Une nouvelle approche des cellules solaires à colorant sélectives dans le proche-IR pour un système photovoltaïque incolore et transparent : évaluation esthétique et optimisation des performances

By combining visible transparency and solar energy conversion, transparent photovoltaics (TPV) prompted the interest to fill the gap of applications in which the conventional opaque solar cells are not feasible. In pioneering TPV adoption in practical application, aesthetics is equally important as photovoltaic performances. In this context, average visible transmittance (AVT), color rendering index (CRI), correlated color temperature (CCT), and chromaticity coordinates, along with other colorimetric evaluations, gain a crucial role in the TPV domain. Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) have been deemed an interesting technology to achieve efficient energy conversion and the required visual comfort by being wavelength selective to the NIR. The peculiarity of being highly transparent and color-neutral can be achieved by consolidating the capability of harvesting selectively the NIR part of the solar spectrum with a fully colorless electrolyte. The results of this thesis work are divided into three main sections. In the first section, we report the first attempt towards NIR-DSSC through symmetrical cyanine dye coded VG20. This cyanine VG20 dye achieved a power conversion efficiency (PCE) of 3.1% while rendering highly transparent devices with an AVT value of 76%, a 93.6 CRI, and a CCT of 4297 K. The main limitation of higher performances was identified to be the energy transfer from monomer to aggregates. In the second section, the identified limitations were tackled by dye engineering, resulting in novel pyrrolopyrrole cyanine dyes (PPcy). The PPcy dyes showed remarkable performances with PCE > 4% and AVT values > 75%. Finally, the third section investigates different colorless and transparent electrolytes, leading to achieving color-neutral NIR-DSSC with a high CRI of 96 and AVT value of 78%. This thesis work provides future directions to enhance the performances of this non-intrusive NIR-DSSC technologyEn combinant la transparence et la conversion de l'énergie solaire, le photovoltaïque transparent (TPV) a suscité l'intérêt pour combler les lacunes des applications dans lesquelles les cellules solaires opaques conventionnelles ne sont pas réalisables. Pour l'adoption du TPV dans des applications pratiques, l'esthétique est aussi importante que les performances photovoltaïques. Dans ce contexte, la transmittance visible moyenne (AVT), l'indice de rendu de couleur (CRI), la température de couleur corrélée (CCT) et les coordonnées chromatiques, ainsi que d'autres évaluations colorimétriques, jouent un rôle crucial dans le domaine des TPV. Les cellules solaires à colorant (DSSC) ont été considérées comme une technologie intéressante pour obtenir une conversion énergétique efficace et atteindre le confort visuel requis, en étant sélectives en longueur d'onde dans le proche infrarouge (NIR). La particularité d'être hautement transparente et incolore sont obtenue en consolidant la capacité de convertir sélectivement la partie NIR du spectre solaire avec un électrolyte totalement incolore. Les résultats de ce travail de thèse sont divisés en trois sections principales. Dans la première section, nous rapportons la première tentative vers le NIR-DSSC à travers le colorant cyanine symétrique codé VG20. Ce colorant cyanine VG20 a atteint un rendement de photoconversion (PCE) de 3,1% tout en étant hautement transparents avec une valeur AVT de 76%, un CRI de 93,6 et un CCT de 4297 K. La principale limitation des performances supérieures a été identifiée comme étant le transfert d'énergie du monomère aux agrégats. Dans la deuxième section, les limitations identifiées ont été abordées par l'ingénierie des colorants, résultant en de nouveaux colorants pyrrolopyrrole cyanine (PPcy). Les colorants PPcy ont montré des performances remarquables avec un PCE > 4% et des valeurs AVT > 75%. Enfin, la troisième section étudie différents électrolytes incolores et transparents, ce qui permet d'obtenir un NIR-DSSC de couleur neutre avec un CRI élevé de 96 et une AVT de 78 %. Ce travail de thèse fournit des orientations futures pour améliorer les performances de cette technologie des NIR-DSS

Une nouvelle approche des cellules solaires à colorant sélectives dans le proche-IR pour un système photovoltaïque incolore et transparent : évaluation esthétique et optimisation des performances

