ELectrodES transparentes MEtalliques à base de NanofIls d’Ag protégés par des nitrures ou oxyNitrurES par des procédés de dépôt chimique ALD – LESMENINES

Les électrodes transparentes sont des composants essentiels pour de nombreux dispositifs photovoltaïques, d'éclairage, de détection et de films chauffants transparents. L'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est le matériau conducteur transparent (TCM) le plus efficace et le plus utilisé, mais il souffre de graves limitations liées à la rareté de l’indium, au coût de fabrication des films minces et à leur fragilité. Parmi les TCM émergents, les réseaux de nanofils d'argent (AgNW) semblent être l'une des alternatives les plus prometteuses à l'ITO, car ils : i/ présentent d'excellentes propriétés optiques et électriques, ii/ sont très flexibles, et iii/ peuvent être fabriqués par des techniques peu coûteuses et adaptées à une production industrielle. Ceci étant, des défis majeurs restent à relever. La stabilité (tant électrique, thermique, mécanique que chimique) constitue l’un de ces défis. Une stratégie prometteuse est la protection des réseaux AgNW par des TCM déposés par des techniques de dépôt chimique (ALD, CVD), plus pertinentes que les techniques physiques (PVD). Jusqu'à présent, la recherche se concentre sur les revêtements d'oxyde métallique, de graphène ou de polymère.
Une autre alternative intéressante est l'utilisation de revêtements de nitrure et d'oxynitrure en raison de leur large éventail de propriétés. L'objectif du projet LES MENINES est de démontrer que par ALD (Atomic Layer Deposition) et ses variantes PEALD et SALD, il est possible de déposer à basse température (adaptée à la stabilité des AgNW) des films très minces de nitrure ou d'oxynitrure d'Al, Ti qui protègent efficacement les AgNW. Ces films seront utilisés comme revêtements protecteurs AgNW afin de fabriquer des réseaux efficaces présentant des hautes performances (haute transparence, faible résistance électrique, excellente flexibilité, meilleure adhérence) ainsi qu'une grande stabilité (lorsqu'ils sont soumis à des contraintes thermiques/électriques ou à un vieillissement). Dans le cas du TiN, qui est opaque contrairement à l'AlN, un procédé de dépôt sélectif par ALD (ASD) sera développé, adapté et optimisé pour le revêtement sélectif des AgNWs. Les revêtements d'oxynitrure seront également étudiés car ils permettent un réglage fin des propriétés ciblées (fonction de travail et émissivité dans le proche infrarouge). Les procédés de dépôt ALD et en particulier SALD permettront de moduler le rapport relatif azote/oxygène dans la profondeur du revêtement comme un gradient de stœchiométrie et ouvriront une gamme plus large d'applications potentielles.
L'objectif du LES MENINES est de concevoir l'interface entre l'AgNW et le nitrure ou l'oxynitrure, d'optimiser les propriétés du nanocomposite fabriqué en jouant sur la nature/l'épaisseur du revêtement, les dimensions et la densité de l'AgNW, en utilisant des techniques de dépôt chimique transférables à plus grande échelle.
Dans ce projet, les aspects d'innovation reposent à la fois sur le développement de procédés originaux (SALD et ASD), éventuellement évolutifs vers de grandes dimensions, et de conception de matériaux adaptés nitrure (jamais rapportés à ce jour) et oxynitrure sur l'AgNW.
En outre, d'autres nanofils métalliques que l'AgNW, tels que le CuNW, seront également explorés en tant que perspectives au projet Les Ménines. Les deux principales applications du projet concerneront les chauffages transparents et les revêtements à faible émissivité. Les premiers peuvent être intégrés pour le désembuage/dégivrage dans les transports, tandis que les seconds peuvent être utilisés pour des applications d'économie d'énergie. Le projet Les Ménines est basé sur une très bonne complémentarité entre trois laboratoires qui rassemblent des compétences riches et complémentaires en termes d'ingénierie des matériaux et des procédés, en particulier le dépôt ALD et la caractérisation des couches minces, ainsi que les matériaux conducteurs transparents.