Un pas de plus vers
la nouvelle génération de MTC

Coup de projecteur sur une des premières publications du PEPR TASE : la chercheuse Mona Treguer-Delapierre (ICMCB-CNRS), membre du projet SOLSTICE, cosigne une étude prometteuse sur les électrodes transparentes à base de nanofils de cuivre, publiée le mois dernier dans le Nano Journal de l’American Chemical Society (ACS Nano).

Que ce soit pour capter l’électricité des cellules photovoltaïques, détecter les interactions sur un écran tactile ou alimenter un écran OLED, les matériaux conducteurs et transparents (MTC) jouent un rôle clé dans une multitude de dispositifs modernes. Parmi les innovations les plus prometteuses dans ce domaine, l’utilisation de réseaux de nanofils métalliques se distingue, offrant des avantages significatifs par rapport aux oxydes métalliques traditionnellement employés. Ces avantages incluent une flexibilité exceptionnelle, une gestion optimisée des matériaux rares, une réduction des coûts de fabrication, et une transparence accrue dans le proche infrarouge.

Les nanofils de cuivre suscitent un intérêt croissant en raison de leur faible coût et leur cycle de vie avantageux (recyclable et facilement retraitable). Cependant, leur principale limitation réside dans leur instabilité chimique et thermique, car ils ont tendance à s’oxyder rapidement à l’air, ce qui compromet leur viabilité à l’échelle industrielle.  

Pour résoudre ce problème, une approche innovante a été développée, consistant à enrober les nanofils de cuivre d’une fine couche de nickel. Cette gaine s’oxyde spontanément à l’air, formant une couche d’oxyde de quelques nanomètres d’épaisseur. L’interaction entre cette couche d’oxyde et l’hydrazine déclenche une réaction réductrice exothermique, permettant de souder chimiquement le métal aux points de croisement entre les fils. Cette soudure optimise la circulation du courant à travers le réseau métallique, améliorant significativement la conductivité électrique au sein de réseau métallique de l’électrode. Bien qu’une réoxydation puisse se produire après quelques jours, elle se limite à la surface du réseau déjà percolé, n’affectant pas la performance globale. Les tests réalisés démontrent que ces électrodes conservent leur efficacité pendant plus de deux ans.

Fils de cuivre encapsulés par une fine couche de nickel. Les fils sont synthétisés en solution à partir de sels métalliques et déposés sur un substrat transparent pour former des électrodes flexibles

Les résultats remarquables obtenus ouvrent de nouvelles perspectives pour l’intégration de ces réseaux dans des dispositifs fonctionnels, marquant ainsi une avancée significative dans le domaine des matériaux conducteurs transparents à la soutenabilité renforcée.

Equipes impliquées : ICMCB équipe ‘chimie des nanomatériaux’ / LMGP équipe ‘Couches minces fonctionnelles et nanoingénierie des surfaces’ (groupe D.Bellet)/ IEMN Pôle de microscopie en Champ Proche ‘PCMP-PCP’ (M.Berthe)

Oxidation-Resistant Cu-Based Nanowire Transparent Electrodes Activated by an Exothermic Reduction Reaction
And̵ela Križan, Laetitia Bardet, Kevin Zimny, Martin Romanus, Maxime Berthe, Christine Labrugère-Sarroste, Daniel Bellet, and Mona Tréguer-Delapierre
ACS Nano 2024 18 (51), 34902-34911DOI: 10.1021/acsnano.4c12698

SOLSTICE vise à fortement diminuer, voire supprimer, l’utilisation des matériaux critiques que sont l’indium et l’argent pour la production des cellules solaires à échelle industrielle. Les technologies photovoltaïques visées sont celles à base de silicium permettant d’obtenir de hauts rendements de conversion (hétérojonction de silicium, Topcon-like, Tandem Pérovskite/Silicium) tout en limitant les coûts de production.

Le projet SOLSTICE est coordonné par Frédéric JAY, ingénieur chercheur, CEA-Liten / INES.

Plus d’informations sur la page du projet SOLSTICE.


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