Electrodes transparentes et conductrices sur substrat flexible
L’activité de recherche est axée sur les oxydes transparents conducteurs OTC, qu’ils soient de type p ou de type n, intervenant dans la réalisation de composants optoélectroniques (électrode).
Si les films minces d’oxydes transparents conducteurs sont couramment utilisés au stade de la recherche, leur mise en oeuvre pour la production de dispositifs photovoltaïques à grande échelle, reste à optimiser aussi bien sur substrats en verre que métal ou polymériques.
De nos jours, de nombreux composants optoélectroniques nécessitent l’utilisation d’au moins une électrode transparente conductrice (ETC). L’accroissement spectaculaire du marché de ces dispositifs : écrans plats, cellules photovoltaïques, écrans de contact, diodes électroluminescentes et dispositifs d’éclairement engendre une demande croissante pour ces électrodes. Aujourd'hui, plus de 80 % des besoins en ECT utilisé chaque année sont couverts pas les couches minces d'oxyde d'indium dopé à l’étain (ITO).
En raison d’un développement croissant de ces applications en optoélectronique depuis ces 20 dernières années, renforcé par l’émergence d’une autre source de demande en indium à savoir les panneaux solaires à base de CIGS (Cu(In,Ga)Se2) déjà opérationnels, les réserves naturelles d’indium étant fort limitées, tout comme la capacité mondiale de production, les économistes et les industriels s’attendent à des difficultés d’approvisionnement.
De plus, les propriétés mécaniques de l’ITO le rende peu adapté à l’utilisation de substrats flexibles, une torsion de celui-ci risquant d’introduire des défauts allant jusqu’à la destruction du composant. Il est en effet cassant du fait de sa structure céramique.
Dans ce contexte, une des thématique de recherche de l’équipe CESES vise à élaborer et étudier de nouvelles structures originales à partir d’une technologie ne nécessitant pas de traitement haute température ni de procédé agressif et qui soit compatible avec l’utilisation d’un substrat plastique flexible exemptes d’indium et à faciliter leur transfert technologique à grande échelle dans l’industrie de l’électronique souple, pour applications dans le domaine du photovoltaïque.
Les activités de recherche sont structurées autour de deux axes :
Multifeuillets isolant-métal-isolant
- Développer une Electrode Transparente et Conductrice (ETC) exempte d’indium sur substrat flexible susceptible de se substituer aux oxydes transparents conducteurs (OTC)intervenant dans la réalisation de composants optoélectroniques de façon générale et dans les cellules photovoltaïques organiques en particulier.
Une fine couche métallique est en sandwich entre deux couches d’isolant IMI (insulator–metal–insulator).
Dans ce cadre, l’étude menée concerne la réalisation de feuillets superposés d’oxydes (MoO3, WO3, NiO…) de diélectriques ZnS … et de métal (Ag, Cu) déposées par simple évaporation thermique sous vide sur substrat à température ambiante
Les propriétés de l’interface que ces électrodes forment avec le semi conducteur actif sont étudiées, celles-ci constituant un verrou scientifique dans l’optimisation des performances des cellules photovoltaïques organiques. En effet le rendement de conversion énergétique dépend très fortement de l’efficacité des électrodes à collecter les porteurs de charges. Afin d’optimiser cette collecte il est nécessaire de mettre au point des couches tampons originales permettant l’adaptation des structures de bandes entre les électrodes et les matériaux actifs.
Illustration de la flexibilité des multifeuillets isolant-métal-isolant
Transmittance de différentes structures IMI permettant d’apprécier leur transparence dans le visible par comparaison avec ZnO
Toward indium-free optoelectronic devices: Dielectric/metal/dielectric alternative
transparent conductive electrode in organic photovoltaic cells
Physica Status Solidi (a) « Feature article »
Volume 210, Issue 6, June 2013, Pages: 1047–1061, L. Cattin, J. C. Bernède and M. Morsli
Couches tampons adaptatives
- Optimiser l’efficacité de conversion énergétique des cellules photovoltaïques organiques OPV en optimisant la collecte de porteurs de charges grâce à l’utilisation de couches tampons originales pour adapter les structures de bandes.
Nous avons montré récemment montré que l’utilisation d’une bi couche MoO3/CuI dans des cellules organiques photovoltaïques de type ITO/MoO3/CuI/CuPc ou SubPc/C60/Alq3/Al à hétérojonction utilisant les molécules permet d’atteindre un rendement de 5%. D’autres structures originales sont en cours d’études pour améliorer ce rendement.
MoO3/CuI hybrid buffer layer for the optimization of organic solar cells
based on a donor–acceptor triphenylamine
Jean Christian Bernede, Linda Cattin, Mohammed Makha, Victorien Jeux,
Philippe Leriche,Jean Roncali, Vincent Froger, Mustapha Morsli, Mohammed Addou
Solar Energy Materials & Solar Cells 110 (2013) 107–114
Collaborations nationales
Moltech Anjou, IM2NP
Collaborations internationales
Pontifica Universidad Catolica Santiago Chili , Universidad de Chile Santiago Chili,
NIT Calicut Inde, Trinity College Dublin Irlande , Université de Tanger Maroc, Université d’Oran Algérie
Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel,
Polytech Nantes,