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Matériaux et concepts pour le photovoltaïque inorganique

Composants électroniques et photovoltaïques organiques

Procédés assistés par faisceaux d’ions

Modélisation physique du transport de charge

L’équipe MaCÉPV regroupe des activités de recherche multidisciplinaire allant de l’élaboration des matériaux par différentes voies physiques et chimiques à la réalisation de composants élémentaires (diodes, transistors, mémoires, cellules photovoltaïques), en passant par la modélisation du transport de charges dans ces composants. Plus spécifiquement, les investigations concernent le développement de procédés innovants pour cellules photovoltaïques sur silicium de première (multicristallin, ruban) et de deuxième générations (couches minces); l’élaboration et la caractérisation de matériaux oxyde/nitride fonctionnalisés et de nanomatériaux pour la conversion photonique; l’étude et l’optimisation de transistors et de cellules photovoltaïques organiques; l’utilisation de faisceaux d’ions pour le développement de composants électroniques innovants exploitant les nanocristaux semi-conducteurs ou métalliques pour les mémoires ou les transistors ; les modifications des propriétés magnétiques de composés hybrides à base de nanotubes de carbone ; le développement de modèles et d’outils de simulation du transport de charge dans les composants électroniques et photovoltaïques.
L’équipe déploie actuellement des efforts particuliers pour le développement de matériaux (nanostructures semi-conductrices, diélectriques, matériaux organiques, graphène…) en vue de tester des nouveaux concepts pour les applications en électronique et photovoltaïque (pointes et puits quantiques, plasmons, convertisseur photonique …).
Les activités expérimentales de l’équipe MaCÉPV reposent sur des plates-formes technologiques (salle blanche et annexe ; boîte à gant) et dispose de plusieurs équipements uniques pour l’élaboration (implanteurs ioniques, lasers, CVD, pulvérisation), pour les analyses structurales (RBS, ERDA, spectroscopie et imagerie Raman…) et opto-électroniques (Photoluminescence, réponse spectrale,…) des matériaux et des composants élaborés. Les activités de modélisation utilisent des stations de calcul dédiées et des outils de simulation développés en interne ou sur la base de logiciels commerciaux (Monte-Carlo, scripts, COMSOL Multiphysics, ...).
L’équipe MaCÉPV est impliquée dans de nombreuses projets nationaux (ANR, AMI…) , Européens (INTERREG, FP7, EUROGIA…) et collaborations internationales (Kazakstan, Turquie, OTAN…).
Les travaux de recherche de l’équipe MaCÉPV sont divisés en 4 thèmes génériques, mais avec des interactions assez fortes entre elles :

T1. Matériaux et concepts pour le photovoltaïque inorganique
T2. Composants électroniques et photovoltaïques organiques
T3. Procédés assistés par faisceaux d’ions
T4. Modélisation physique du transport de charge

Actualités

Le Lundi 4 février aura lieu à 11h en Salle 40 du bâtiment 40 (Campus CNRS Cronenbourg), un séminaire du département DESSP-ICUBE présenté par Olivier SIMONETTI de l'Université de Reims Champagne-Ardenne, ­Laboratoire de Recherche en Nanosciences. Titre du séminaire : Modélisation du transistor organique : Prise en compte du transport et de l’injection des charges Résumé : Les propriétés électriques et optiques de différents matériaux organiques ont permis la démonstration d’un certain nombre de dispositifs opto-électroniques : diodes organiques électroluminescentes (OLED), transistors organiques (OFET), cellules solaires (OPV) ... . Des technologies bas coût, à l’instar de l’impression jet d’encre, sont en développement pour produire ces dispositifs à grande échelle et sur substrats souples (« roll to roll »). Le nombre d’applications envisagées est énorme, les plus fréquemment citées étant les écrans souples, les étiquettes RFID, les capteurs ... ; le domaine de l’électronique organique, multidisciplinaire, est en essor rapide dans le monde entier. Toutefois, si des écrans OLED sont disponibles commercialement, une des briques fondamentales des circuits électroniques, le transistor, n’est pas encore mature pour les applications envisagées. Malgré des améliorations significatives ces 20 dernières années, les OFETs souffrent de nombreux défauts : tensions de polarisation élevées, courants faibles, fréquences très limitées, instabilités et dérives ... . Ces nombreux verrous technologiques sont en partie dus à des limitations intrinsèques des matériaux organiques, notamment les phénomènes liés au transport et à l’injection des porteurs de charge dans les composants organiques qui ne sont pas encore totalement compris. Cependant, des modèles physiques avancés de transport et d’injection ont été développés sur la base d’hypothèses relatives au caractère désordonné des semi-conducteurs organiques. Même si ces modèles peuvent poser encore question ils permettent de rendre compte d’un grand nombre de comportements physiques observés dans les dispositifs électroniques organiques (en température, en champ ...). Nos études se concentrent sur l’étude du comportement électrique du transistor organique et sa réalisation par impression. Après un survol de l’électronique organique nous présenterons le transistor organique, ses limitations et les moyens techniques nous permettant de le caractériser. Nous exposerons ensuite les résultats obtenus sur la réalisation d’un transistor organique où le semi-conducteur a été déposé par impression jet d’encre (voir la figure). Nous nous focaliserons enfin sur un modèle électrique d’OFET prenant en compte les phénomènes physiques spécifiques des matériaux organiques. Nous montrerons les implications qui découlent de la prise en compte de ces phénomènes physiques sur le comportement des transistors organiques. Ce modèle, accessible en ligne, prend en compte le transport par saut, l’injection non linéaire aux contacts, des pièges à l’interface isolant/semi-conducteur, des résistances de contact au niveau des électrodes source et drain, fixes et/ou dépendantes de la polarisation, etc.

Le Jeudi 31 janvier aura lieu à 11h en Salle 40 du bâtiment 4 (Campus CNRS Cronenbourg), un séminaire DESSP-MACEPV présenté par Daniel BELLET du Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) de Grenoble Titre du séminaire : Quelques problèmes physiques relatifs aux électrodes transparentes (notamment en vue d’intégration de cellules solaires) Résumé : Les matériaux transparents conducteurs (TCM) font l’objet de nombreuses études scientifiques et technologiques. Le but applicatif de ces électrodes transparentes concernent des domaines d’applications dont les besoins industriels vont aller croissant à l’avenir du fait de leurs utilisations indispensables au sein de cellules solaires, d’écrans ou éclairage de basse consommation (LEDs) etc… Deux grandes familles coexistent au sein des TCM : les oxydes transparents conducteurs (TCO) et des matériaux plus récemment étudiés. Parmi ces derniers, les réseaux de nanofils métalliques semblent être très prometteurs, tant en terme de propriétés physiques, mécanique que sur le plan économique. Nous discuterons de divers processus qui limitent les propriétés physiques de ces matériaux.