By combining visible transparency and solar energy conversion, transparent photovoltaics (TPV) prompted the interest to fill the gap of applications in which the conventional opaque solar cells are not feasible. In pioneering TPV adoption in practical application, aesthetics is equally important as photovoltaic performances. In this context, average visible transmittance (AVT), color rendering index (CRI), correlated color temperature (CCT), and chromaticity coordinates, along with other colorimetric evaluations, gain a crucial role in the TPV domain. Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) have been deemed an interesting technology to achieve efficient energy conversion and the required visual comfort by being wavelength selective to the NIR. The peculiarity of being highly transparent and color-neutral can be achieved by consolidating the capability of harvesting selectively the NIR part of the solar spectrum with a fully colorless electrolyte. The results of this thesis work are divided into three main sections. In the first section, we report the first attempt towards NIR-DSSC through symmetrical cyanine dye coded VG20. This cyanine VG20 dye achieved a power conversion efficiency (PCE) of 3.1% while rendering highly transparent devices with an AVT value of 76%, a 93.6 CRI, and a CCT of 4297 K. The main limitation of higher performances was identified to be the energy transfer from monomer to aggregates. In the second section, the identified limitations were tackled by dye engineering, resulting in novel pyrrolopyrrole cyanine dyes (PPcy). The PPcy dyes showed remarkable performances with PCE > 4% and AVT values > 75%. Finally, the third section investigates different colorless and transparent electrolytes, leading to achieving color-neutral NIR-DSSC with a high CRI of 96 and AVT value of 78%. This thesis work provides future directions to enhance the performances of this non-intrusive NIR-DSSC technologyEn combinant la transparence et la conversion de l'énergie solaire, le photovoltaïque transparent (TPV) a suscité l'intérêt pour combler les lacunes des applications dans lesquelles les cellules solaires opaques conventionnelles ne sont pas réalisables. Pour l'adoption du TPV dans des applications pratiques, l'esthétique est aussi importante que les performances photovoltaïques. Dans ce contexte, la transmittance visible moyenne (AVT), l'indice de rendu de couleur (CRI), la température de couleur corrélée (CCT) et les coordonnées chromatiques, ainsi que d'autres évaluations colorimétriques, jouent un rôle crucial dans le domaine des TPV. Les cellules solaires à colorant (DSSC) ont été considérées comme une technologie intéressante pour obtenir une conversion énergétique efficace et atteindre le confort visuel requis, en étant sélectives en longueur d'onde dans le proche infrarouge (NIR). La particularité d'être hautement transparente et incolore sont obtenue en consolidant la capacité de convertir sélectivement la partie NIR du spectre solaire avec un électrolyte totalement incolore. Les résultats de ce travail de thèse sont divisés en trois sections principales. Dans la première section, nous rapportons la première tentative vers le NIR-DSSC à travers le colorant cyanine symétrique codé VG20. Ce colorant cyanine VG20 a atteint un rendement de photoconversion (PCE) de 3,1% tout en étant hautement transparents avec une valeur AVT de 76%, un CRI de 93,6 et un CCT de 4297 K. La principale limitation des performances supérieures a été identifiée comme étant le transfert d'énergie du monomère aux agrégats. Dans la deuxième section, les limitations identifiées ont été abordées par l'ingénierie des colorants, résultant en de nouveaux colorants pyrrolopyrrole cyanine (PPcy). Les colorants PPcy ont montré des performances remarquables avec un PCE > 4% et des valeurs AVT > 75%. Enfin, la troisième section étudie différents électrolytes incolores et transparents, ce qui permet d'obtenir un NIR-DSSC de couleur neutre avec un CRI élevé de 96 et une AVT de 78 %. Ce travail de thèse fournit des orientations futures pour améliorer les performances de cette technologie des NIR-DSS

Une nouvelle approche des cellules solaires à colorant sélectives dans le proche-IR pour un système photovoltaïque incolore et transparent : évaluation esthétique et optimisation des performances

