Etude des processus ultrarapides photo-induits dans les systèmes colorants organiques/liquide ionique/solvant moléculaire conçus pour cellules solaires à colorant – UPPiL

L’approche consiste dans une étude double : étudier les processus fondamentaux de photophysique qui régissent trois classes de photosensibiliseurs par des techniques de spectroscopie résolues en temps et par dynamiques moléculaire. Cette partie consiste à la fois en une étude des mélanges liquide ionique/solvant moléculaire et en une étude de la photodynamique des colorants. La deuxième approche, plus applicative consiste à combiner des mesures de spectroscopies résolues en temps avec des mesures photovoltaïques dans des cellules solaires à différents modes de fonctionnement. Cette double approche permet de produire des résultats scientifiques dans trois domaines : spectroscopique, théorique et photovoltaïque.

En ce qui concerne l’étude de la dynamique de solvatation dans les mélanges liquide ionique/solvant moléculaire (WP1) : nous avons pu isoler les différents composants des mélanges liquide ionique/solvant moléculaire qui influencent les réponses de solvatation en fonction du temps. Nous avons maintenant, grâce à la combinaison des manipes résolues en temps et de la dynamique moléculaire, une image claire de la solvatation dans ces mélanges ce qui pourra éclairer les phénomènes photoélectriques pouvant avoir lieu notamment dans les cellules solaires mais aussi les supercapaciteurs ou les batteries.
Pour les résultats en photodynamique des photosensibiliseurs (WP2), nous sommes en train de caractériser plusieurs espèces émissives pour les photosensibiliseurs que nous avons choisis. Ces résultats pourraient influencer l’efficacité d’adsorption des colorants sur l’électrode de TiO2. Ces espèces émissives sont en cours d’identification en ce moment même dans mon équipe. Des calculs théoriques pour identifier ces espèces sont aussi lancés
Des résultats sur les mesures en cellules solaires (WP3) sont en cours avec le LRCS. Ils permettront de mieux cerner le rapport entre signal photochimique provenant des processus fondamentaux au sein de la cellule et signal électrique transitoire produit par cette même cellule pour différents mode de fonctionnement.

Les résultats en photochimie fondamentales étant principalement lancés et une routine ayant été acquise, le WP1 etWP2 tournent de manière quasi routinière.
Nous axons donc nos efforts vers le WP3, le plus ambitieux et prometteur, mais aussi le plus demandeur en temps et en travail puisqu’il consiste en ces mesures combinées en photovoltaïque et en spectroscopie résolue en temps. Il nécessite à la fois les ressources du LASIRE et du LRCS.

3 publications envoyées sur le WP1 et 2 et un chapitre envoyé sur le WP1 et 2 publications en cours de rédaction :
1. A new key feature about the mechanism of the solvation dynamics in BmimBF4/PC mixtures: a cooperative study employing time-resolved ?uorescence and molecular dynamics
Yevheniia Smortsova, François-Alexandre Miannay,*, Thomas Gustavsson, Frédéric Sauvage, Francesca Ingrosso, Oleg Kalugin, Abdenacer Idrissi*, soumis à JMolLiq ;
2. Effect of Acetonitrile Solution on Structure, Conformational Dynamics and Electronic Spectra of D205 Indoline Dye Anchored to Small TiO2-Anatase Nanoparticle, Miannay, Idrissi, soumis à Journal of molecular simulation ;
3. Descriptors of the charge transfer of Coumarin in C4mimBF4/acetonitrile mixture : A quantum calculation analysis, Mohammed Arab Ait Tayeb, Noureddine Tchouar, François Alexandre Miannay and Abdenacer Idrissi, soumis à JMolLiq

1 chapitre: Local structure in a mixture of ionic liquid with molecular solvent : vibration spectroscopy, NMR and Molecumar dynamics simulation, Idrissi, Miannay, envoyé à elsevier Science book.

Parmi toutes les sources d’énergie renouvelables, l’énergie solaire est la plus prometteuse loin devant l’énergie éolienne ou géothermique. La possibilité d’une conversion, efficace et bon marché, de la lumière solaire en électricité est clairement un enjeu scientifique et technologique. Les cellules solaires à colorants (DSSCs) sont des cellules solaires de type couche mince. C’est un concept viable sur le plan technique et économique. Leur faible efficacité et leur instabilité à long terme sont les deux lacunes de ces dispositifs pourtant prometteurs. Le projet UPPiL a émergé d’une observation importante : changer le solvant de l’électrolyte peut réduire l’efficacité des DSSCs de manière conséquente et influer sur leur stabilité. Quelles sont les interactions entre solvant et sensibiliseur qui régissent ces changements ? Quels sont les réarrangements moléculaires dans les solvants des électrolytes pouvant influencer la stabilité et l'efficacité des systèmes ? Pour répondre à ces questions, UPPiL a pour objectif d’étudier les effets des solvants des électrolytes (dynamique de solvatation comprise) sur l’efficacité et la stabilité des DSSCs. UPPiL propose d'étudier des DSSCs équipées d'une nouvelle classe de solvants/milieux pour électrolyte combinés avec trois photosensibiliseurs à la pointe de la technologie. Deux étapes seront suivies (i) étudier le réarrangement moléculaire du solvant autour du sensibiliseur après photoexcitation et (ii) suivre simultanément les caractérisations spectroscopiques résolues en temps et électriques dans les DSSCs. UPPiL se positionne à une double interface : interface expérimentale avec théorie sur l’étude des réarrangements moléculaires dans les solvants d’électrolytes et interface entre les processus fondamentaux des sensibiliseurs (injection électronique, régénération) et les mesures de signaux transitoires électriques. UPPiL va bénéficier du haut degré de compétence du LASIR en spectroscopies résolues en temps ultrarapides avec la haute expertise du LRCS dans les domaines de conception et de caractérisation des DSSCs. En effet, le LASIR est l'une des plates-formes de spectroscopie résolue en temps les plus étendues d'Europe et le LRCS est une unité de recherche sur le photovoltaique reconnue internationalement. Partant de nos premières observations, les nouveaux résultats générés par UPPiL vont ouvrir la voie au développement de nouveaux sensibiliseurs et solvants permettant la conception de DSSCs hautement efficaces et stables à long terme.