Complexes Organométalliques de Ruthénium : Chromophores Nouvelle Génération pour Cellules Solaires Hybrides – CORuS

L’exploitation des sources d’énergie renouvelable est motivée par la prise de conscience publique que les réserves fossiles pourraient disparaître au cours de ce siècle et que la consommation d’énergie ne cesse d'augmenter. Il est donc urgent d’effectuer une transition reposant sur un bouquet énergétique constitué de multiples sources d’énergie mais favorisant les énergies renouvelables. Dans ce contexte, le solaire apparait comme une ressource clef pour répondre à la demande mondiale en énergie propre et durable. Basées sur un concept mimant la photosynthèse, les cellules solaires à colorant (DSCs) suscitent beaucoup d’intérêt de par leur polyvalence, bas-coût et facilité de fabrication. C’est en effet une technologie très prometteuse qui constitue une alternative viable aux cellules solaires traditionnelles à base de silicium.
Les propriétés d’absorption de la lumière par ce dispositif reposent essentiellement sur le colorant. Ce projet concerne donc la conception et la synthèse de chromophores moléculaires innovants ; il inclue également la fabrication et la caractérisation de dispositifs PV.
Le projet CORuS s’appuie sur des travaux récents réalisés par le coordinateur: le développement de complexes organométalliques originaux incluant un motif Ruthénium-diacétylure comme chromophores nouvelle-génération pour DSCs. Ces complexes incluant un ion métallique au sein de structures conjuguées offrent de nombreux avantages tels que l’augmentation de la conductivité électronique et l’élargissement de la photosensibilité. Ils constituent en outre des composants de choix pour l’électronique moléculaire. Les colorants Ru-diacétylures obtenus présentent des propriétés optoélectroniques remarquables et ont fourni d’excellentes performances PV, supérieures à celles de colorants similaires organiques ou à base de Pt. Par conséquent, au vu des nombreuses améliorations envisageables par ingénierie moléculaire, ces chromophores nouvelle-génération représentent une approche prometteuse et versatile pour l’obtention de matériaux hautement photoactifs et de dispositifs PV efficaces.
Les complexes Ru-diacétylures constituent donc la pierre angulaire de ce projet dont les principaux objectifs sont l’absorption panchromatique de la lumière et l’amélioration des performances PV. Ces complexes aisément modulables permettront l’obtention d’une large gamme de structures moléculaires applicables à différentes technologies PV, principalement les DSCs mais aussi des dispositifs inversés de type p et des cellules solaires à hétérojonction volumique. Ceci constituera également un tremplin pour l’exploration d’autres groupements métalliques. Au regard des très bons résultats préliminaires rapportés par les déposants, l’ingénierie moléculaire de nouveaux chromophores proposée dans ce projet devrait permettre d’atteindre des efficacités de conversion à l’état-de-l’art en DSC. A cette fin, le projet rassemble des compétences diverses telles que synthèse organique, chimie théorique, photo- et électrochimie, dispositifs et mesures physiques. Le projet dans son ensemble mènera de la molécule au dispositif, par conséquent, au-delà de l’aspect synthèse moléculaire, un travail poussé de caractérisation optoélectronique et PV sera effectué.
Le projet CORuS sera mené dans un contexte scientifique international hautement compétitif, mais le futur du PV hybride et moléculaire reposant sur la conception de composés photoactifs de pointe, le concept innovant proposé ici pourrait conduire à une percée significative.
Afin de promouvoir le PV et d’élargir son potentiel d’application vers une meilleure exploitation de l’énergie solaire, des efforts doivent être faits pour augmenter la diversité des dispositifs. Ainsi, dans un futur proche, les différentes technologies trouveront leur place au sein d’un mix énergétique solaire et joueront un rôle dans l‘importance de cette forme d’énergie renouvelable, conduisant à un impact environnemental et sociétal hautement positif.