Synthèse évolutive de matériaux 2D pour capteurs et détecteurs auto-alimentés basés sur l'effet tribo-électrique et photovoltaïque

Scalable synthesis of 2D materials for self-powered sensors and detectors based on tribo-electric and photovolatic effect

• Auteur / Autrice : Kapil Bhorkar
• Direction : Jean-Luc Adam, Spyros Yannopoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Maryline Guilloux-Viry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Cathelinaud, Dipti Gupta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carlo Massobrio, Nikolaos Bouropoulos‎

Mots clés

Mots clés contrôlés

Platine

Synthèse (chimie)

Cristaux

Graphène

Mots clés libres

Synthèse et transfert explosif par laser (LEST)

Graphène

Diséléniure de platine

Nanogénérateur triboélectrique (TENG)

Laser-Mediated Explosive Synthesis and Transfer (LEST)

Graphene

Platinum Diselenide

Tribo-Electric nanogenerator (TENG

Résumé

La thèse se positionne comme une exploration dans le monde des matériaux 2D, y compris le graphène et les cristaux TMD. L'accent principal a été mis sur le développement de méthodes de synthèse de cristaux de haute qualité, en accordant une attention particulière à ce que ces méthodes soient simples, respectueuses de l'environnement et, surtout, évolutives pour une production à grande surface et compatibles avec les plates-formes technologiques actuelles. Sur la base des propriétés des matériaux 2D développés, des applications sélectionnées dans le domaine des dispositifs de conversion d'énergie ont été explorées. La technique de synthèse et de transfert d'explosifs par laser (LEST) a été développée pour préparer directement des électrodes à base de graphène sur divers polymères. Des capteurs tactiles auto-alimentés, fonctionnant sur le principe des nanogénérateurs triboélectriques (TENG) à très faible impédance interne ont été développés. Le PtSe2, un nouveau venu dans la famille des TMD, a été préparé par sélénisation à faible T de particules de Pt pré-déposées, et s'est avéré plus performant que le Pt pur en tant que contre-électrode dans les cellules solaires sensibilisées par un colorant. De plus, des hétérojonctions de type II ont été fabriquées par empilement vertical de PtSe2 2D sur le matériau Sb2Se3 1D. La jonction a le potentiel de servir de photodétecteur auto-alimenté sur une région à large bande.

The current Thesis has been an endeavor in the world of various types of 2D materials, including graphene and other TMDs crystals. The main emphasis has been placed on the development of methods for the synthesis of high-quality crystals, paying particular attention to ensuring that these methods will be simple, environmentally friendly, and most importantly, scalable to large area production and compatible with current technological platforms. Based on the properties of the 2D materials grown, selected applications in energy conversion devices have been explored. Laser-mediated explosive synthesis and transfer technique developed to directly prepare graphene-based electrodes on various polymers. Self-powered tactile sensors, operating on the principle of triboelectric nanogenerators (TENG) with a very low internal impedance were developed. PtSe2, a newcomer in the family of TMDs, was prepared by low-T selenization of pre-deposited Pt particles and was found to that outperform neat Pt as a counter electrode in dye-sensitized solar cells. Further, heterojunctions of type-II were fabricated by vertical stacking of 2D PtSe2 on top of the 1D Sb2Se3 material. The junction has the potential to serve as a self-powered photodetector over a broadband region.