{"id":44907,"date":"2023-02-09T13:24:57","date_gmt":"2023-02-09T12:24:57","guid":{"rendered":"https:\/\/autoestrada.ch\/?p=44907"},"modified":"2023-02-09T13:24:59","modified_gmt":"2023-02-09T12:24:59","slug":"photovoltaique-des-capteurs-de-luminosite-cristallins","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/autoestrada.ch\/fr\/photovoltaique-des-capteurs-de-luminosite-cristallins\/","title":{"rendered":"Photovolta\u00efque : des capteurs de luminosit\u00e9 cristallins"},"content":{"rendered":"\n

Trois instituts du Domaine des EPF m\u00e8nent des recherches sur l’opto\u00e9lectronique \u00e0 base de p\u00e9rovskite, comme les cellules solaires, les photod\u00e9tecteurs et les diodes \u00e9lectroluminescentes (LED). Dans le cadre d’un projet appel\u00e9 AMYS, les laboratoires de l’EPFL, de l’ETH Zurich et de l’Empa ont uni leurs forces depuis quatre ans pour explorer de nouvelles compositions chimiques, mais aussi des m\u00e9thodes de production simples et \u00e9volutives \u00e0 faible co\u00fbt.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Il existe diff\u00e9rentes solutions pour convertir directement la lumi\u00e8re du soleil en \u00e9lectricit\u00e9. Les plus connues sont les cellules solaires en silicium, qui sont bas\u00e9es sur des monocristaux de silicium. Les cellules solaires de ce type sont relativement \u00e9paisses et fragiles.
Une autre variante a vu le jour : les cellules solaires dites \u00e0 couche mince, qui sont environ 100 fois plus fines que les cellules en silicium cristallin. Cette structure cellulaire est flexible et peut \u00eatre d\u00e9pos\u00e9e en phase vapeur sur des substrats flexibles tels que des films plastiques ou des feuilles m\u00e9talliques. Les cellules \u00e0 couche mince en ars\u00e9niure de gallium (GaAs), en tellurure de cadmium (CdTe) ou en cuivre, indium, gallium, sulfure et s\u00e9l\u00e9nium (CIGS), connues depuis un certain temps, ont \u00e9t\u00e9 rejointes par une nouvelle cat\u00e9gorie : les p\u00e9rovskites organiques-inorganiques. Le terme p\u00e9rovskite d\u00e9crit la structure cristalline commune des mat\u00e9riaux de ces films minces.<\/p>

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Ce qui est int\u00e9ressant, c’est que les p\u00e9rovskites peuvent non seulement \u00eatre utilis\u00e9es comme cellules solaires, mais aussi, \u00e0 l’inverse, servir d’illuminateurs ou de base pour des photod\u00e9tecteurs, par exemple dans des appareils \u00e0 rayons X ou des capteurs pour les smartwatches. C’est pourquoi cette classe de mat\u00e9riaux suscite actuellement une grande activit\u00e9 de recherche dans le monde entier. Mais il y a un probl\u00e8me : beaucoup de ces cristaux de p\u00e9rovskite contiennent des ions organiques comme \u00e9l\u00e9ments de base. Il s’agit de blocs de construction cristalline qui contiennent du carbone, de l’azote et de l’hydrog\u00e8ne. Ils fondent et s’\u00e9vaporent \u00e0 des temp\u00e9ratures beaucoup plus basses que le silicium ou le GaAs, le CdTe ou le CIGS. Par cons\u00e9quent, de nombreuses m\u00e9thodes de production \u00e9prouv\u00e9es ne sont pas adapt\u00e9es \u00e0 ces mat\u00e9riaux.<\/p>\n\n\n\n

