Matériaux transparents conducteurs de type p

Stéphane Jobic (DR), Laurent Cario(DR) (Equipe PMN), Martine Bujoli-Doeuff (MC), Congcong Shang.

Un matériau transparent conducteur (MTC) est un solide qui n'absorbe pas la lumière visible (gap supérieur à 3 eV) et qui présente une bonne conductivité électrique. De tels matériaux sont utilisés dans les écrans plats, les vitrages à faible émissivité, les pare-brises dégivrants, les écrans antistatiques et/ou antireflets, les diodes, etc. Au laboratoire, nous nous intéressons plus spécifiquement à la synthèse de nanoparticules de MTC pour des applications en cellules solaires à colorant fonctionnant sur le principe inverse à celui des cellules de Grätzel. Dans ce cadre, nous sommes à la quête de matériaux avec de grandes surfaces spécifiques (pour favoriser l'adsorption de colorants et donc des courants photo-générés élevés) et une bande de valence la plus profonde possible en énergie (pour accroître les tensions en circuit ouvert, V_oc).

Plus précisément, nous avons focalisés nos recherches sur les potentiels candidats au remplacement de NiO pour l’application susmentionnée que sont les matériaux de la famille des delafossites (oxydes et nitrures), les oxysulfures de Cu et de La, etc. Dans tous les cas, des mesures de potentiels de bandes plates ont été réalisées pour positionner, sur une échelle absolue, le sommet de la bande de valence du matériau sondé. Plus la bande de valence est profonde, plus le potentiel de bande plate est élevé pour un semi-conducteur de type p. Les cellules photovoltaïques sont assemblées au laboratoire CEISAM (Nantes) qui synthétise par ailleurs de multiples colorants pour cellules de type n ou p.

Représentation schématique d’une cellule à colorant de type p

Nanostructuration de matériaux transparents conducteurs de type p

Diagrammes de Mott-Schottky enregistrés dans un électrolyte. La pente négative de la courbe 1/C2 vs. potentiel confirme la conductivité de type p de ces deux matériaux (C = capacitance).

Participants

Actuellement : Stéphane Jobic (DR), Laurent Cario(DR) (Equipe PMN), Martine Bujoli-Doeuff (MC), Romain Gautier (CR), Camille Latouche (MC), Congcong Shang (Postdoc)
Précédemment : R. Srinivasan, B. Chavillon, C. Doussier-Brochard, A. Renaud, T. Jiang

Publications

Tuning the size and color of the p-Type wide band gap Delafossite semiconductor CuGaO2 with an Ethylene glycol assisted Hydrothermal synthesis
R. Srinivasan, B. Chavillon, C. Doussier-Brochard, L. Cario, M. Paris, E. Gautron, P. Deniard, S. Jobic
J. Mater. Chem., 18, 5647-5653, 2008

p-type nitrogen doped ZnO nanoparticles stable over two years in ambient conditions
B. Chavillon, L. Cario, A. Renaud, F. Tessier, F. Cheviré, M. Boujtita, Y. Pellegrin, E. Blart, A. Smeigh, L. Hammarström, F. Odobel, S. Jobic
J. Am. Chem. Soc., 134, 464-470, 2012

CuGaO2: a promising alternative for NiO in p-type dye solar cells
A. Renaud, B. Chavillon, L. Lepleux, Y. Pellegrin, E. Bart, M. Boujtita, Thierry Pauporté, L. Cario, S. Jobic, F. Odobel
J. Mater. Chem., 22, 14353-14356, 2012

Origin of the black color of NiO used as photocathode in p-type dye sensitized solar cells
A. Renaud, B. Chavillon, L. Cario, L. Le Pleux, N. Szuwarski, Y. Pellegrin, E. Blart, E. Gautron, F. Odobel, S. Jobic
J. Phys. Chem. C, 17, 22478-22483, 2013

Impact of Mg doping on performances of CuGaO2 based p-type dye-sensitized solar cells
A. Renaud, L. Cario, P. Deniard, E. Gautron, X. Rocquefelte, Y. Pellegrin, E. Blart, F. Odobel, S. Jobic
J. Phys. Chem. C, 118, 54-59, 2014

The first dye-sensitized solar cell with p-type LaOCuS nanoparticles as photocathode
A. Renaud, L. Cario, Y. Pellegrin, E. Blart, M. Boujtita, F. Odobel, S. Jobic
RSC Adv., 5, 60148-60151, 2015

Synthesis of Ni-poor NiO nanoparticles for p-DSSC applications
B. Polteau, F. Tessier, F. Cheviré, L. Cario, F. Odobel, S. Jobic
Solid State Sci., 54, 37-42, 2016

Copper borate as photocathode in p-type dye-sensitized solar cells
T. Jiang, M. Bujoli-Doeuff, Y. Farré, E. Blart, Y. Pellegrin, E. Gautron, M. Boujtita, L. Cario, F. Odobel, S. Jobic
RCS Advances, 6, 1549-1553, 2016

Modulation of defects in semiconductors by facile and controllable reduction: the case of p-type CuCrO2 nanoparticles
T. Jiang, X. Li, M. Bujoli-Doeuff, E. Gautron, L. Cario, S. Jobic, R. Gautier
Inorg. Chem., 55, 7729-7733, 2016

CuO nanomaterials for p-type dye-sensitized solar cells
T. Jiang, M. Bujoli-Doeuff, Y. Farré, Y. Pellegrin, E. Gautron, M. Boujtita, L. Cario, S. Jobic, F. Odobel
RSC Adv., 6, 112765-112770, 2016

Engineering Processes at the Interface of p-Semiconductor for Enhancing the Open Circuit Voltage in p-Type Dye-Sensitized Solar Cells
L. Favereau, Y. Pellegrin, L. Hirsch, A. Renaud, A. Planchat , E. Blart, G. Louarn, L. Cario, S. Jobic, M. Boujtita, F. Odobel
Adv. Energy Mater., 1601776, 2017

Collaborations

ANR et contrats

Financements régionaux: Perle, Perle2 ANR POSITIF (2013-2017) programme Investissement d’Avenir soutenu par le CNRS, les Universités de Nantes et Rennes1 et les Régions Bretagne et Pays de la Loire

Thèses

"Conception de cellules photovoltaïques à base de semi-conducteurs de type p sensibilisés par un colorant ", Loïc Le Pleux, 2010
"Synthèse de semi-conducteurs inorganiques transparents de type p pour cellules photovoltaïques ", Benoît Chavillon, 2011
"Semi-conducteurs de type p pour une application en cellules solaires à colorant ", Adèle Renaud, 2013
"Etude de semiconducteurs de type p nanostructurés à base de métaux de transition pour une application en DSSC-p", Baptiste Polteau, 2016