Brevet FR3017215A1 — publié le 20150807

Surface transparente ou semi transparente à conduction électrique améliorée. La présente invention se rapporte aux surfaces transparentes ou semi 5 transparentes et conductrices électriquement. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans de nombreux dispositifs, notamment électroniques, il est nécessaire d'utiliser une surface conductrice électriquement pour collecter ou diriger un courant 10 électrique. Il est aussi parfois nécessaire que cette surface conductrice soit aussi transparente ou semi transparente à la lumière. C'est le cas par exemple des cellules solaires photovoltaïques, notamment celles qui sont en couches minces, des écrans d'affichage, notamment ceux de type LCD (Liquid Crystal Display), des écrans tactiles, des dispositifs électrochromes, des vitrages pour le bâtiment. Pour obtenir 15 cette surface conductrice et transparente on utilise le plus souvent des oxydes métalliques en couche mince comme par exemple : Sn02:F ou FTO Fluorine-doped tinoxide (Dioxyde d'étain dopé Fluor) ITO ou Indium tin oxide (Oxyde d'indium et d'étain) ZnO ou Zinc oxide (oxyde de Zinc, parfois dopé à l'Aluminium) 20 Le plus souvent ces oxydes sont déposées sur du verre, ils sont également disponibles sur plastique pour des composants spécifiques : OLEDs, afficheurs souples, verres ophtalmiques. La bonne conductivité électrique est difficile à obtenir lorsque le conducteur doit aussi être très transparent car la transparence est obtenue en général grâce à 25 des épaisseurs très faibles, ce qui diminue par conséquent la section du conducteur qui est parcourue par le courant électrique et ce qui provoque une augmentation de la résistivité électrique du matériau. On est donc là face à un dilemme qui nécessite de faire un compromis entre la forte transparence que l'on souhaite obtenir et les grandes performances électriques du dispositif qui diminuent alors d'autant que la 30 transparence augmente. BUT DE L'INVENTION L'invention a pour but principal de décrire une surface très conductrice électriquement qui est en même temps très transparente. Cette surface pourra 5 notamment recouvrir des cellules solaires et des écrans électroniques afin de faciliter la conduction du courant électrique qui traverse ces composants. RESUME DE L'INVENTION 10 Dans son principe de base l'invention a pour objet un dispositif composé d'une multitude de surfaces conductrices électriquement, les-dites surfaces sont perforées par un réseau d'ouvertures microscopiques dont la taille est inférieure à 2 microns ce qui provoque la transparence plasmonique des-dites surfaces; les dites surfaces sont disposées les unes sur les autres et en contact électrique entre elles de 15 manière à augmenter la conductivité électrique du-dit dispositif proportionnellement au nombre de surfaces mises en contact et de manière à conserver pour le-dit dispositif une transparence sensiblement égale à une seule des-dites surfaces. Les surfaces plasmoniques sont constituées de matériaux conducteurs dans lesquels ont été réalisées des ouvertures dont la taille est inférieure à deux microns et de 20 préférence inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible soit inférieure à 0,4 microns. En général les-dites ouvertures sont identiques entre elles et agencées en un réseau ordonné de manière à créer une transparence uniforme sur toute la surface. On peut alors montrer que le pourcentage de transparence de la surface plasmonique est bien supérieure à la surface globale de toutes les ouvertures 25 rapportée à la surface totale de la-dite surface plasmonique. On observe par ailleurs que la mise en superposition des-dites surfaces plasmoniques n'abaisse que très peu la transparence du dispositif alors que la conductivité du-dit dispositif augmente en rapport direct avec le nombre de surfaces superposées. Dans un mode de réalisation particulier les surfaces plasmoniques sont 30 séparées par une surface conductrice transparente très fine de manière à favoriser la conduction électrique entre les-dites surfaces plasmoniques. Dans un autre mode de réalisation particulier chaque surface plasmonique est composée d'un réseau de bandes parallèles d'un conducteur électrique comme l'argent, le cuivre, l'aluminium, l'or, le graphène, le graphite ou le silicium, chaque bande étant séparée par une bande d'ouverture transparente; ces-dites bandes de conducteur et de transparence ont une épaisseur, une largeur et une épaisseur inférieure à un micron de sorte que les-dites surfaces plasmoniques ont la propriété de polariser rectilignement la lumière qui les traverse ; la superposition des-dites surfaces plasmoniques polarisantes est telle que les bandes de transparence de toutes les surfaces plasmoniques mises en superposition sont parallèles entre elles de sorte que la lumière qui est polarisée rectilignement par la première surface plasmonique traverse les autres surfaces