Etude de réseaux percolants de nanofils métalliques: de l'étude de leurs propriétés physiques à l'intégration au sein de dispositifs industriels

par Theodora Papanastasiou

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Daniel Bellet et de David Munoz-rojas.


  • Résumé

    Les électrodes transparentes (TE) ont récemment suscité un grand intérêt car elles constituent une composante clé dans bon nombre de dispositifs comme par exemple les cellules solaires, les OLEDs, les écrans tactiles, les films chauffants transparents, etc. Lorsque les nanofils métalliques (MNW) sont déposés de façon aléatoire (par une méthode bas-coût comme le spray), le réseau associé peut se comporter comme une électrode transparente efficace et flexible. Les systèmes à base de MNW ont été récemment étudiés et apparaissent comme une alternative pertinente au matériau de référence, qu'est l'oxyde d'étain dopé indium (ITO). Ce dernier présente de bonnes propriétés physiques et est utilisé pour dans bon nombre d'applications, mais la rareté de l'indium, le coût élevé des méthodes de dépôt sous vide requise et le manque de flexibilité de l'ITO ont suscité la recherche de matériaux alternatifs comme les réseaux percolants de nanofils métalliques. La problématique de recherche proposée repose sur une étroite synergie entre des travaux expérimentaux d'une part, et des approches liées simulations. Il s'agit d'étudier les propriétés physiques (optiques, électriques et mécaniques) d'un tel réseau aléatoire de façon à les optimiser en regard de l'application industrielle visée. Même si les propriétés de ces électrodes transparentes sont déjà remarquables, de nombreux problèmes restent à comprendre (comme l'influence de la morphologie des MNW ou des défauts) et la stabilité (électrique, thermique et chimique) qui demeure un point délicat pour l'intégration des réseaux de MNW au sein de dispositifs. Le développement de la technique de dépôt SALD (Spatial Atomic Layer Deposition) au LMGP a montré un grand potentiel afin d'augmenter la stabilité des MNW grâce au dépôt conforme d'une fine couche d'oxyde transparente qui est protectrice car bloquant la diffusion de surface des atomes d'argent.

  • Titre traduit

    Investigation of metallic nanowire networks : from physical properties towards industrial integration


  • Résumé

    Transparent electrodes (TE) constitute a key component for a wide range of devices (involving huge worldwide markets), including solar cells, organic light-emitting diodes, touch screens, transparent heaters, etc. When metallic nanowires (MNW) are assembled into random percolating networks, they can act efficiently as transparent electrodes for several application sectors: photovoltaics, lighting, displays, transparent heaters, etc.[1] Such based material systems can be prepared by cost-effective and up-scalable processes (wet chemical synthesis, followed by large-area coating or printing at atmospheric pressure), at low temperature, and they can be easily integrated into flexible devices thanks to their outstanding physical properties (optical, electrical, mechanical properties…). MNW based systems have been recently studied and appear as a relevant alternative to the reference material, i.e., indium tin oxide (ITO). The latter exhibits good physical properties (with a very high transmittance in the near Infra-Red spectrum range) and is used for many applications, however the scarcity of indium, the high cost of the required vacuum-deposition tools, and the lack of flexibility of ITO has prompted the search for alternative materials. The proposed research problem is based on a close synergy between experimental work on the one hand and simulation-related approaches on the other. The aim is the study of the physical properties (optical, electrical and mechanical) of such random networks in order to optimize them with regard to the target industrial applications. Although the properties of these transparent electrodes are already remarkable, many problems remain to be understood (such as the influence of MNW morphology or network defects) and stability (electrical, thermal and chemical); knowing that the stability could be a serious issue for the integration of MNW networks within devices. The recent development of the Spatial Atomic Layer Deposition (SALD) technique at LMGP has shown great potential for increasing the stability of MNWs thanks to a conformal coating of a thin layer of transparent oxide.