La fabrication industrielle<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le projet AMYS (Advanced Manufacturability of Hybrid Organic-inorganic Semiconductors for Large Area Optoelectronics), lanc\u00e9 dans le cadre du domaine d’action strat\u00e9gique \u00ab\u00a0Advanced Manufacturing\u00a0\u00bb (SFA-AM), tente de r\u00e9soudre pr\u00e9cis\u00e9ment ces probl\u00e8mes. Ce qu’il faut, c’est une m\u00e9thode de fabrication industrielle pour les couches minces de p\u00e9rovskite, qui ont jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent \u00e9t\u00e9 produites principalement par des proc\u00e9d\u00e9s de pulv\u00e9risation \u00ab\u00a0humide\u00a0\u00bb dans des laboratoires.
Les t\u00e2ches des partenaires de recherche sont soigneusement r\u00e9parties : l’\u00e9quipe d’Ayodhya N. Tiwari et de Fan Fu, sp\u00e9cialistes des p\u00e9rovskites au \u00ab\u00a0Thin Films and Photovoltaics Laboratory\u00a0\u00bb de l’Empa, cherche un photod\u00e9tecteur et des cellules solaires flexibles en p\u00e9rovskite ; l’\u00e9quipe de Chih-Jen Shih, du Nanomaterials Engineering Research Group de l’ETH Zurich, veut construire des LED en p\u00e9rovskite qui produisent de la lumi\u00e8re avec une pr\u00e9cision de couleur particuli\u00e8rement \u00e9lev\u00e9e. Enfin, Christophe Ballif, de l’EPFL, et son \u00e9quipe sont \u00e0 la recherche de cellules solaires tandem particuli\u00e8rement efficaces, compos\u00e9es de silicium sur la face inf\u00e9rieure et d’une couche de p\u00e9rovskite semi-transparente sur la face sup\u00e9rieure.<\/p>\n\n\n\n

Tous les chercheurs ont d\u00e9j\u00e0 effectu\u00e9 des travaux pr\u00e9liminaires : L’\u00e9quipe de l’EPFL a \u00e9tabli un nouveau record mondial en juillet : Les cellules solaires de l’EPFL, compos\u00e9es de silicium cristallin \u00e9pais surmont\u00e9 d’une fine couche de p\u00e9rovskite, ont atteint un rendement de plus de 31%. Une telle valeur a d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 atteinte avec d’autres cellules \u00e0 semi-conducteurs, mais celles-ci sont environ mille fois plus ch\u00e8res \u00e0 produire. Cela ouvre donc la voie \u00e0 un photovolta\u00efque \u00e0 faible co\u00fbt. \u00ab\u00a0Nous avons d\u00e9velopp\u00e9 un processus en deux \u00e9tapes pour appliquer les ingr\u00e9dients organiques de nos p\u00e9rovskites de mani\u00e8re douce et homog\u00e8ne, sur des cellules solaires de taille moyenne\u00a0\u00bb explique Christian Wolff, qui travaille dans l’\u00e9quipe de l’EPFL. \u00ab\u00a0Nous voulons maintenant \u00e9tendre ce processus \u00e0 une nouvelle m\u00e9thode bas\u00e9e sur la vapeur s\u00e8che, qui permettra d’une part de couvrir de mani\u00e8re homog\u00e8ne des surfaces encore plus grandes, et d’autre part de voir s’il n’existe pas de combinaisons chimiques encore meilleures.\u00a0\u00bb<\/p>\n\n\n\n

Sebastian Siol de l’Empa l’aide dans cette t\u00e2che. Il est sp\u00e9cialiste des proc\u00e9d\u00e9s de rev\u00eatement et de l’analyse des couches minces produites industriellement. Il utilisera des exp\u00e9riences automatis\u00e9es \u00e0 haut d\u00e9bit pour passer au crible un grand nombre de compositions chimiques et de param\u00e8tres de processus diff\u00e9rents, dans le but de cr\u00e9er une \u00ab\u00a0biblioth\u00e8que\u00a0\u00bb de m\u00e9langes de p\u00e9rovskites prometteurs. Cela donnera \u00e0 Wolff et \u00e0 ses coll\u00e8gues de tous les groupes de travail des indications cruciales sur les endroits o\u00f9 chercher. Cela acc\u00e9l\u00e9rera le cheminement vers l’objectif de dispositifs opto\u00e9lectroniques bon march\u00e9, stables et de grande surface, offrant une multitude d’applications.<\/p>\n\n\n\n

