Printed electronics prototyping of flexible optoelectronic methylammonium trihalide perovskite-based devices

Résumé

Le domaine de l'électronique imprimable est devenu très étendu ces dernières années, avec des applications allant de la fabrication de dispositifs photovoltaïques à grand volume aux transistors à effet de champ organiques en passant par les diodes électroluminescentes organiques. Les technologies de l’électronique imprimable existantes, telles que l’impression à jet d’encre, l’impression héliogravure et l’impression par jet d’aérosol, sont utilisées dans l’impression conventionnelle depuis des décennies. Ce sont les progrès récents des matériaux fonctionnels et des formulations d’encre qui ont permis à ces technologies d’être utilisées pour la fabrication de dispositifs électroniques. L'un des principaux avantages de l'électronique imprimable par rapport aux techniques classiques de fabrication de dispositifs est son coût relativement bas et son débit élevé pour un dépôt en grande surface. L'un des principaux marchés d'applications des dispositifs flexibles à faible coût est celui de l'internet des objets, à des fins de communication et d'acquisition de données à grande échelle. En outre, il existe un réel besoin de passer des sources d'énergie non renouvelables actuelles aux sources d'énergie renouvelables et plus écologiques, telles que l'énergie solaire, éolienne et nucléaire. La production massive de dispositifs photovoltaïques flexibles à faible coût pourrait être une réponse partielle à ce besoin, car la fabrication sur des substrats flexibles réduit non seulement le poids de l'appareil et les coûts de transport, mais augmente également la facilité d'installation. Les pérovskites constituent un matériau d’intérêt courant pour les applications photovoltaïques. Elles peuvent être traitées en solution et offrent une gamme de propriétés adaptées en fonction de leur composition et se sont révélées particulièrement efficaces pour la conversion de l’énergie solaire. Ces matériaux sont généralement fabriqués en laboratoire à des fins de recherche et de développement, mais certaines formulations commerciales peuvent maintenant être trouvées. Le développement commercial de ces matériaux est l’un des éléments moteurs du travail réalisé dans cette thèse. Dans ce travail, une étude de faisabilité de la fabrication de dispositifs actifs avec ces formulations commerciales de pérovskite, en utilisant des méthodes de l’électronique imprimée, est proposée. Plus spécifiquement, l’impression à jet d’encre est utilisée pour imprimer des dispositifs optoélectroniques actifs et flexibles à l’aide de formulations de pérovskite commerciales. Plusieurs architectures de dispositifs sont étudiées pour leur faisabilité de fabrication à l'aide de méthodes d'impression à jet d'encre. Une fois que les architectures les mieux adaptées pour l'impression de dispositifs sont identifiées, des matrices de dispositifs sont imprimées pour évaluer la faisabilité de la fabrication à grande échelle. Deux types de dispositifs à base de pérovskite sont fabriqués; un bolomêtre pour les applications de bâtiments intelligents et des dispositifs photovoltaïques flexibles. Les bolomêtres offrent de grandes capacités de détection de température, avec une valeur de TCR jusqu’à 100%/°C, dans une plage de détection de température limitée de 17 ° C à 36 °C, et indiquent également le comportement de commutation de la lumière. Les performances des dispositifs photovoltaïques flexibles sont plutôt limitées, avec un rendement de conversion de puissance maximal obtenu de 0,11%. Cependant, cette étude a prouvé la faisabilité de la fabrication de ces dispositifs et propose des voies d'optimisation pour améliorer encore les performances. Des rendements de dispositifs photovoltaïques jusqu’à 80% sont trouvés pour certaines voies de fabrication et d’architectures, démontrant ainsi que des méthodes de fabrication de l’électronique imprimées peuvent être utilisées pour la fabrication de dispositifs flexibles à grande échelle.

Date	11 janv. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sylvain G. Cloutier (Directeur(-trice)) & Martin Bolduc (Codirecteur(-trice))