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Benzothiadiazole-based photosensitizers for efficient and stable dye-sensitized solar cells and 8.7% efficiency semi-transparent mini-modules

Authors :
Renaud Demadrille
Gerko Oskam
Quentin Huaulmé
Lydia Cabau
Carlos A. González Flores
Emilio Palomares
Maxime Godfroy
Johan Liotier
Damien Joly
Valid Mwatati Mwalukuku
Stéphanie Narbey
Yann Kervella
Frédéric Oswald
Cyril Aumaitre
Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP )
SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
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Département Interfaces pour l'énergie, la Santé et l'Environnement (DIESE)
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Solaronix, rue de l'Ouriette 129, CH-1170 Aubonne, Switzerland
Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ)
Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)
Departamento de Física Aplicada, CINVESTAV-IPN
Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV)
Departamento de Sistemas Fisicos, Quimicos y Naturales, Facultad de Ciencias Experimentales, Universidad Pablo de Olavide
Universidad Pablo de Olavide [Sevilla] (UPO)
ANR-14-OHRI-0003,ODYCE,Colorants photochromiques pour des applications photovoltaïques : Vers la réalisation de cellules solaires photovoltaïques à transmission optique variable(2014)
European Project: 832606,PISCO
Laboratoire d'Electronique Moléculaire Organique et Hybride (LEMOH)
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Structures et propriétés d'architectures moléculaire (SPRAM - UMR 5819)
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Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Sustainable Energy & Fuels, Sustainable Energy & Fuels, 2021, 5 (1), pp.144-153. ⟨10.1039/D0SE01345E⟩, Sustainable Energy & Fuels, Royal Society of Chemistry, 2021, 5 (1), pp.144-153. ⟨10.1039/D0SE01345E⟩, Sustainable Energy and Fuels
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; We report on the synthesis and structure-properties relationships of five benzothiadiazole-based organic dyes designed for use in Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). These compounds exhibit hues ranging from pink to violet-blue and demonstrate good Power Conversion Efficiencies (PCEs) ranging from 7.0% to 9.8% when employed as photosensitizers with TiO 2 mesoporous electrodes. The combination of two of these dyes following a co-sensitization approach led to a PCE of up to 10.9% with an iodine-based liquid electrolyte. We demonstrate, using charge extraction and transient photo-voltage experiments, that the improvement of the performances with the cocktail of dyes is related to better light absorption and passivation of the TiO 2 surface. When the volatile electrolyte is swapped for an ionic-liquid, PCEs over 7.5% are reached and the best solar cells retain 80% of their initial performance after 7000 h of light exposure, according to the accelerated aging test ISOS-L2 (65 C, AM1.5G, under continuous irradiation at 1000 W m À2). Finally, we report excellent performance in five-cell mini-modules with 14 cm 2 active area demonstrating a PCE of 8.7%. This corresponds to a power output of circa 123 mW, ranking among the highest performances for such semi-transparent photovoltaic devices.

Details

Language :
English
ISSN :
23984902
Database :
OpenAIRE
Journal :
Sustainable Energy & Fuels, Sustainable Energy & Fuels, 2021, 5 (1), pp.144-153. ⟨10.1039/D0SE01345E⟩, Sustainable Energy & Fuels, Royal Society of Chemistry, 2021, 5 (1), pp.144-153. ⟨10.1039/D0SE01345E⟩, Sustainable Energy and Fuels
Accession number :
edsair.doi.dedup.....95c1615713743f284160d5c9919bbddd
Full Text :
https://doi.org/10.1039/D0SE01345E⟩