INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Etape 3 : formation de zones macroscopiques de contact électrique Les substrats sont rincés à l'acétone et à l’isopropanol puis séchés sous flux d’azote. Un promoteur d’adhésion, par exemple TI Prime ® fourni par MicroChemicals ® , est déposé par spin-coating, par exemple à 4000 rpm pendant 30 secondes, puis cuit à 120°C pendant 2 minutes. De la résine AZ 5214 est ensuite déposée par spin-coating, par exemple à 4000 rpm pendant 30 secondes, puis recuite à 110°C pendant 90 secondes. Chaque substrat est ensuite exposé à du rayonnement ultraviolet à travers un masque pendant 1,5 secondes, puis recuit à 125°C pendant 2 minutes. Une seconde exposition à du rayonnement ultraviolet est alors effectuée pendant 40 secondes, sans masque. La résine est développée dans le développeur AZ 726 MIF pendant 30 secondes puis rincée à l'eau déionisée pendant 15 secondes. Chaque substrat est ensuite nettoyé avec un plasma d’oxygène pendant 5 minutes. Une couche de titane de 3 nm d’épaisseur, puis une autre d’or de 150 nm d’épaisseur, sont déposées par évaporation thermique, de préférence avec rotation du substrat. La résine est ensuite enlevée en trempant l'échantillon dans l'acétone pendant 1 heure. Les substrats sont ensuite rincés à l'acétone et à l'isopropanol, puis séchés sous flux d’azote.
Etape 4 : lithographie par faisceau électronique Les substrats sont rincés à l’isopropanol puis séchés sous flux d’azote. Une couche de polyméthylmétacrylate, ou PMMA, pur de grade A6, est déposée par spin-coating à 400 rpm pendant 5 secondes, puis à 4000 rpm pendant 30 secondes, et cuite à 180°C pendant 2 minutes. Une couche de 10 nm d’aluminium est déposée ensuite à l'aide d'un évaporateur à faisceau électronique. La vitesse de dépôt d’aluminium est fixée à 0,1 nm·s -1 (nanomètre par seconde) et la rotation d’échantillon est activée dans l’évaporateur. Chaque substrat est ensuite transféré dans un dispositif de lithographie électronique. La lithographie électronique est réalisée avec un courant de 12 pA (picoampère) et une dose totale de 200 µC.cm -2 (microcoulomb par centimètre-carré). Le substrat est ensuite plongé pendant 15 secondes dans une solution de potasse, ou KOH, à 40 g dans 100 mL d'eau, rincé à l'eau puis séché sous flux d’azote. La couche d’aluminium est ainsi supprimée. La résine de PMMA est développée en utilisant une solution de méthylisobutylcétone, ou MIBK : isopropanol, ou IPA, à 1:3 en volume, pendant 45 secondes, puis rincée dans de l’isopropanol pur pendant 20 secondes. Chaque substrat est alors nettoyé avec un plasma d’oxygène pendant 2 minutes. Il est ensuite transféré dans l’évaporateur électronique. Une couche de titane de 3 nm d’épaisseur, puis une couche d'or de 80 nm d’épaisseur, sont déposées, avec des vitesses de dépôt respectives de 0,1 nm·s -1 et 0,2 nm·s -1 . La résine est ensuite retirée en plongeant chaque substrat dans de l’acétone à 40°C pendant au moins 2 heures. Les portions métalliques qui ont été formées ainsi sur chaque substrat sont les électrodes 3 1 et 3 2 mentionnées en liaison avec , et . Les substrats sont ensuite observés au microscope électronique à balayage, avec les paramètres 8 mm et 5 kV, puis les électrodes sont contrôlées électriquement.
