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ELITE

L’équipe ELITE est impliquée dans la recherche expérimentale et amont sur l’électronique organique et hybride pour les télécoms et l’énergie depuis la réalisation des dispositifs, leur caractérisation optoélectronique, jusqu’à la modélisation de leurs propriétés physiques. En particuliers, l’équipe ELITE s’intéresse à la réalisation et l’étude de dispositifs variés.

​Le savoir-faire particulier de l’équipe, étendu au domaine de l’électronique imprimée, s’articule autour de la plateforme technologique PLATINOM, qui intègre un ensemble complet de technologies de fabrication (en solution ou par voie physique) et de caractérisations physiques (propriétés optiques, électriques, morphologiques, et optoélectroniques) des matériaux et composants. L’un des objectifs majeurs est d'adresser quatre des six "Key Enabling Technologies" de la stratégie Européenne (nanotechnologie, matériaux avancés, photonique et technologie de fabrication avancée).

Le savoir-faire de l'équipe est centré sur l'intégration de matériaux nouveaux, la physique des couches minces et des interfaces, le développement de nouvelles architectures, leur modélisation électrique et optique. L’équipe a coordonné de nombreux projets dans ce domaine et développé des partenariats forts avec les industriels locaux pour le développement de techniques d’impression des cellules solaires organiques, par exemple. 

Video d'une cellule solaire pérovskite de 0.2 cm²

Contact : permanents.elite@xlim.fr

L'équipe ELITE (2015)

Coeurs de métiers

Technologies de fabrication

L’équipe s’intéresse depuis plus de deux décennies à la mise en forme et à l’intégration des matériaux semi-conducteurs organiques et inorganiques au sein des dispositifs, à l’aide de technologies de dépôt par voie physique (sublimation, co-sublimation), mais aussi à l’aide de procédés en solution. Les technologies à base de faisceaux d’ions (dépôts assistés par faisceaux d’ions : IBS, IBAD) constituent notamment une compétence historique et originale de l’équipe. 

  

Vers une électronique imprimée à bas coût

Depuis environ une dizaine d’année, l’équipe s’est spécialisée dans les procédés en solution compatibles avec les applications bas coûts et les grandes surfaces, telles que la sérigraphie ou l’impression jet d’encre, via une expertise dans la rhéologie des formulations (mélanges organiques, composites hybrides, dispersion de nano-objets, etc). 

 

L’ensemble des technologies de fabrication de l’équipe est centralisé au sein du domaine « Electronique Imprimée » de la plateforme PLATINOM / Composants et Circuits, qui constitue une plateforme identifiée au niveau national. 

Propriétés électriques

L'étude des propriétés électriques des matériaux et dispositifs est une phase importante des activités de l'équipe. Les résistivités sont notamment mesurées à travers la méthode des 4 pointes appliquée aux couches d’interfaces ou aux électrodes transparentes. Ces deux éléments de base communs à tous dispositifs optoélectroniques sont en effet au cœur des développements menés au sein de l’équipe. Les propriétés intrinsèques des matériaux peuvent de plus être approfondies via des mesures thermoélectriques (coefficient Siebeck) réalisées notamment en fonction de la température. Par ailleurs, les caractéristiques électriques de transistors à effets de champ nous permettent de remonter à des propriétés électriques intrinsèques des matériaux semi-conducteurs, telles que la mobilité des porteurs de charge. L'analyse fréquentielle de la réponse électrique des échantillons, réalisée par spectroscopie d'impédance, permet finalement d'estimer la permittivité diélectrique et d’identifier les mécanismes de transport opérant aux différentes interfaces. L'ensemble de ces caractérisations permet de remonter, aussi bien à l'échelle du matériau qu'à l'échelle du dispositif complet, aux mécanismes de transport des charges et de caractériser les processus électroniques aux interfaces (recombinaison, transferts de charges, etc).