By combining visible transparency and solar energy conversion, transparent photovoltaics (TPV) prompted the interest to fill the gap of applications in which the conventional opaque solar cells are not feasible. In pioneering TPV adoption in practical application, aesthetics is equally important as photovoltaic performances. In this context, average visible transmittance (AVT), color rendering index (CRI), correlated color temperature (CCT), and chromaticity coordinates, along with other colorimetric evaluations, gain a crucial role in the TPV domain. Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) have been deemed an interesting technology to achieve efficient energy conversion and the required visual comfort by being wavelength selective to the NIR. The peculiarity of being highly transparent and color-neutral can be achieved by consolidating the capability of harvesting selectively the NIR part of the solar spectrum with a fully colorless electrolyte. The results of this thesis work are divided into three main sections. In the first section, we report the first attempt towards NIR-DSSC through symmetrical cyanine dye coded VG20. This cyanine VG20 dye achieved a power conversion efficiency (PCE) of 3.1% while rendering highly transparent devices with an AVT value of 76%, a 93.6 CRI, and a CCT of 4297 K. The main limitation of higher performances was identified to be the energy transfer from monomer to aggregates. In the second section, the identified limitations were tackled by dye engineering, resulting in novel pyrrolopyrrole cyanine dyes (PPcy). The PPcy dyes showed remarkable performances with PCE > 4% and AVT values > 75%. Finally, the third section investigates different colorless and transparent electrolytes, leading to achieving color-neutral NIR-DSSC with a high CRI of 96 and AVT value of 78%. This thesis work provides future directions to enhance the performances of this non-intrusive NIR-DSSC technologyEn combinant la transparence et la conversion de l'énergie solaire, le photovoltaïque transparent (TPV) a suscité l'intérêt pour combler les lacunes des applications dans lesquelles les cellules solaires opaques conventionnelles ne sont pas réalisables. Pour l'adoption du TPV dans des applications pratiques, l'esthétique est aussi importante que les performances photovoltaïques. Dans ce contexte, la transmittance visible moyenne (AVT), l'indice de rendu de couleur (CRI), la température de couleur corrélée (CCT) et les coordonnées chromatiques, ainsi que d'autres évaluations colorimétriques, jouent un rôle crucial dans le domaine des TPV. Les cellules solaires à colorant (DSSC) ont été considérées comme une technologie intéressante pour obtenir une conversion énergétique efficace et atteindre le confort visuel requis, en étant sélectives en longueur d'onde dans le proche infrarouge (NIR). La particularité d'être hautement transparente et incolore sont obtenue en consolidant la capacité de convertir sélectivement la partie NIR du spectre solaire avec un électrolyte totalement incolore. Les résultats de ce travail de thèse sont divisés en trois sections principales. Dans la première section, nous rapportons la première tentative vers le NIR-DSSC à travers le colorant cyanine symétrique codé VG20. Ce colorant cyanine VG20 a atteint un rendement de photoconversion (PCE) de 3,1% tout en étant hautement transparents avec une valeur AVT de 76%, un CRI de 93,6 et un CCT de 4297 K. La principale limitation des performances supérieures a été identifiée comme étant le transfert d'énergie du monomère aux agrégats. Dans la deuxième section, les limitations identifiées ont été abordées par l'ingénierie des colorants, résultant en de nouveaux colorants pyrrolopyrrole cyanine (PPcy). Les colorants PPcy ont montré des performances remarquables avec un PCE > 4% et des valeurs AVT > 75%. Enfin, la troisième section étudie différents électrolytes incolores et transparents, ce qui permet d'obtenir un NIR-DSSC de couleur neutre avec un CRI élevé de 96 et une AVT de 78 %. Ce travail de thèse fournit des orientations futures pour améliorer les performances de cette technologie des NIR-DSS

Une nouvelle approche des cellules solaires à colorant sélectives dans le proche-IR pour un système photovoltaïque incolore et transparent : évaluation esthétique et optimisation des performances

