Les applications des nanoparticules plasmoniques sur les générateurs photo-thermoélectriques hybrides flexibles

The applications of plasmonic nanoparticles on flexible hybrid photo-thermoelectric generators

• Auteur / Autrice : Chenghao Xin
• Direction : Zhuoying Chen, Lionel Aigouy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 19/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Christel Laberty-Robert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Garcia-Martin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dongyan Xu, Christian Bergaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séléniures

Thermoélectricité

Matériaux -- Propriétés thermiques

Générateurs thermoélectriques

Plasmons

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules plasmoniques

Effet photothermique

Ag2Se

Matériaux thermoélectriques

Générateurs thermoélectriques

Générateurs photo-thermoélectriques

Plasmonic nanoparticles

Photothermal effect

Ag2Se

Thermoelectric materials

Thermoelectric generators

Photo-thermoelectric generators

Résumé

Dans cette thèse de doctorat, j'ai principalement étudié trois domaines : (1) La synthèse de nanoparticules (NPs) plasmoniques traitées en solution, qui servent de revêtements photothermiques et permettent la conversion entre lumière et chaleur. Ces revêtements à base de NP ont ensuite été appliqués pour augmenter la différence de température du dispositif thermoélectrique mentionné ci-dessous. (2) La réalisation et les caractérisations de générateurs photo-thermoélectriques hybrides organiques-inorganiques souples et portables (photo-TEGs). Ces photo-TEGs, combinant le revêtement de photothermique à base des NPs mentionné ci-dessus et les TEGs p-n hybrides soigneusement conçus, ont démontré une récupération d'énergie sous illumination solaire. (3) L'étude des matériaux thermoélectrique à base de Ag2Se dopés au soufre (S-dopés) de type n, proposant une nouvelle synthèse en solution à température ambiante (RT) et conduisant à une série de couches minces thermoélectriques et flexibles avec des propriétés optimisées. Ces films minces de Ag2Se S-dopés de type n ont ensuite été appliqués, démontrant une récupération d'énergie proche de la RT dans différentes situations. Pour présenter les résultats de cette thèse, six chapitres sont formés au total, parmi lesquels trois chapitres (Chapitre 3, 4 et 5) sont utilisés pour décrire les résultats obtenus concernant les trois aspects susmentionnés ainsi qu'une introduction (Chapitre 1), un chapitre expérimental (chapitre 2) et un chapitre de conclusion (chapitre 6). Enfin, une conclusion générale est donnée avec des perspectives sur le domaine de la technologie thermoélectrique flexibles, portable et à faible coût ainsi des textiles intelligents à récupération d'énergie.

In this PhD thesis, I have mainly investigated three areas: (1) The synthesis of solution-processed plasmonic nanoparticles, which serve as photothermal coatings and enable light-heat conversion. These NP-based coatings were then applied to boost the temperature difference of the thermoelectric device undermentioned. (2) The realization and characterizations of flexible and wearable organic-inorganic hybrid photo-thermoelectric generators (photo-TEGs). These photo-TEGs, combining the above-mentioned photothermal NP coating and the carefully designed hybrid p-n TEGs, demonstrated energy harvest under solar illumination. (3) The investigation of n-type sulfur-doped (S-doped) Ag2Se TE materials, proposing a new room-temperature (RT) solution synthesis, and leading to a series of functional and flexible TE thin films with optimized TE properties. These n-type S-doped Ag2Se TE thin films were further applied demonstrating near-RT energy harvest in different situations. To present the results of this thesis, all together six chapters are formed, among which three chapters (Chapter 3, 4, and 5) are used to describe the results obtained concerning the above-mentioned three aspects together with an introduction (Chapter 1), an experimental (Chapter 2), and conclusion (Chapter 6) chapters. Finally, a general conclusion is given with perspectives on the field of low-cost and wearable thermoelectric technology as well as energy-harvesting smart textiles.