Approches théoriques pour les cellules photovoltaïques : étude des effets de substitution, du greffage et de la géométrie sur les propriétés optiques des sensibilisateurs - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Theoretical approaches for photovoltaic cells : study of substitution, grafting and geometrical effects on the optical properties of sensitizers

Approches théoriques pour les cellules photovoltaïques : étude des effets de substitution, du greffage et de la géométrie sur les propriétés optiques des sensibilisateurs

Résumé

This thesis is composed of two parts. In the first part, we studied the efficiency of a series of seven organic sensitizers based on the porphyrins employed in water splitting dye sensitized photoelectrochemical solar cells WS-DESPCs. Modeling of the optoelectronic properties was performed using different methods of quantum chemistry, by comparing them directly with the experimental data. We determined the vertical excitation energies of Qx and Qy bands, the adiabatic excitation energy E0-0, the ground state oxidation potential GSOP and excited state oxidation potential ESOP. In addition, we have modeled the aggregation of the dye on the TiO2 semi-conductor surface. The performance of DFT in predicting optoelectronic properties is evaluated by employing various exchange-correlation functionals with different amounts of Hartree-Fock exchange and different combinations of correlation functional. In the second part, we analyzed the influence of structural properties on electronic and optical properties of one model of iron complex (II). The aim of this study is to examine the bite angle effect on the excited states. This allowed us to determine the optimal value of the bite angle in order to maximize the electronic injection into the conduction band of the semi-conductor. Thus, we analyzed the natural transition orbitals NTOs (occupied and virtual) and the quantum mechanism descriptor φs.
Cette thèse est composée de deux parties. Dans la première partie, nous avons étudié l’efficacité d’une série de sept colorants organiques à base de porphyrine utilisés pour les cellules solaires sensibilisées par colorants. La modélisation des propriétés optoélectroniques a été effectuée par différentes méthodes de la chimie quantique, en les comparant directement aux données expérimentales. Nous avons déterminé l’énergie verticale des bandes Qx et Qy, l’énergie adiabatique d’excitation (E0-0), le potentiel d’oxydation à l’état fondamental GSOP et le potentiel d’oxydation à l’état excité ESOP pour une série de porphyrines. Nous avons également modélisé le mécanisme d’adsorption du colorant DMP sur la surface de semi-conducteur TiO2. La performance de diverses fonctionnelles de la DFT, présentant différentes quantités d’échange Hartree Fock et diverses combinaisons de corrélation, dans la prédiction des propriétés optoélectroniques a été évaluée. Dans la deuxième partie, nous avons analysé l’influence des propriétés structurales sur les propriétés électroniques et optiques d’un complexe de fer II modèle. L’objectif de cette étude est d’examiner l’effet de l’angle de morsure β sur les états excités pour déterminer la valeur optimale de cet angle afin de maximiser l’injection électronique dans la bande de conduction du semi-conducteur au sein des cellules photovoltaïques. Pour cela, nous avons analysé les états électroniques excités à l’aide des orbitales de transition naturelle NTOs (occupées et virtuelles) et le descripteur de la chimie quantique φs.
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tel-02949213 , version 1 (25-09-2020)

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  • HAL Id : tel-02949213 , version 1

Citer

Syrine Daoudi. Approches théoriques pour les cellules photovoltaïques : étude des effets de substitution, du greffage et de la géométrie sur les propriétés optiques des sensibilisateurs. Chimie théorique et/ou physique. Université de Lorraine; Université de Tunis El Manar, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LORR0041⟩. ⟨tel-02949213⟩
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