Étape 5 : dépôt des nanocristaux Une quantité de 1 mL de la solution de nanocristaux de HgTe dont la bande interdite est 6000 cm -1 , soit 720 meV (milliélectron-volt), dans le toluène et avec une densité optique 0,9 à 400 nm, est mélangée à 1 mL d'une solution d'échange de ligands, cette dernière étant constituée selon les proportions suivantes : 9 mL de diméthylformamide, 1 mL de mercapthoéthanol et 15 mg de HgCl 2 . Trois étapes successives de nettoyage sont réalisées avec de l'hexane. Les nanocristaux sont ensuite précipités à l'aide de toluène. Après centrifugation, le surnageant est éliminé et le culot est séché sous vide pendant 15 minutes. Le culot est redispersé dans 170 µL (microlitre) de diméthylformamide pur. Cette encre est alors déposée par spin-coating sur chaque substrat à 2000 rpm (accélération 200 rpm/s, durée de rotation 120 s ). Préalablement, le substrat a été exposé à un plasma d'oxygène pendant 4 minutes.
Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, toutes les valeurs numériques qui ont été fournies ne l’ont été qu’à titre d’illustration, et peuvent être changées en fonction de l’application considérée.
Dispositif de mesure de gaz de type électrochimique à calibration autonome et son procédé d’utilisation La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure de gaz de type électrochimiques à calibration autonome.
De manière connue, la concentration d’un gaz électroactif dans un milieu fluidique extérieur, à savoir pouvant s’oxyder ou se réduire par voie électrochimique, peut être déterminée de manière précise par un capteur électrochimique, sous réserve d’une calibration adéquate du capteur électrochimique. Le capteur électrochimique est configuré, lorsqu’il est alimenté électriquement, pour générer un courant électrique ayant une intensité électrique qui est fonction de la quantité de gaz électroactif qu’il consomme (concentration du gaz électroactif dans le milieu fluidique extérieur). La concentration du gaz électroactif est ensuite déterminée à partir de l’intensité électrique fournie et de deux constantes de calibration : la ligne de base et le coefficient de sensibilité.
En pratique, pour une même quantité de gaz électroactif, une variation de la température et/ou du niveau d’humidité du milieu fluidique extérieur modifie l’intensité électrique. Pour compenser une telle variation, il est nécessaire de recalibrer le capteur électrochimique, i.e. modifier la valeur de la ligne de base et la valeur du coefficient de sensibilité. Le vieillissement du capteur électrochimique tend également à réduire sa sensibilité et à modifier l’intensité électrique fournie, ce qui nécessite sa recalibration.
Pour recalibrer le capteur électrochimique, il est connu de le placer dans plusieurs milieux fluidiques étalons correspondant à des mélanges gazeux connus dont les concentrations sont connues. Ceci nécessite de désinstaller puis de réinstaller le capteur électrochimique, ce qui est coûteux en temps et en ressources. En outre, en cas d’oubli ou de retard ou encore de dérèglement imprévu du capteur électrochimique, une concentration faussée peut être mesurée.
Il est connu par la demande de brevet FR3112206A1 de calibrer un capteur électrochimique grâce à un capteur à photoionisation. Le capteur à photoionisation est configuré pour consommer un mélange gazeux dans une chambre fermée et pour générer de l’ozone en quantité connue par photoionisation du dioxygène présent dans la chambre fermée. La mesure du capteur électrochimique de la quantité connue d’ozone dans la chambre fermée permet de calibrer le capteur électrochimique. L’utilisation d’un capteur à photoionisation rend toutefois le procédé coûteux et complexe.
Il est également connu par la demande de brevet US4384925A (dans la forme de réalisation de la ) un dispositif de détection de polluants dans l’air comprenant un capteur électrochimique configuré pour mesurer une concentration de polluants dans le volume ouvert d’une chambre par potentiométrie. Lors d’une phase d’étalonnage, la chambre est fermée pour emprisonner un échantillon d’air. Un microprocesseur calcule une quantité de charge électrique (exprimée en coulombs) générée par les polluants dans l’échantillon avant et après passage au travers d’un filtre retenant les polluants. La différence entre ces deux mesures permet d’étalonner le capteur électrochimique, connaissant le volume de la chambre, la pression et la température de l’air. Un tel procédé est toutefois long et coûteux car il nécessite de prévoir un circuit de filtrage d’air et de réaliser plusieurs mesures.
