Agent structurant et structures hiérarchiques

V.2.2.1 Influence de l’agent structurant sur la forme des plaquettes

L’effet de l’introduction de l’éosine Y a été étudié lors du dépôt de plaquettes. Les conditions de dépôt sont les mêmes que pour les plaquettes (V.3.1) mais avec 50 µM d’éosine ajoutée dans le bain. Des plaquettes ont été déposées pendant 20 min en présence d’éosine Y. Le film obtenu est rosé. Le traitement de désorption (KOH à pH 10,5) a été ensuite été appliqué mais a été peu efficace. Sur les images MEB, les plaquettes sont nettement plus petites que pour un dépôt de plaquettes classiques (Figure V-38). L’éosine imposant habituellement une croissance le long de l’axe c, les plaquettes, qui ont pour habitude de croitre selon les directions a et b voient leur croissance rapidement stoppée. Les plaquettes obtenues ne sont pas aussi grandes que sans éosine. On remarque de plus que l’ajout d’éosine ne confère aucune porosité aux plaquettes. L’épaisseur du dépôt est de 2 µm.

Figure V-13 : Images MEB d’un dépôt de plaquettes de ZnO en présence d’éosine Y

a) en surface et b) en tranche

Les films ont été analysés par DRX (Figure V-14). On ne distingue pas les pics du ZnO du fait de la faible épaisseur du film. Le film est trop fin pour être détectés aux DRX néanmoins on observe des pics parasites non attribuables.

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Figure V-14 : Diagrammes DRX des plaquettes de ZnO déposées en présence d’éosine Y

Les pics de diffraction du SnO₂ ont été notés avec des pastilles noires

Un autre agent structurant a été testé : la coumarine 343. Le dépôt a été réalisé dans les mêmes conditions qu’avec l’éosine : E = -1 V (vs ESC), [coumarine] = 50 µM, T = 70°C. Les films obtenus sont sensiblement jaunes (couleur de la coumarine). En MEB, les plaquettes ainsi déposées ne semblent pas ou peu altérées par la présence de la coumarine (Figure V-15).

Figure V-15 : Images MEB d’un dépôt de plaquettes de ZnO en présence de coumarine 343

a) en tilt et b) en tranche

Les films ont été analysés par DRX (Figure V-16). On observe bien les pics de diffraction du ZnO mais le diagramme est très bruité du fait de la faible épaisseur du film (1 µm).

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Figure V-16 : Diagrammes DRX des plaquettes de ZnO déposées en présence de coumarine

Les pics de diffraction du SnO₂ ont été notés avec des pastilles noires V.2.2.2 Structures hiérarchiques

Afin de coupler les propriétés diffusantes des plaquettes au système poreux classique performant ED2-ZnO, des empilements de natures différentes ont été préparés.

Plaquettes sur poreux

Le premier empilement consiste en un dépôt hybride de ZnO suivi d’un dépôt de plaquettes. Après 4h de dépôt de plaquettes sur le film poreux, on observe bien au MEB la formation de plaquettes sur le film de microcristallin poreux. Cependant, l’épaisseur du film de plaquettes est très importante (plusieurs micromètres d’après les images en MEB).

Figure V-17 : Images MEB d’un empilement ED2-ZnO/plaquettes (4h)

a) en surface et b) en tranche

Un dépôt de plaquettes de 15 min sur dépôt poreux a alors été réalisé pour que l’épaisseur de la couche de plaquettes soit moins importante que précédemment (Figure V-18). On n’observe que peu de plaquettes sur la couche, sans doute trop peu pour permettre un effet diffusant de la lumière.

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Figure V-18 : Images MEB d’un empilement ED2-ZnO/plaquettes (15min)

a) en tilt et b) en tranche

Poreux sur plaquettes

Un dépôt de ZnO en présence d’éosine a été déposé sur un film de plaquettes déposées pendant 4h. Le film a une épaisseur totale de 10 µm. Les images MEB montrent bien la formation d’un film de monocristaux mais ils sont moins réguliers que pour un dépôt classique poreux sur une couche de ZnO dense. Sans doute car la croissance s’effectue sur les plaquettes qui ne sont pas parfaitement perpendiculaires au substrat. Il est également difficile de distinguer les plaquettes, elles sont donc probablement entièrement recouvertes d’un dépôt poreux.

Figure V-19 : Images MEB d’un dépôt poreux sur des plaquettes

a) en vue inclinée et b) en tranche

V.2.2.3 Application aux DSC

Les performances des cellules des structures précédemment décrites ont été comparées avec celles d’un dépôt classique de ZnO poreux. Les films de plaquettes déposées en présence d’éosine Y contenant plus de colorant que pour les plaquettes classiques permet une meilleure densité de courant. Néanmoins, la JSC reste faible par rapport au système ED2-ZnO.

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La DSC à base de ED2-ZnO déposé sur des plaquettes possède un meilleur facteur de forme mais le rendement reste faible du fait d’une faible JSC et V_OC. La couche de plaquette joue sans doute le rôle de barrière et freine les électrons dans le transport jusqu’au FTO.

Pour les empilements ED2-ZnO/plaquettes les performances sont très faibles. Le dépôt de plaquettes sur le film hybride empêche l’élimination totale de l’éosine Y. Il y a par conséquent moins de colorant adsorbé dans les films d’où la mauvaise JSC. On remarque de plus que la VOC

des cellules décroît avec l’épaisseur du film de plaquettes. La couche de plaquettes est une barrière et limite l’accès de l’électrolyte avec les molécules de colorants adsorbées dans la partie poreuse. La régénération du colorant est sans doute compromise. Enfin on mesure des temps de vie élevés, ce qui est satisfaisant a priori, mais les temps de transfert sont très élevés aussi. Les électrons sont même plus facilement recombinés que transférés ce qui explique les mauvaises performances de ces cellules.

Figure V-20 : Caractéristiques J-V sous 1 soleil AM 1,5G des DSC à base de plaquettes de ZnO/D149

1) Plaquettes déposée en présence d’éosine Y, 2) empilement plaquettes/ZnO, 3-5) empilements ED2-ZnO/plaquettes déposées pendant 3) 20 min, 4) 1h et 5) 4h, S = 0,126 cm²

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Film 1 Film 2 Schéma de la structure ^VOC