plasmoniques sensiblement sans perte de luminosité. La perte de lumière au passage de la première surface plasmonique polarisante est d'environs 50% pour la lumière visible, mais on sait que le choix des dimensions des bandes conductrices et des bandes de transparence permet de définir les caractéristiques du spectre lumineux qui sera polarisé et le pourcentage de la transparence de la surface plasmonique. Ces surfaces plasmoniques polarisantes sont aussi appelées des surfaces WGP (Acronyme de « Wire Grid Polarizer »). Dans un autre mode de réalisation particulier le-dit dispositif est superposé et en connexion électrique avec une surface fonctionnelle transparente ou semi transparente. Cette surface fonctionnelle est par exemple une cellule photovoltaïque semi transparente de sorte que le dispositif augmente la conductivité électrique de l'électrode avant et/ou de l'électrode arrière avec peu de perte pour la transparence de la cellule. Une application intéressante de ce mode de réalisation est celle d'une vitre photovoltaïque semi transparente composée de micro cellules. Les électrodes avant et arrière des cellules doivent transporter le courant électrique sur de longues distances eu égard aux dimensions importantes de la vitre et il y a donc tout intérêt à diminuer la résistivité des-dites électrodes en diminuant par ailleurs le moins possible la transparence de la vitre. Le dispositif selon l'invention permet alors d'augmenter grandement la conductivité électrique de la vitre solaire avec une perte de transparence qui sera limitée à la faible absorption des-dites surfaces plasmoniques. Dans un autre mode de réalisation particulier le-dit dispositif est composé de surfaces plasmoniques polarisantes rectilignement comme décrit dans un mode de réalisation précédant et est positionné sur un écran électronique dont la lumière sortante est elle-même polarisée rectilignement comme c'est le cas pour les écrans 5 de type LCD (Liquid Crystal Display). Le-dit dispositif est en contact électrique avec une surface fonctionnelle, comme par exemple une surface tactile ou une surface photovoltaïque, qui nécessite de transporter des électrons sur une grande distance si les dimensions de l'écran sont elles-mêmes importantes. Le-dit dispositif sera alors un très bon conducteur électrique et restera totalement transparent pour la lumière 10 sortante de l'écran. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description 15 des figures 1 et 2 indexées. La figure 1 est un schéma de principe du dispositif (1) lorsque les surfaces plasmoniques (2) sont de type WGP (Wire Grid Polarizer) La figure 2 est un schéma de principe illustrant un exemple dans lequel le dispositif (1) est composé de surfaces plasmoniques de type WGP (Wire Grid 20 Polarizer) et en contact avec une surface fonctionnelle (7) transparente ou semi transparente. En référence à la figure 1 le dispositif selon l'invention (1) est composé d'une multitude de surfaces plasmoniques semi transparentes (2), identiques entre elles, positionnées les unes sur les autres tout en restant parallèles entre elles. Les-dites 25 surfaces (2) peuvent être en contact entre elles ou bien séparées par une couche d'un matériau transparent (non illustré) de préférence un bon conducteur électrique. Chacune des-dites surfaces (2) est composée d'un matériau conducteur électrique et perforée d'un réseau d'ouvertures microscopiques de sorte que chacune des-dites surfaces (2) a la propriété optique d'être très transparente. La figure 1 illustre un cas 30 particulier dans lequel les ouvertures sont des bandes parallèles (3) dont la largeur, l'épaisseur et la distance qui les sépare sont microscopiques, inférieures à 2 microns, de préférence inférieures à 400 nanomètres pour obtenir la polarisation rectiligne (5) de la lumière visible (4) qui traverse les-dites surfaces (2). En général 50% seulement de la lumière (4) traverse la première surface (2) et le reste est absorbé ou réfléchi (6) par la-dite surface (2). Toutes les-dites surfaces sont superposées de sorte que leurs axes de polarisation rectiligne (3) soient tous parallèles. On observe alors que les pertes de lumière au passage du dispositif dépendent peu du nombre de surfaces mises en superposition, alors que la conduction électrique du dispositif (1) augmente proportionnellement avec ce-dit nombre. La figure 2 montre le dispositif (1) disposé parallèlement à une surface fonctionnelle (7) qui est elle-même transparente ou semi transparente. Le dispositif (1) et la surface fonctionnelle (7) sont de préférence en contact électrique de sorte qu'une partie des électrons qui aurait traversée la surface fonctionnelle (7) en l'absence du dispositif (1) traverse alors le dispositif (1) ce qui permet de diminuer la résistivité électrique globale de l'ensemble tout en conservant une bonne transparence pour la surface fonctionnelle (7). EXEMPLE DE REALISATION Un exemple concret de