ETude d’élEctRodes transpareNtes, flexibles, stables, efficaces, bas coût pour Integration au sein de plusieurs dispositifs à forT potentiel socio-Economique (éclairage, photovoltaïque, écrans tactiles, fenêtres intelligentes, films chauffants transparents…) (2020-2025)
Project financé par la Région Auvergne-Rhône-Alpes 
La Recherche et Développement consacrée aux matériaux transparents optiquement et conducteurs électriques est importante et a suscité un intérêt grandissant ces dernières années. En effet ces matériaux sont utilisés sous forme de couches minces pour fabriquer des électrodes transparentes (ET). Ces dernières constituent un élément technologique clé pour un grand nombre de dispositifs. Ainsi les cellules solaires, l’éclairage efficace (LEDs, OLEDs), les écrans tactiles, les fenêtres intelligentes, les films chauffants transparents etc ont besoin d’ET dont les propriétés affectent directement les performances des dispositifs cités. Par exemple la conversion photovoltaïque consiste en l’absorption de la lumière du solaire qui va créer des porteurs de charge qui devront être collectées par deux électrodes de part et d’autre de la couche absorbante. L’électrode située en face avant (face au soleil) doit être transparente (afin de laisser passer la lumière du soleil) et conductrice (pour collecter les charges). Il en est de même pour appliquer une différence de potentiel électrique et laisser la lumière s’échapper dans le cas des LEDs ou OLEDs ; de même au sein des fenêtres intelligentes (« smart windows »), ou pour le dégiffrage qui permet par exemple aux avions de voler à 10000 mètres d’altitude.
Les objectifs du projet ETERNITÉ consistent à concevoir et élaborer des ET qui soient : i/ efficaces (c’est à dire les plus transparentes et conductrices possible) ii/ stables (grâce à la fabrication de nanocomposites via une technique innovante de dépôt en couches minces en développement au Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) (il s’agit de la SALD pour Spatial Atomic Layer Deposition[1]) ainsi qu’à l’utilisation de nanocelluloses, matériaux biosourcés possédant de nombreuses propriétés remarquables pour nos systèmes (agent stabilisant, filmogène, barrière à l’oxygène, etc) iii/ flexibles (grâce à l’emploi de MNW et de nanocellulose qui sont ductiles) sur des substrats flexibles (polymères notamment), iv/ bas coût (emploi de matériaux abondants et de techniques de dépôt bas coût et extensibles en surface) et enfin v/ intégrables au sein de dispositifs dont le potentiel économique est fort et en plein développement et pour lesquels de nombreux partenaires industriels sont présents tant à l’échelle régionale que nationale, comme détaillé dans le projet. L’une des originalités du projet ETERNITÉ est l’emploi de matériaux composites à base de nanofils métalliques (MNW) : 1/ recouverts d’une très fine couche d’oxyde augmentant la stabilité thermique, chimique, électrique de ces électrodes, 2/ la combinaison du réseau de nanofils d’argent avec un réseau de nanocellulose conférant au système des propriétés très intéressantes en termes de propriétés physiques (optiques, électriques et mécaniques notamment), de processabilités (comportement rhéologique, stabilité colloidale, etc), d’adhésion sur diverses surfaces et enfin liées à la stabilité (durabilité, stabilité thermique et électrique).
L’objectif d’ETERNITÉ est donc le développement de ces électrodes innovantes qui nécessite l’optimisation de propriétés différentes selon l’application visée. Ici il s’agit plus particulièrement de se focaliser autour des applications suivantes: l’éclairage efficace (LED, OLED) et photovoltaïque. Ce projet nécessite une synergie forte entre recherche fondamentale de pointe qui se doit d’être originale afin d’innover et recherche appliquée au sein de partenaires industriels dont les besoins d’intégration nécessitent, selon le marché à pénétrer, de satisfaire des contraintes liées aux propriétés des électrodes développées ou relatives à des aspects de coût, de mise en œuvre ou de sécurité. Ainsi la recherche doit être multidisciplinaire par essence (physique, chimie, ingéniérie, intégration, analyse de coût et de recyclage…) et reposer sur une synergie forte entre deux laboratoires (LMGP et le Laboratoire Génie des Procédés Papetier, LGP2) et les partenanires industriels.
Ainsi le projet ETERNITÉ repose sur un partenariat fort entre deux laboratoires grenoblois : l’équipe autour de Daniel BELLET (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique, LMGP) qui travaille déjà depuis plusieurs années sur les électrodes à base de réseaux de MNW[2–4] et celle autour de Julien BRAS (Laboratoire de Génie des Procédés papetiers et des Procédés d'impression, LGP2) qui a aussi une longue expérience sur la fabrication de composite à base de MNW et de nanocellulose[5–7]. Les approches de ces deux équipes sont très complémentaires et de plus elles n’ont encore jamais travaillé ensemble.
[1] D. Muñoz-Rojas, V. H. Nguyen, C. Masse de la Huerta, S. Aghazadehchors, C. Jiménez, D. Bellet, Comptes Rendus Phys. 2017, 18, 391.
[2] D. Langley, G. Giusti, C. Mayousse, C. Celle, D. Bellet, J.-P. Simonato, Nanotechnology 2013, 24, 452001.
[3] T. Sannicolo, M. Lagrange, A. Cabos, C. Celle, J.-P. Simonato, D. Bellet, Small 2016, 12, 6052.
[4] D. Bellet, M. Lagrange, T. Sannicolo, S. Aghazadehchors, V. H. Nguyen, D. P. Langley, D. Muñoz-Rojas, C. Jiménez, Y. Bréchet, N. D. Nguyen, Materials 2017, 10, 570.
[5] F. Hoeng, A. Denneulin, G. Krosnicki, J. Bras, J Mater Chem C 2016, 4, 10945.
[6] F. Hoeng, A. Denneulin, N. Reverdy-Bruas, G. Krosnicki, J. Bras, Appl. Surf. Sci. 2017, 394, 160.
[7] F. Hoeng, A. Denneulin, J. Bras, Nanoscale 2016, 8, 13131.