Laser à fonctionnement continu à température ambiante 1966pautrat charles
Commentaire sur l'article I.3 –
I.3 O. DEUTSCHBEIN, G. GRIMOUILLE, C. PAUTRAT et G PETIT-LE DU
Laser à fonctionnement continu à température ambiante.
"Revue de Physique Appliquée", tome 1, juin 1966
Dans cet article, on décrit d'abord, la synthèse de monocristaux de tungstate de calcium dopé au néodyme, puis ensuite la mise en forme des barreaux cylindriques qui y sont découpés. L'installation laser proprement dite avec sa cavité en forme de cylindre elliptique est présentée telle qu'elle a permit d'obtenir un faisceau laser à 1,02 micron en régime permanent.
Travaux de recherche de l'Instititut des Matériaux Jean Rouxel / CNRS à Nantes. Etat de la recherche sur les différentes formes de stockage couvrant les photobatteries, supercondensateurs, électrolyseurs, piles à combustibles et les projets du territoire (ValorPAC / Intégration d’une pile à combustible dans une chaîne de valorisation de déchets avec gazéification).
Laser à fonctionnement continu à température ambiante 1966pautrat charles
Commentaire sur l'article I.3 –
I.3 O. DEUTSCHBEIN, G. GRIMOUILLE, C. PAUTRAT et G PETIT-LE DU
Laser à fonctionnement continu à température ambiante.
"Revue de Physique Appliquée", tome 1, juin 1966
Dans cet article, on décrit d'abord, la synthèse de monocristaux de tungstate de calcium dopé au néodyme, puis ensuite la mise en forme des barreaux cylindriques qui y sont découpés. L'installation laser proprement dite avec sa cavité en forme de cylindre elliptique est présentée telle qu'elle a permit d'obtenir un faisceau laser à 1,02 micron en régime permanent.
Travaux de recherche de l'Instititut des Matériaux Jean Rouxel / CNRS à Nantes. Etat de la recherche sur les différentes formes de stockage couvrant les photobatteries, supercondensateurs, électrolyseurs, piles à combustibles et les projets du territoire (ValorPAC / Intégration d’une pile à combustible dans une chaîne de valorisation de déchets avec gazéification).
Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017Cluster TWEED
Workshop de clôture du projet SOTHERCO : développement d'un stockage compact de la chaleur sous forme thermochimique, avec de nombreux partenaires nationaux (Besol, UMons, ULB, ULg) et internationaux (UVSQ, INES et Clipso pour la France et AIT pour l'Autriche).
Les panneaux photovoltaïques : vers de nouvelles filières de valorisation | L...Nancy BOVY
Dans un contexte de transition énergétique, la gestion des équipements arrivés en fin de vie est devenue une vraie question. