Modélisation physique du transport de charge
Nous appuyant sur l'expertise acquise lors de nos travaux portant sur les nanocristaux dans les mémoires, nous avons démarré depuis peu de temps une activité sur les nanocristaux pour le photovoltaïque inorganique qui renforce considérablement les liens avec les thèmes 1 et 3. D'autre part, une nouvelle activité portant sur les cellules pour le photovoltaïque organique a créé un lien étroit avec le thème 2. Enfin une troisième activité concernant les réseaux de nanotubes de carbone a vu le jour récemment, créant elle-aussi un nouveau lien serré avec le thème « Modélisation compacte des dispositifs avancés » de l'équipe « Systèmes et microsystèmes hétérogènes ».
Ces trois activités sont toutes centrées autour de la modélisation du transport de charge et considèrent des systèmes intrinsèquement désordonnés.
- Nanocristaux pour le photovoltaïque inorganique
Le potentiel des nanocristaux semiconducteurs pour la réalisation de cellules photovoltaïques de 3ème génération semble prometteur. Du point de vue de la modélisation des structures intégrant ces nanocristaux, un certain nombre de modèles existe. Ces modèles établissent des structures de bande de couches ordonnées de nanocristaux, ou considèrent une couche désordonnée comme un continuum. Des approches sur des petits réseaux désordonnés existent également, mais elles ne sont pas transposables à des couches de grandes dimensions. Nous proposons d'utiliser nos travaux précédents sur l'effet du désordre pour établir de manière plus réaliste les structures de bande de couches désordonnées de nanocristaux. Par ailleurs, nous souhaitons également introduire l'effet des dopants dans les nanoparticules et ainsi quantifier leur impact sur les propriétés de conduction de la couche. Ces études sont complémentaires des travaux des thèmes 1 et 3, car elles permettent d'optimiser les structures visées afin d'atteindre les propriétés requises pour une utilisation dans des cellules photovoltaïques.
- Cellules pour le photovoltaïque organique
Il existe plusieurs travaux de référence dans le domaine de la modélisation des caractéristiques des cellules dont la couche photo-active est composée de polymères semiconducteurs et de molécules (modèle unidimensionnel pour la diffusion/conduction des porteurs libres, modèle unidimensionnel étendu à une seconde dimension qui prend en compte la diffusion des excitons). Nous souhaitons aller au-delà de ces modèles, et nous nous intéressons à une vraie modélisation bidimensionnelle plus générale qui permet d'obtenir, en plus des caractéristiques habituelles, les concentrations des porteurs libres, des excitons, et aussi de séparer le transport des porteurs (électrons dans le milieu accepteur, excitons et trous dans le milieu donneur). Notre objectif est d'apporter une meilleure compréhension des résultats expérimentaux (thème 2) et l’identification des mécanismes physiques qui limitent les performances photovoltaïques des dispositifs considérés.
Projet Interreg en cours : Rhin-Solar
- Réseaux de nanotubes de carbone
Cette activité a son origine dans le cadre du projet ANR « CAPTEX » démarré en 2010 et a pour objectif de développer un modèle physique de conduction dans un réseau de nanotubes de carbone. Peu de modèles existent pour expliquer cette conduction: ils considèrent essentiellement le régime linéaire avec contacts ohmiques. Nous souhaitons étendre le domaine d'application de ces modèles et prendre en considération le caractère aléatoire de la répartition des nanotubes au sein du réseau afin d'être capable de qualifier la réponse du réseau d'après les protocoles d'élaboration des réseaux.
Les propriétés des nanotubes de carbone dérivant de celles du graphène, nous pensons également pouvoir transposer les outils et modèles développés dans le cadre de l'ANR « CAPTEX » aux films de graphène élaborés dans le thème 3. Une telle approche devrait permettre de pérenniser une activité sur les conducteurs à base de carbone, au-delà de la période concernée par l'ANR en cours.
Projet en cours : ANR CAPTEX