 

Propriétés optoélectroniques

L'équipe s'intéresse particulièrement aux propriétés optoélectroniques des matériaux et des dispositifs : propriétés d'absorption/transmission/réflexion optique ; photoluminescence, en passant par la caractérisation des performances des composants réalisés. Ces développements sont actuellement largement appliqués aux systèmes organiques à base de polymères conjugués ou de petites molécules, mais aussi hybrides, en combinant des matériaux semi-conducteurs organiques et inorganiques (nanocristaux, nanostructures, etc), ou des pérovskites (hybrides et/ou oxydes). La physique aux interfaces est dans ce contexte l'une des préoccupation majeure de l'équipe, qui fournit un travail important d'ingénierie et de caractérisation avancée pour une meilleure compréhension des phénomènes d'émission, de photo-génération, et de transfert de charges au sein des dispositifs. Les applications visées concernent actuellement la conversion photovoltaïque, les diodes électroluminescentes pour les communications optiques sans fils, et les photo-détecteurs.

     

Video youtube d'une cellule solaire pérovskite de 0.2 cm²

 

Caractérisations avancées/spécifiques

En plus des techniques conventionnelles couramment utilisées pour la caractérisation physique des matériaux et dispositifs, l'équipe met en avant plusieurs techniques originales pour une meilleure compréhension des phénonèmes sous-jacents. L'équipe dispose par exemple d'un microscope à force atomique (AFM) fonctionnant en mode de sonde de Kelvin haute résolution (HD-KPFM). Cet équipement est par exemple particulièrement adapté à l'estimation des travaux de sorties d'électrodes transparentes innovantes, et des potentiels de surface de couches composites hybrides (voir image de gauche ci-dessous en exemple). En parallèle, l'équipe s'intéresse à la cinétique des charges au sein des assemblages en caractérisant des dispositifs "modèles" à l'aide de techniques résolues en temps (voir la partie Electronique Imprimée de la plateforme PLATINOM), telles que la photoluminescence en régime transitoire ou les mesures de photo-courant / photo-tensions résolues en temps. Le but est d'évaluer la durée de vie des espcèes excitées ou des charges photo-générées, ainsi que leurs interactions avec l'environnment en présence d'une interface avec un matériau spécifique par exemple (voir image centrale ci-dessous). Finalement, nous exploitons aussi par exemple la mesure des cartographies par LBIC/LBIV (light beam induced current and voltage), qui permet d'imager la réponse électrique d'une cellule solaire à l'échelle du module. Cette technique s'avère utile pour la mise en évidence de défauts de procédés de fabrication ou des mécanismes de dégradation des composants (voir image de droite). 

  

 

Modélisation des dispositifs

La modélisation des phénomènes physiques impliqués dans les dispositifs permet de définir de nouvelles stratégies d'optimisation des composants optoélectroniques. Les modèles électromagnétiques standards sont ainsi pris en compte pour tout type de structures et de champs, via des calculs de type ‘transfert-matriciel’ ou ‘Finite-Difference Time-Domain’ (FDTD, voir images ci-dessous). Des modèles dissipatifs associés à des modèles actifs de conversion photon/électron sont ensuite appliqués afin d’étudier l’impact de la forme, des épaisseurs et de la nature des matériaux sur l’efficacité d’un composant (cellule photovoltaïque, diode électroluminescente, etc) complet (voir images ci-dessous). 

 

 

Collaborations et partenariats

Au niveau local

Equipes à XLIM: MINT (Axe RF-ELITE), équipe ReSYST (Axe Systèmes et réseaux intelligents) ; Equipe GPPMM (Photonique) ; Equipe Photonique-Fibre (Photonique) ; LabEx SigmaLim ; Laboratoire SPCTS (oxydes de pérovskites, micro-sources, etc) ; Laboratoire LCSN (matériaux pi-conjugués) ; INSERM UMR 850 ;

Au niveau national et international

IMS (Bordeaux) ; CEA (IRAMIS/NIMBE de Saclay, SYMMES de Grenoble) ; PCM2E/Université de Tours ; LAC - PPSM / ENS Cachan ; IKAMBA Organics ; SOLARONIX ; IMMM/Université du Maine ; IM2NP (Marseille) ; CEISAM (Nantes) ; CINAM (Marseille) ; FOTON (Rennes) ; EDF ; DISASOLAR ; CERADROP ; ICGM Montpellier ; Université de Mons ;  

Queen's University ; University of South Africa (UNISA) ; Jan Dugloz University (Pologne) ; Imperial College London (UK) ;  Kanazawa University (Japan) ; Université de Constantine 1 (Algérie) ; Université de Sétif (Algérie); Université de Tizi Ouzou (Algérie) ; Université de Rabat (Maroc)