La illustre le déplacement du robot 10 de la aux trois chaînes 2 suivantes du module 1 adjacent pour provoquer la mise en dérivation au travers des diodes 4 du module 1 adjacent, dédiées à ces trois chaînes 2, afin de vérifier leur état.
Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 23, 24 et 25, le robot 10 ne s’étend pas sur la totalité de la largeur, transversale à la direction d’avancement A, des modules 1 de l’installation 100. Par ailleurs, l’installation 100 comporte, comme dans celle des figures 17 à 22, un seul module 1 dans cette largeur. De plus, le système ombrageant 5 comporte deux volets 9 comportant chacun uniquement une partie opaque 12 qui se déploie à l’arrière du robot 10 pour ombrager une partie des cellules 3.
Dans le mode de réalisation de la , une partie, notamment la moitié, des cellules 3 d’une chaîne 2 est ombragée de manière à provoquer la mise en dérivation et donc l’activation de la diode 4 dédiée à cette chaîne 2.
Dans le mode de réalisation de la , une partie, notamment la moitié, des cellules 3 de deux chaînes 2 adjacentes est ombragée de manière à provoquer la mise en dérivation et donc l’activation des deux diodes 4 associées à ces chaînes 2.
Enfin, dans le mode de réalisation de la , une partie, notamment la moitié, des cellules 3 des trois chaînes 2, c’est-à-dire de toutes les chaînes 2 du module 1 dans cet exemple, est ombragée de manière à provoquer la mise en dérivation et donc l’activation des trois diodes 4 du module 1.
L’activation de la ou des diodes 4 constitue la première étape avant de mesurer la température de la diode 4 ou des diodes 4 pour pouvoir la ou les comparer à un seuil et en déduire si la ou les diodes 4 sont dans un état fonctionnel ou non.
L’étape de la mesure de température(s) est avantageusement effectuée par le robot 10, lequel est équipé d’au moins un capteur thermique, notamment d’une caméra thermique 11. Une telle caméra thermique 11 est apte à mesurer la température de la diode 4 ou de plusieurs diodes 4, par exemple avant mise en dérivation et après mise en dérivation, et/ou de la surface du module, d’une température ambiante, etc.
L’étape de comparaison de la température mesurée à un seuil et de déduction de l’état de la diode 4 peut être effectuée par le robot 10 lui-même s’il est équipé d’un circuit de traitement ou par un circuit de traitement extérieur avec lequel le robot 10 peut communiquer pour échanger des informations.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 26 et 27, le robot 10 nettoyeur comporte un système ombrageant 5 constitué par un volet 9 mobile en rotation relativement au corps 18 du robot 10 afin de passer d’une position repliée illustrée sur la à une position déployée illustrée sur la . Dans la position repliée, le système ombrageant 5 n’est pas apte à ombrager une partie des cellules 3, tandis que la position déployée permet de couvrir une partie des cellules 3 lorsque le robot 10 est fixé à une installation photovoltaïque 100 et/ou à au moins un module 1 photovoltaïque.
Le robot peut être autonome ou télécommandé à distance.
Lorsqu’il y a plusieurs modules 1 photovoltaïques, la gestion de ceux-ci peut être effectuée par un onduleur à la place d’un micro-onduleur. Une pluralité de modules est alors branchée à l’onduleur. L’onduleur peut optimiser l’ensemble de ces modules. Dans ce cas, même avec un ombrage faible, la condition de la puissance maximale générée par la chaîne avec ombrage qui est inférieure à la puissance maximale générée par une chaîne adjacente du même module ou d’un module adjacent relié en série est généralement vérifiée puisque l’ensemble des modules adjacents fonctionnent correctement.
