​Les cellules solaires à base de silicium dominent actuellement le marché photovoltaïque ; cependant, leur production reste très énergétique. Pour cette raison, les chercheurs ont mis au point de nouvelles technologies dites « émergentes » pour le photovoltaïque. Parmi celles-ci, on trouve les cellules solaires organiques (OSC), les cellules solaires à pérovskite (PSC) et les cellules solaires à colorant (DSSC). Les DSSCs ont montré un fort potentiel pour les applications en intérieur grâce à leur facilité de fabrication et leur caractère semi-transparent. La production d'électricité de ces dispositifs est basée sur l'excitation d'un colorant attaché à une électrode semi-conductrice. L'ingénierie moléculaire des colorants « push-pull » entièrement organiques a permis d'augmenter le rendement de conversion énergétique (PCE) des DSSCs, pour atteindre 15 % dans des conditions d'éclairage extérieur, et 34-38 % dans des conditions d'éclairage intérieur.​​​​
​ Ces dernières années, au sein de notre groupe, des colorants photochromiques (PC) ont été étudiés dans les DSSCs, en tant que photosensibilisateurs principaux. Les PCs sont une classe particulière de molécules qui peuvent subir une transformation réversible lorsqu'elles sont exposées à la lumière, ce qui entraîne des changements dans leurs propriétés d'absorption, et donc leur coloration. En introduisant ces colorants comme photosensibilisateurs dans les DSSCs, nous pouvons obtenir des dispositifs transparents pendant la nuit, et teintés pendant la journée. Comme pour les autres DSSCs, de nombreux aspects des PC-DSSCs restent à développer et à améliorer. Le premier objectif de ce travail a été de travailler sur la coloration des PC-DSSC en étudiant les colorants photochromiques panchromatiques « push-pull ». L'introduction d'une unité ferrocényle sur la structure diphényl naphtopyranne nous a permis d'étendre l'absorption, ce qui conduit à des colorants de couleur grise. Cinq molécules ont été obtenues et leurs propriétés optiques, électriques et photovoltaïques ont été testées. Certaines structures ont présenté un comportement photochromique panchromatique, mais avec des performances photovoltaïques cependant limitées. Étant donné leurs propriétés optiques particulières, les colorants ont été testés dans des matrices polymères, révélant ainsi un photochromisme et un panchromatisme à l'état solide.​​​​
Le deuxième objectif a consisté à améliorer les performances des PC-DSSCs en intégrant des additifs dans l’électrolyte pour augmenter le PCE. À partir d'une structure triphénylamine, de nouvelles molécules ont été synthétisées et leur contribution au sein des PC-DSSCs a été étudiée à l'aide de colorants photochromiques. Les résultats ont montré que les DSSCs modifiées avec certains des additifs affichaient une augmentation des performances d'environ 46 % par rapport aux dispositifs classiques, sans additifs. Pour certaines formulations d’électrolyte avec ces molécules, une augmentation de la stabilité a été observée. Le troisième objectif a consisté à étudier la mise à l'échelle des PC-DSSCs. Deux géométries et tailles différentes de mini-modules ont été explorées dans le cadre de collaborations avec les laboratoires Solaronix SA (Suisse) et CNR-ISM (Italie). Des mini-modules photochromiques de surface 5 x 5 cm² et 20 x 30 cm² ont été obtenus. Cependant, la différence de fabrication à grande échelle a conduit à des dispositifs moins efficaces. Le dernier objectif a consisté à explorer l'application des colorants PCs dans les technologies photovoltaïques telles que les cellules à pérovskites. La passivation des défauts est primordiale pour améliorer les performances de ces dispositifs. Nous avons ciblé des molécules photochromiques comportant, soit une fonction carboxylique, soit une fonction amine, en vue de leur intégration dans les PSC. Les résultats obtenus pour la première catégorie ont montré des améliorations en termes de performances et de stabilité dans les dispositifs finaux. ​​​​

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