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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2020

19 février 2020

Dans les cellules photovoltaïques, l'absorption d'un photon par un matériau semi-conducteur crée une paire électron-trou (appelé exciton), résultant de l’excitation d’un électron de la bande de valence dans la bande de conduction. Si l'énergie du photon absorbé est très supérieure à celle de la bande interdite du semi-conducteur, la paire électron-trou formée possède un excès d’énergie qui sera rapidement dissipée, typiquement sous forme de chaleur (relaxation aux bords de bande). Extraire les porteurs de charge "chauds" (c.à.d. avant relaxation) permettrait en théorie de doubler l’efficacité des dispositifs photovoltaïques. Dans les dispositifs lumineux tels que les LEDs ou lasers, une relaxation rapide est plutôt recherchée. Il est ainsi important de comprendre les mécanismes de relaxation électronique.

Pour toutes ces applications, les matériaux pérovskites halogénées massifs présentent des propriétés optiques et électroniques particulièrement intéressantes. Récemment, ces propriétés sont étudiées dans le cas de nanostructures, où les effets de confinement modifient de manière radicale la structure électronique du matériau, mais également les taux de relaxation. Dans l’équipe DICO du LIDYL,  nous avons étudié le rôle du confinement quantique dans la relaxation, grâce à une expérience de spectroscopie optique femtoseconde (1 fs = 10-15 s). Dans des nano-plaquettes de pérovskite de quelques monocouches d’épaisseur, nous avons montré que le temps de relaxation reste très court (quelques 100 fs), alors que l'émission multi-phononique est peu probable.

08 janvier 2020

Pour étendre notre production intermittente d'électricité décarbonée, il faut disposer de méthodes efficaces de stockage d'électricité. Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d’énergie électrique rechargeables, constitués de deux électrodes séparées par un électrolyte. Ces systèmes se situent entre les condensateurs (charge et décharge ultrarapide, mais énergie limitée) et les batteries (forte énergie stockée, mais charge/décharge lente). Ce sont de bons candidats pour compléter ou remplacer les dispositifs existants grâce à leur efficacité de stockage, leur sécurité, leur fiabilité et leur durée de vie. Ainsi, le marché des supercondensateurs se développe, mais le plafonnement des performances des technologies basées sur les électrodes en carbone activé limite leur diffusion.

De nouveaux matériaux d'électrode à base de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) imprégnés de polymères conjugués (conducteurs) ont démontré leur intérêt pour réaliser des supercondensateurs avec un gain en énergie et surtout de puissance [1 et 10]*. Pour une production industrielle ern continu et commercialement compétitive, il  est cependant impératif d'abaisser fortement la température d'élaboration pour permettre la croissance des VACNT sur feuille d'aluminium de qualité industrielle, utilisée en tant que collecteur de courant.

Cette étape vient d’être franchie avec succès. Un procédé simple et rentable a pu être optimisé pour la production de tapis de VACNT propres et denses, à des températures de l'ordre de 600°C sur feuille d’aluminium. Les vitesses de croissance (µm/s) sont au meilleur de l’état de l’art, et des épaisseurs jusqu'à 200 µm ont pu être obtenues, ce qui ouvre la voie à la production industrielle de supercondensateurs innovants [2].

* Ce résultat obtenu dans le cadre d’une collaboration entre l’équipe LEDNA du NIMBE, le LPPI (CY Cergy Paris Université) et le PCM2E (Université de Tours), couplé à la démonstration de la fabrication de VACNT sur des surfaces A4 prototypes, est à l’origine de la création en 2013 de la start-up Nawatechnologies et du Nawalab, laboratoire de recherche commun entre ces 4 entités. Ainsi, Nawatechnologies a pu concevoir et installer une machine pilote permettant l’exploitation à grande échelle du procédé de dépôt chimique en phase vapeur de VACNT, procédé en une seule étape mis au point au NIMBE et compatible avec une production en continu à pression atmosphérique.

19 février 2020

Dans les cellules photovoltaïques, l'absorption d'un photon par un matériau semi-conducteur crée une paire électron-trou (appelé exciton), résultant de l’excitation d’un électron de la bande de valence dans la bande de conduction. Si l'énergie du photon absorbé est très supérieure à celle de la bande interdite du semi-conducteur, la paire électron-trou formée possède un excès d’énergie qui sera rapidement dissipée, typiquement sous forme de chaleur (relaxation aux bords de bande). Extraire les porteurs de charge "chauds" (c.à.d. avant relaxation) permettrait en théorie de doubler l’efficacité des dispositifs photovoltaïques. Dans les dispositifs lumineux tels que les LEDs ou lasers, une relaxation rapide est plutôt recherchée. Il est ainsi important de comprendre les mécanismes de relaxation électronique.

Pour toutes ces applications, les matériaux pérovskites halogénées massifs présentent des propriétés optiques et électroniques particulièrement intéressantes. Récemment, ces propriétés sont étudiées dans le cas de nanostructures, où les effets de confinement modifient de manière radicale la structure électronique du matériau, mais également les taux de relaxation. Dans l’équipe DICO du LIDYL,  nous avons étudié le rôle du confinement quantique dans la relaxation, grâce à une expérience de spectroscopie optique femtoseconde (1 fs = 10-15 s). Dans des nano-plaquettes de pérovskite de quelques monocouches d’épaisseur, nous avons montré que le temps de relaxation reste très court (quelques 100 fs), alors que l'émission multi-phononique est peu probable.

 

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