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• *Voir protocole ICI**

La cellule Grätzel ne possède pas de jonction PN comme la cellule industrielle. Son fonctionnement diffère de celui des jonctions PN car l'absorption du photon et le transport de l'électron sont dissociés.

Le semi-conducteur dioxyde de titane est l'élément le plus important dans la cellule à colorant. L'électron explulsé par le photon arrivant sur le colorant est injecté dans la bande de conduction du dioxyde de titane et est ainsi ramené à l'anode et ensuite vers la cathode. À la cathode, l'électron et le réducteur de l'électrolyte (l'ion triodure) forment l'ion iodure. L'ion iodure donne ensuite un électron au colorant oxydé, reformant l'état initiale de la cellule. Tout cela forme un circuit électrique avec une différence de potentiel entre les deux électrodes. Comme pour la cellule photovoltaïque, la caractéristique courant-tension de la cellule Grätzel est celle d'une diode.

Voici ce à quoi on s'attend pour la courbe courant-tension de la cellule à colorant:

Source du graphique: Greg Smestad, Demonstrating Electron transfer and Nanotechnology, Juin 1998, Lien

Durant la manipulation, nous avons utilisé la méthode 2 : “la résistance variable ”. Pour plus d'informations sur cette méthode, voir ICI

La cellule à colorant est très petite et ne délivre pas beaucoup de courant. Nous l'avons testé en utilisant notre montage de lentilles, mais malheureusement ce montage ne délivre pas assez de puissance lumineuse pour faire marcher la cellule. Nous avons donc décidé de mettre la cellule directement en face de la lampe pour récuperer le maximum de puissance lumineuse.

Ici, Matthieu mesure le courant délivré par la cellule.

Pour réussir à obtenir un courant, il a fallu tenir les pointes de touche à des endroits très précis et sans beaucoup bouger. Avec beaucoup d'effort, nous avons réussi à mésurer un courant de 0.00026A, soit 0.26mA pour une tension de 0.02V. Nous utilisons ces valeurs pour calculer le rendement de la cellule.

Ainsi, nous n'avons pas pu tracer la caractéristique j-V de la cellule à colorant.

Vous trouverez les résultats pour le rendement de la cellule à colorant, Ici

On remarque que le rendement de notre cellule à colorant est minime par rapport au rendement théorique présenté par Greg Smestad dans son article. En effet, le rendement théorique d’une cellule à colorant de 4 cm2 est compris entre 0.5% et 1%. On explique cette différence par un fonctionnement limité de la cellule qui est du à une fabrication imparfaite. De plus, cette cellule présente une puissance maximale à 5.4 μW pour une surface de 4 cm2. Ainsi pour allumer une ampoule de 100 W, il faudrait utiliser 7407.4 m2 de cellules à colorant. Soit une surface 10 fois inférieure à celle dont on a besoin avec le dispositif en cuivre. Mais la cellule à colorant, reste peu efficace par rapport à une cellule industrielle. En effet, pour délivrer une puissance égale, la surface d’une cellule à colorant doit être supérieure à celle de la cellule industrielle d’un facteur 658.

Notre cellule marche, mais elle n'est vraiment pas efficace. Il y a plusieurs facteurs qui entrent en jeu pour le bon fonctionnement de la cellule. Un problème lié à un de ces facteurs pourrait être la raison derrière notre mauvais résultat:

• Une cellule avec une bonne capacité à absorber des photons produit plus d'électrons et donc plus de courant électrique. Pour cela il faut que la surface de dioxyde de totane soit la plus grande possible. Si en plus cette surface est rugueuse, les photons sont reflechies dans les “micropores” de la surface et il y aura plus de photons absorbés par la cellule.
• Les électrons dans la cellule sont plus mobiles si sa résistance interne est la plus faible possible. Pour cela il faut une épaisseur très faible d'électrolyte.

Il existe des méthodes plus sophistiquées pour fabriquer des cellules Grätzel pour améliorer ces facteurs et avoir un courant électrique plus élevé.

• Cellule photovoltaïque de Graetzel. Université de Nice Sophia-Antipolis. Lien