Tout autre robot ou équipement, du type organe autonome ou télécommandé, que le robot 10 nettoyeur, dédié ou non à la mise en œuvre du procédé, peut être utilisé dans l’invention.
Le procédé peut comporter une étape préalable à l’étape d’ombrage consistant à effectuer une mesure de la température de la surface 6 du module 1 photovoltaïque où se situe la ou les diodes 4 qui seront testées afin de déterminer la température initiale, cette mesure pouvant être effectuée à l’aide d’un capteur thermique, notamment d’une caméra thermique 11. Cette température peut constituer ledit seuil.
Le procédé peut comporter, avant ombrage, une étape de calibration de l’ombrage. Une telle étape peut consister à adapter l’ombrage de telle sorte que la puissance maximale du module 1 ombragé coïncide avec l’activation de la ou des diodes 4. Une telle étape peut être réalisée avec un système ombrageant 5 adapté au module 1 et un relevé des courbes I/V.
Au cours du procédé, une température dans au moins une zone connexe à la diode 4 du module 1 photovoltaïque peut être mesurée, par exemple en tant que seuil, afin d’avoir une référence de température avant et/ou pendant la mesure de la température de la diode 4, après activation de celle-ci, pour surveiller si le module 1 photovoltaïque lui-même ne change pas de température en raison d’une modification de l’irradiation reçue pendant la mesure.
Généralement, une cellule photovoltaïque organique utilise deux électrodes, une électrode supérieure et une électrode inférieure, dont l’une au moins des deux est semi-transparente à la lumière et l’autre est métallique et réfléchissante. Ces électrodes sont adaptées pour récolter les charges photo générées par la couche active. Afin de bloquer le courant de fuite et d'améliorer l’extraction de ces charges photo générées, l'approche fréquemment utilisée consiste à insérer des couches interfaciales entre la couche active et chacune des électrodes de sorte, entre autres, à faciliter le déplacement des charges dans la cellule photovoltaïque, les charges photo générées étant soit des électrons, soit des trous.
Par exemple, la couche active photovoltaïque peut être composée de deux matériaux organiques, l’un donneur d’électrons et l’autre accepteur d’électrons. Pour une couche active de nature organique, on utilise classiquement le P 3 HT:PCBM (P 3 HT étant l’acronyme désignant le poly(3-hexylthiophène) et le PCBM étant l’acronyme désignant [6,6]-phényl-C 71 -butanoate de méthyle).
Comme illustré par la , dans une cellule photovoltaïque à structure normale ou classique actuellement utilisée 1, une première couche interfaciale 9, comprenant par exemple un mélange polymère de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) et de poly(styrène-sulfonate) de sodium (usuellement désigné par l’acronyme PEDOT:PSS), est disposée sur une couche d’oxyde d’indium-étain 3 (généralement désigné par l’acronyme anglais ITO pour « Indium Tin Oxide ») utilisée comme électrode inférieure, sert ici d’anode et est elle-même appliquée sur un support. Cette couche d’oxyde d’indium-étain est constituée d’un oxyde métallique qui, en plus de conduire le courant, offre la propriété d’être relativement transparent à partir de 350 nm. C’est le matériau le plus couramment utilisé pour collecter des trous dans le cas des cellules photovoltaïques organiques. Au-dessus de la première couche interfaciale 9 est appliquée une couche active photovoltaïque 5 qui peut par exemple être à base de P 3 HT:PCBM, et au-dessus de cette couche active photovoltaïque 5 est appliquée une deuxième couche interfaciale 6 au-dessus de laquelle est appliquée une électrode supérieure 7 opaque habituellement en aluminium, ou en argent lorsque cette couche est appliquée par impression à jet d’encre, et qui sert ici de cathode. Les deux électrodes, c’est-à-dire l’électrode inférieure et l’électrode supérieure, utilisées dans la cellule photovoltaïque doivent avoir des propriétés spécifiques pour permettre leur intégration dans les cellules photovoltaïques organiques. D’une part, les deux électrodes doivent avoir des conductivités assez élevées pour permettre la collecte d’un maximum de charges. D’autre part, la transparence de l’électrode inférieure, c’est-à-dire généralement la couche d’oxyde d’indium-étain, est aussi une caractéristique fondamentale pour augmenter le nombre de charges photo-générées.