Des solvants non toxiques<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Fan Fu, chercheur \u00e0 l’Empa, est un sp\u00e9cialiste des p\u00e9rovskites et fait \u00e9galement partie du consortium de recherche. Il s’est attel\u00e9 \u00e0 deux t\u00e2ches \u00e0 la fois : D’une part, il cherche de nouveaux photod\u00e9tecteurs et cellules solaires \u00e0 base de p\u00e9rovskites. D’autre part, il veut aussi trouver une \u00ab\u00a0voie verte\u00a0\u00bb pour la production industrielle de cellules p\u00e9rovskites. \u00ab\u00a0Alors que l’\u00e9quipe de l’EPFL a trouv\u00e9 un proc\u00e9d\u00e9 sec, nous, \u00e0 l’Empa, avons d\u00e9velopp\u00e9 davantage le proc\u00e9d\u00e9 humide\u00a0\u00bb, explique le chercheur. \u00ab\u00a0Nous n’avons plus besoin de solvants toxiques, que l’on peut utiliser en laboratoire mais qui constituent un handicap dans le processus industriel. Nous travaillons d\u00e9sormais avec de l’isopropanol – qui est \u00e9galement utilis\u00e9 dans tous les magasins de coiffure.\u00a0\u00bb Fan Fu veut maintenant adapter son proc\u00e9d\u00e9 humide \u00e0 des processus industriels tels que le rev\u00eatement des matrices \u00e0 fente. Son coll\u00e8gue de l’Empa Sebastian Siol l’aide aussi dans sa recherche du proc\u00e9d\u00e9 optimal. Il va cartographier les \u00e9prouvettes de la s\u00e9rie d’essais de Fan Fu et l’aider \u00e0 trouver les param\u00e8tres optimaux du proc\u00e9d\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Capteurs pour smartwatches<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Fan Fu a un deuxi\u00e8me projet qu’il poursuit dans le cadre de l’AMYS : les cellules de p\u00e9rovskite pourraient potentiellement servir de photod\u00e9tecteurs dans les appareils photo ou de d\u00e9tecteurs de rayons X pour l’imagerie m\u00e9dicale – et pr\u00e9senteraient deux avantages essentiels : elles sont beaucoup moins ch\u00e8res et plus faciles \u00e0 produire que les puces de cam\u00e9ra en silicium couramment utilis\u00e9es aujourd’hui. De plus, elles sont flexibles et peuvent s’adapter aux formes du corps. Fan Fu utilise un exemple pour expliquer \u00e0 quel point cela pourrait \u00eatre int\u00e9ressant : \u00ab\u00a0Les capteurs d’oxyg\u00e8ne sanguin et de fr\u00e9quence du pouls dans les smartwatches sont en partie bas\u00e9s sur la d\u00e9tection optique du flux sanguin.\u00a0\u00bb Gr\u00e2ce \u00e0 des capteurs optiques flexibles, de tels relev\u00e9s pourraient \u00eatre obtenus \u00e0 l’avenir de mani\u00e8re beaucoup plus \u00e9conomique et en m\u00eame temps plus pr\u00e9cise, explique Fan Fu. \u00ab\u00a0Les dispositifs de mesure qui reposent directement sur la peau sont une technologie cl\u00e9 pour l’interaction future entre les humains et les machines.\u00a0\u00bb<\/p>\n\n\n\n

Source: Texte et Image EMPA<\/p>\n\n\n\n\n\n\n \"\"\n<\/a>\n\n\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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