Towards Near-Infrared Photosensitization of Tungsten Trioxide Nanostructured Films by Upconverting Nanoparticles

Les semiconducteurs à base d'oxydes de métaux nanostructurés sont des matériaux dont l'étude est largement répandue dans le domaine des applications solaires, tel que le démontre l'engouement pour les cellules solaires de type Grätzel. L'oxyde de tungstène (WO3) est un matériau qui a des propriétés électrochromiques et possède une énergie de bande ≈ 2.5 eV,ce qui lui a permis d'être étudié dans des applications reliées à la conversion (photocatalyse ou photoélectrochimie) de l'énergie solaire. Cependant, la valeur de l'énergie de bande du WO3 est telle qu'il est transparent pour une grande partie du spectre solaire, ce qui limite l'efficacité de conversion de puissance des dispositifs à base de WO3. Les matériaux à conversion ascendante de photons sont des matériaux qui peuvent absorber plusieurs photons de faible énergie et émettre un photon de haute énergie. Notamment, les nanoparticules à conversion ascendante de photons sont grandement étudiées pour leur capacité à tranformer deux ou plusieurs photons infrarouge en un photon visible, dans des domaines tels que les applications biomédicales et de l'énergie solaire. En ce qui a trait aux applications en énergie solaire, une partie importante du spectre solaire est composée d'infrarouge, donc de photons qui ont une énergie trop faible pour générer une paire électrontrou dans un semiconducteur à large bande interdite, tel que le WO3. Les nanoparticules à conversion ascendante de photons sont donc d'intéressantes candidates pour transformer la lumière infrarouge en lumière qui puisse être utilisée par des semiconducteur à grande énergie de bande, tels que les oxydes de métaux. Ce projet de maîtrise consiste à ajouter des nanoparticules à conversion ascendante de photons (NaGdF4:Er3+, Yb3+) à un oxyde de métal nanostructuré, à savoir le WO3. De cette façon,l'objectif est d'augmenter l'efficacité de conversion de puissance du WO3 lorsqu'exposé à la lumière solaire. L'intégration des deux nanomatériaux est motivée par le contact intime qui peut s'établir entre eux, dans le but de potentiellement optimiser leur interaction. L'article 1 inclus dans le mémoire concerne des noparticules de NaGdF4:Er3+, Yb3+ mélangées à du WO3 en phase liquide pour le dépôt de couches minces nanocomposites sur un substrat composé d'une paire d'électrodes faite de verre conducteur (ITO). Après avoir optimisé les paramètres de préparation et de dépôt des couches minces, ces dernières ont été systématiquement caractérisées. La morphologie a été étudiée à l'aide de la microscopie à force atomique,la structure à l'aide de la diffraction de rayons-X, les propriétés de photoluminescence à l'aide d'un microscope hyperspectral à fluorescence et les propriétés électriques par des mesures de courant en fonction du temps sous irradiation infrarouge.