Il existe également actuellement des cellules photovoltaïques à structure inverse. La différence majeure par rapport à la structure classique est relative au fait que la couche interfaciale en PEDOTT:PSS est située entre la couche active et l’électrode supérieure qui est ici l’anode. Dans cette configuration, la couche d’oxyde d’indium, qui est alors l’électrode inférieure, sert de cathode. Il est à noter que les cellules photovoltaïques à structure inverse présentent l’avantage d’avoir une meilleure stabilité à l’air que les cellules photovoltaïques à structure classique, et en outre de présenter généralement des rendements de conversion plus élevés.
Il est à noter, par ailleurs, que les rendements de conversion élevés ci-avant mentionnés sont assurés lorsque les modules photovoltaïques de l’état actuel de la technique sont exposés à un rayonnement extérieur, c’est-à-dire exposés à une intensité lumineuse supérieure à 2000 lux et en particulier à un rayonnement dans des conditions standards AM1.5 qui correspond à une intensité lumineuse d’exposition ayant une puissance de 100 mW/cm2 qui équivaut à une intensité lumineuse environ égale à 100000 Lux.. En particulier, le nombre élevé de charges photo-générées nécessite l’utilisation d’une anode à très haute conductivité électrique pour garantir une bonne collecte, dans la couche active, de charges photo-générées de manière, entre autres, à minimiser le phénomène d’accumulation au niveau des couches interfaciales. C’est pourquoi généralement, dans le cas d’une structure inverse, l’électrode supérieure (ou anode) est opaque et en argent. Dans ce cas, le rendement de conversion peut atteindre, à l’échelle du laboratoire, des valeurs comprises entre 15 et 17 % pour les cellules photovoltaïques organiques.
Dans les cellules photovoltaïques à structure inverse actuellement utilisées, la première couche interfaciale qui se situe entre l’électrode inférieure et la couche active est une couche comprenant des nanoparticules à base d’oxides métalliques comme l’oxyde de zinc (ZnO), les oxydes de titane (TiO x ), les oxydes de zinc (AZO) ou encore le dioxyde d’étain (SnO 2 ).
Cependant, bien que cette couche première interfaciale présente de nombreux avantages et des propriétés électroniques intéressantes, celle-ci présente également certains inconvénients. En effet, la disponibilité des oxydes constituant cette couche, le coût des matières premières, le procédé associé à sa mise en œuvre et à son application pour crée la couche, les quantités de déchets, en particulier toxiques, générées lors de sa mise en œuvre, et les moyens couteux de recyclage à employer pour traiter ces déchets sont autant d’inconvénients à noter.
C’est pourquoi, des industriels cherchent notamment à remplacer la première couche interfaciale inorganique par une couche interfaciale organique.
Il est cependant à noter que la mobilité des charges photo générées dans des couches organiques est généralement très faible, ce qui pour effet de limiter l’épaisseur de celles-ci à une dizaine de nanomètres seulement, sans quoi le transfert des charges photo-générées ne serait pas possible. Toutefois, les techniques de dépôt utilisées ne permettent pas de déposer de manière contrôlée des couches interfaciales organiques présentant de telles épaisseurs et qui soient continues et uniformes.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. Plus précisément, la présente invention a pour but de proposer une solution qui permet d’utilisation pérenne d’une cellule photovoltaïque dont son procédé de fabrication est moins couteux que ceux de l’art antérieur et comprenant une première couche interfaciale organique.