réalisation est composé d'un écran de téléphone portable de type LCD. Cet écran est rectangulaire de dimensions 5 cm par 6 cm et émet une lumière polarisée rectilignement. Il est recouvert par un dispositif selon l'invention composé d'une multitude de surfaces plasmoniques polarisantes de type WGP dont les axes de polarisation sont tous parallèles au plan de polarisation de la lumière sortante de l'écran de sorte que la lumière sortante n'est pas interceptée par le-dit dispositif. Les surfaces plasmoniques polarisantes sont au nombre de dix, sont superposées et en contact électrique les unes aux autres, elles font 10 microns d'épaisseurs chacune et le dispositif fait donc 100 microns d'épaisseur. Chaque surface est composée de bandes parallèles en argent de 200 nm de largeur et d'épaisseur et elles sont espacées de 230 nm. Les-dites bandes d'argent sont disposées sur un substrat en verre organique de 9,8 microns. Le-dit dispositif est en contact électrique avec l'électrode arrière d'une surface fonctionnelle de type cellule photovoltaïque transparente à 90%. Le-dit dispositif améliore alors par un facteur deux la conduction électrique du courant généré par la cellule photovoltaïque tout en restant totalement transparent à la lumière sortante de l'écran du téléphone mobile. AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant à un dispositif (1) de type surface très transparente, d'être très conducteur électriquement, ce qui permet ainsi à cette surface (1), par mise en superposition électrique, d'augmenter avec peu de perte de transparence la conduction électrique d'une autre surface fonctionnelle (7) semi transparente. REVENDICATIONS1 - Dispositif (1) composé d'une multitude de surfaces (2) conductrices 5 électriquement, lesdites surfaces (2) étant perforées par un réseau d'ouvertures microscopiques (3) dont la taille est inférieure à 2 microns ce qui provoque la transparence plasmonique desdites surfaces (2), caractérisé en ce que lesdites surfaces (2) sont disposées les unes sur les autres et en contact électrique entre elles de manière à augmenter la conductivité électrique dudit dispositif (1) 10 proportiànnellement au nombre desdites surfaces (2) mises en contact et de manière à conserver pour ledit dispositif (1) une transparence sensiblement égale à une seule desdites surfaces (2). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites 15 surfaces plasmoniques (2) sont séparées par une surface conductrice transparente de manière à favoriser la conduction électrique entre lesdites surfaces plasmoniques (2). 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que ledit dispositif (1) est superposé et en connexion électrique avec une surface fonctionnelle (7) transparente ou semi transparente. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface fonctionnelle (7) est une cellule photovoltaïque semi transparente de sorte que le 25 dispositif (1) augmente la conductivité électrique de l'électrode avant et/ou de l'électrode arrière de ladite cellule photovoltaïque (7) avec peu de perte pour la transparence de ladite cellule (7). - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite cellule 30 photovoltaïque (7) est composée d'une multitude de micro cellules photovoltaïques disposées sur une vitre transparente.6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque surface plasmonique (2) est de type WGP (Wire Grid Polarizer) composée d'un réseau de bandes parallèles (3) d'un conducteur électrique comme l'argent, le cuivre, l'aluminium, l'or, le graphène, le graphite ou le silicium, 5 chaque bande (3) étant séparée par une bande d'ouverture transparente, lesdites bandes (3) ayant une épaisseur, une largeur et une épaisseur inférieure à 2 microns et de préférence inférieure à 0,4 microns, de sorte que lesdites surfaces plasmoniques (2) ont la propriété de polariser rectilignement la lumière qui les traverse, et la superposition desdites surfaces plasmoniques polarisantes (2) étant 10 telle qué les bandes de transparence de toutes les surfaces plasmoniques sont parallèles entre elles de sorte que la lumière (4) est polarisée rectilignement par la première surface plasmonique (2) et traverse les autres surfaces plasmoniques sensiblement sans perte de luminosité. 15 7 - Ecran d'affichage électronique, notamment de type LCD (Liquid Crystal Display), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 6, ce dispositif étant agencé sur ledit écran de telle manière que la lumière sortante dudit écran est polarisée de façon rectiligne, de sorte que ledit écran est totalement transparent pour la lumière sortante dudit écran. 20 8 - Ecran d'affichage électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une surface fonctionnelle semi transparente (7), notamment une surface photovoltaïque ou une surface tactile, disposée en contact avec ledit dispositif de manière à augmenter la conductivité électrique de ladite surface 25 fonctionnelle (7). 30