En combinant la transparence et la conversion de l'énergie solaire, le photovoltaïque transparent (TPV) a suscité l'intérêt pour combler les lacunes des applications dans lesquelles les cellules solaires opaques conventionnelles ne sont pas réalisables. Pour l'adoption du TPV dans des applications pratiques, l'esthétique est aussi importante que les performances photovoltaïques. Dans ce contexte, la transmittance visible moyenne (AVT), l'indice de rendu de couleur (CRI), la température de couleur corrélée (CCT) et les coordonnées chromatiques, ainsi que d'autres évaluations colorimétriques, jouent un rôle crucial dans le domaine des TPV. Les cellules solaires à colorant (DSSC) ont été considérées comme une technologie intéressante pour obtenir une conversion énergétique efficace et atteindre le confort visuel requis, en étant sélectives en longueur d'onde dans le proche infrarouge (NIR). La particularité d'être hautement transparente et incolore sont obtenue en consolidant la capacité de convertir sélectivement la partie NIR du spectre solaire avec un électrolyte totalement incolore. Les résultats de ce travail de thèse sont divisés en trois sections principales. Dans la première section, nous rapportons la première tentative vers le NIR-DSSC à travers le colorant cyanine symétrique codé VG20. Ce colorant cyanine VG20 a atteint un rendement de photoconversion (PCE) de 3,1% tout en étant hautement transparents avec une valeur AVT de 76%, un CRI de 93,6 et un CCT de 4297 K. La principale limitation des performances supérieures a été identifiée comme étant le transfert d'énergie du monomère aux agrégats. Dans la deuxième section, les limitations identifiées ont été abordées par l'ingénierie des colorants, résultant en de nouveaux colorants pyrrolopyrrole cyanine (PPcy). Les colorants PPcy ont montré des performances remarquables avec un PCE > 4% et des valeurs AVT > 75%. Enfin, la troisième section étudie différents électrolytes incolores et transparents, ce qui permet d'obtenir un NIR-DSSC de couleur neutre avec un CRI élevé de 96 et une AVT de 78 %. Ce travail de thèse fournit des orientations futures pour améliorer les performances de cette technologie des NIR-DSSCBy combining visible transparency and solar energy conversion, transparent photovoltaics (TPV) prompted the interest to fill the gap of applications in which the conventional opaque solar cells are not feasible. In pioneering TPV adoption in practical application, aesthetics is equally important as photovoltaic performances. In this context, average visible transmittance (AVT), color rendering index (CRI), correlated color temperature (CCT), and chromaticity coordinates, along with other colorimetric evaluations, gain a crucial role in the TPV domain. Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) have been deemed an interesting technology to achieve efficient energy conversion and the required visual comfort by being wavelength selective to the NIR. The peculiarity of being highly transparent and color-neutral can be achieved by consolidating the capability of harvesting selectively the NIR part of the solar spectrum with a fully colorless electrolyte. The results of this thesis work are divided into three main sections. In the first section, we report the first attempt towards NIR-DSSC through symmetrical cyanine dye coded VG20. This cyanine VG20 dye achieved a power conversion efficiency (PCE) of 3.1% while rendering highly transparent devices with an AVT value of 76%, a 93.6 CRI, and a CCT of 4297 K. The main limitation of higher performances was identified to be the energy transfer from monomer to aggregates. In the second section, the identified limitations were tackled by dye engineering, resulting in novel pyrrolopyrrole cyanine dyes (PPcy). The PPcy dyes showed remarkable performances with PCE > 4% and AVT values > 75%. Finally, the third section investigates different colorless and transparent electrolytes, leading to achieving color-neutral NIR-DSSC with a high CRI of 96 and AVT value of 78%. This thesis work provides future directions to enhance the performances of this non-intrusive NIR-DSSC technolog

Rationalization of excited state energy transfer in D–π–A porphyrin sensitizers enhancing efficiency in dye-sensitized solar cells

International audienceDonor–π–acceptor (D–π–A) porphyrin based photo-sensitizers are extensively utilized in dye sensitized solar cells (DSSCs)

Transparent and Colorless Dye-Sensitized Solar Cells Based on Pyrrolopyrrole Cyanine Sensitizers

International audienceSupporting information for this article is given via a link at the end of the document

Transparent and colorless DSSCs featuring thienyl-pyrrolopyrrole cyanine sensitizers

International audienceFully transparent and colorless dye sensitized solar cells have recently gained much attention due to their unconventional properties. Following the known strategy to redshift the absorption band of diketopyrrolopyrrole chromophores that consists in substituting phenyl rings by thiophene, we propose herein to extend that procedure to pyrrolopyrrole cyanine (PPcy) in order to prepare new thienyl-PPcy dyes. These new dyes were investigated by UV-vis absorption and emission spectroscopy and by electrochemistry, and their electronic properties were rationalized by DT-DFT calculations. A significant bathochromic shift (30 nm) was observed compared to previous PPcys allowing a better average visible transmittance of 67% to be reached. A detailed photophysical study demonstrates that the lower performances are due to a stronger aggregation tendency and a slower electron injection rate connected with a lower driving force inducing a higher quenching degree by energy transfer towards the aggregates. This study reveals the great potential of this type of dyes for TPVs because these drawbacks could be circumvented by molecular engineering of new PPcys-th

Toward Sustainable, Colorless, and Transparent Photovoltaics: State of the Art and Perspectives for the Development of Selective Near‐Infrared Dye‐Sensitized Solar Cells

International audienc