À cet effet, l’invention propose une cellule photovoltaïque, comprenant au moins un support transparent, une électrode inférieure recouvrant ledit support, ladite électrode inférieure comprenant une surface supérieure et une surface inférieure, une première couche interfaciale, ladite première couche interfaciale comprenant une surface supérieure et une surface inférieure, une couche active photovoltaïque ; une deuxième couche interfaciale recouvrant ladite couche active photovoltaïque,
la cellule photovoltaïque étant caractérisée en ce que la première couche interfaciale est une couche organique ayant une épaisseur comprise entre 2 et 5 nm et comprenant des groupements amines à sa surface inférieure en contact avec la surface supérieure de l’électrode inférieure, et
en ce que la première couche interfaciale est continue, transparente, et exempte d’oxyde métallique.
Le groupement amine peut contenir une amine primaire, secondaire, tertiaire ou un composé d’ammonium quaternaire.
La fournit une illustration d’un aspect possible de la chaudière lorsqu’elle est carénée. Une enveloppe externe 5 est alors visible et forme une jaquette entourant les composants internes de la chaudière sur au moins une portion de celle-ci. Dans l’illustration, l’enveloppe 5 dispose d’une base 51 au niveau de laquelle une trappe 52 est disposée pour avoir accès au brûleur décrit ultérieurement.
Une colonne 53 surmonte la base 51 et s’étend suivant une direction correspondant à la direction longitudinale d du tube 2 décrit plus loin. La colonne est de manière avantageuse orientée verticalement, ce qui correspond à la disposition la plus favorable à la circulation d’air par convection.
Toujours selon l’illustration de la , l’extrémité supérieure 22 du tube 2 dépasse légèrement de la colonne 53. Enfin, une cheminée 54 chapeaute, de préférence, l’embouchure supérieure du tube 2.
La présente les composants internes de la chaudière. À l’intérieur de la base 51 de l’enveloppe externe 5, un socle 1 forme l’assise de la chaudière ; il peut s’agir d’une pluralité de pieds 11 servant de support sur une surface d’appui de la chaudière, comme le sol. Il n’est cependant pas exclu que la chaudière soit fixée sur une paroi murale.
Une base 12 est présente au-dessus des pieds 11 pour recevoir un tube creux 2. Par exemple, la base 12 peut avoir une forme femelle complémentaire à la forme extérieure du tube 2 de sorte à produire un emmanchement. Tout moyen de fixation peut en outre être utilisé.
Un brûleur 13 est disposé de sorte à chauffer le tube creux 2 et il se trouve dans l’exemple illustré dans le volume intérieur de la base. Plus précisément, le brûleur est ici une veilleuse (mais il peut y en avoir plusieurs pour accroitre la puissance de chauffe) dans le circuit d’alimentation en gaz n’est pas représenté et est configuré pour chauffer le volume intérieur du tube 2 depuis son extrémité inférieure 21. Selon un exemple, le débit de la veilleuse peut être inférieur à 0.03m 3 /h.
On notera que l’emploi d’une veilleuse assure une très faible consommation en gaz, bien en-deçà des consommations des chaudières à gaz de chauffage central habituel. On peut ainsi former une chaudière simple et légère applicable dans des situations ne nécessitant pas un grand volume de liquide chauffé.
De préférence, la flamme du brûleur 13 s’inscrit sur la direction longitudinale d du tube creux 2.
De préférence, la base 12 est en communication fluidique avec l’air ambiant. Une solution à cette fin est de disposer un fond 14 sous le brûleur 13 avec des éléments d’aération et en particulier au moins un trou 15 au travers du fond 14. De cette façon, l’air est admis dans la base 12 pour servir de comburant à la combustion du brûleur 13.
Suivant l’option représentée à la , le brûleur 13 est disposé de sorte que sa flamme soit dirigée vers le haut à la base du tube creux 2. Typiquement, le tube 2 peut être réalisé en acier ou en aluminium. De préférence, il présente une section circulaire. Son diamètre interne est par exemple compris entre 100 et 120 millimètres. Toujours à titre d’exemple, sa dimension en longueur peut être comprise entre 1 et 1.5 mètres.