorer la conduction d'electrons. Dans ce systeme, la kaolinite a egalement un role important pour accroitre la photostabilite de la bixine. Un autre facteur affectant les performances des CSSC est le role important de l’electrolyte. Dans ces travaux, les carbonates organiques cycliques qui ont une constante dielectrique elevee et aussi un point d’ebullition eleve (plus de 300oC) ont ete evalues comme solvants de l’electrolyte. Ces travaux ont ete realises en quatre etapes: (1) extraction, purification et caracterisation de la bixine, (2) preparation, activation et caracterisation de la kaolinite, (3) etude d’adsorption de la bixine sur la surface de la kaolinite et du TiO2, et (4) fabrication des cellules solaires sensibilisees par la bixine (CSSB). Les resultats montrent que l’extraction acceleree par solvant en utilisant un melange de 60% de cyclohexane et 40% d’acetone peut etre une methode d’extraction efficace pour la bixine. Apres purification par la chromatographie flash, la bixine est isolee avec un degre de purete de 99,86%. Elle est composee de 88,11% de cis-bixine et 11,75% de dicis- bixine. L’activation par l’ammoniaque de la kaolinite calcinee (la metakaolinite) est une bonne methode pour produire la kaolinite avec une tres grande surface specifique et un rapport Si/Al eleve. L’etude d’absorption de la bixine a montre que le carbonate de dimethyle est un solvant approprie pour la bixine. Il permet a la bixine un coefficient d’absorption eleve et de bonnes caracteristiques d’adsorption sur la surface de la photo-electrode. L’adsorption de monocouche de la bixine sur la surface de TiO2 ou la surface de la kaolinite est plus favorable pour obtenir un rendement energetique plus elevee. La presence de la metakaolinite activee dans la photo-electrode TiO2 a contribue a ameliorer les performances et la stabilite de la CSSB par rapport a la CSSB fabriquee avec la photoelectrode de TiO2 pur. Ces performances sont reproductibles. L’electrolyte exerce un effet synergetique avec la metakaolinite activee en faveur de l’amelioration des parametres electriques de la CSSB. Sous une intensite lumineuse de 200 W/m2, la CSSB comprenant une photo-electrode de TiO2 modifie par 5% de metakaolinite activee et un systeme electrolyte de KiI/I2 dans l’acetate de carbonate de glycerol produit un rendement energetique de (0,050+0,006)%, ce qui est plus eleve que celui de la CSSB comprenant une photo-electrode de TiO2 pur (0,027+0,012)%. L’utilisation d’un couple redox de LiI/I2 dans l’acetate de carbonate de glycerol produit le rendement maximum (0,086+0,014)%. La fonction de stockage et de chargement d’energie des CSSB fonctionnent bien jusqu’au troisieme jour de l’analyse. A ce jour, la CSSB fabriquee en utilisant la photoelectrode de TiO2 modifiee par la metakaolinite activee est 16 fois plus stable que celle de la CSSB fabriquee en utilisant la photo-electrode de TiO2 pur.