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PHOTOSENSIBILISATION DE DIOXYDE DÉTAIN NANOPOREUX PAR DES ORGANOSTANNIQUES PHOTOACTIFS M. de Borniol a, B. Jousseaume a, T. Toupance a, G. Vilaça a, H.

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1 PHOTOSENSIBILISATION DE DIOXYDE DÉTAIN NANOPOREUX PAR DES ORGANOSTANNIQUES PHOTOACTIFS M. de Borniol a, B. Jousseaume a, T. Toupance a, G. Vilaça a, H. Cachet b, V. Vivier b a LCOO-UMR 5802, Université Bordeaux 1, 351 Cours de la Libération, F Talence Cédex b LPLE-UPR 15, Université Paris 6, 4 Place Jussieu, Paris Cédex 05 Synthèse des organostanniques photoactifs nouvelle famille de chromophore 2 pour augmenter absorption dans le visible et limiter phénomène de -stacking 50 % 85 % 2 Les cellules solaires à base doxyde semiconducteur, tel que le dioxyde de titane (TiO 2 ) sensibilisé par des complexes polypyridyle du ruthénium portant des groupements acide carboxylique, réalisent la conversion photovoltaïque avec des rendements comparables à ceux décrits pour le silicium amorphe. Par rapport à TiO 2, le dioxyde détain (SnO 2 ) est un meilleur accepteur délectrons à cause de sa bande de conduction plus positive et les dispositifs correspondants sont plus stables à long terme sous irradiation UV du fait de sa bande interdite plus large. Cependant, les chromophores dotés de groupements acide carboxylique réagissent mal avec les surfaces de SnO 2 ce qui conduit à de faibles quantités de colorant adsorbé et affecte fortement lefficacité des cellules correspondantes. Pour exploiter les avantages fondamentaux et pratiques offerts par lutilisation de SnO 2 dans ces cellules, il est nécessaire de développer de nouvelles stratégies pour modifier les surfaces de SnO 2. Par exemple, il semble intéressant de tirer profit de la stabilité de lenchaînement Sn(oxyde)-O-Sn-C(alkyl) pour greffer un chromophore organique à la surface de SnO 2. Dans ce but, des organoétains substitués par des chromphores de type pérylène ont été synthétisés et leur réactivité vis à vis des surfaces de SnO 2 a été étudiée. Le comportement photoélectrochimique des matériaux modifiés obtenus a ensuite été déterminé. Organostanniques photoactifs Dérivés du pérylène : colorants dont le niveau du 1 er état excité est situé au-dessus de la BC de SnO Introduction Références 1) G. Vilaça, K. Barathieu, B. Jousseaume, T. Toupance, H. Allouchi, Organometallics, 2003, 15, ) H. Cachet, V. Vivier, T. Toupance J. Electroanalytical Chem., 2004, 572, ) T. Toupance, M. de Borniol, B. Jousseaume, G. Vilaça, H. Cachet, V. Vivier, in Nanoporous and Nanostructured Materials for Catalysis, Sensor, and Gas Separation Applications, edited by S.W. Lu, H. Hahn, J. Weissmuller, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., Warrendale, PA, 2005, 846E, R11-5. Ce système génère sous illumination un photocourant de court-circuit de 240 A/cm 2 pour une tension en circuit ouvert de - 0,37 V soit un rendement de conversion énergétique de 0,04%. Le bon accord entre le spectre dabsorption et la courbe dIPCE de la cellule confirme que le processus de photosensibilisation a effectivement lieu. Ces résultats préliminaires montrent que la conversion photovoltaïque est réalisée par du SnO 2 nanoporeux photosensibilisé par des organostanniques photoactifs. Photoélectrochimie dune cellule utilisant un film nanoporeux de SnO 2 modifié I cc = 240 A, V co = mV Caractéristique courant-tension IPCE 385 nm = 16% IPCE lumière blanche obscurité Système F:SnO 2 /SnO 2 /Pérylene-(CH 2 ) 4 -Sn /Iodolix/Pt Propriétés optiques de films de SnO 2 modifiés par 2 : (a) film SnO 2, (b) 2 sur film SnO 2 de 250 nm, (c) 2 sur film SnO 2 de 500 nm,,(d) 2 sur film SnO 2 de 1000 nm. (a)(b)(c) (d) Absorbance à 500 nm croît linéairement avec épaisseur du film La porosité est accessible sur toute lépaisseur du film. CH 2 Cl 2 - HX Modification chimique de surface de SnO 2 par des organostanniques photoactifs Spectroscopie UV-visible Poudres et films nanoporeux de dioxyde détain Obtention de films de SnO 2 homogènes, nanoporeux et nanocristallins (a)(b) (c) Image MET (a) dune poudre nanoporeuse de SnO 2 et images MEB de films nanoporeux de SnO 2 : (b) vue de la tranche (1 m) et (b) vue de dessus de la surface nanocristalline. Morphologie Séchage 110°C/20 mn Calcination 450°C/30 mn Suspension colloïdale (Nanoparticules SnO 2 ) Spin-coating Préparation PoudresFilms Photoélectrochimie des poudres nanoporeuses de SnO 2 modifié Sous illumination, un photocourant important, se superposant à la vague doxydation des ions bromure, est clairement détecté dont lintensité croît proportionnellement avec la puissance lumineuse. Le tracé du potentiel de repos en fonction de la puissance lumineuse indique que des photopotentiels de mV sont produits par ces systèmes en présence dun électrolyte aqueux de type bromure. Ces valeurs figurent parmi les plus élevées décrites dans les cellules photovoltaïques à colorants. Voltammétrie cyclique Photopotentiel = f(Puissane lumineuse) Système SnO 2 /Pérylene-(CH 2 ) 6 -Sn /NaBr SnO 2 SnO 2 :F


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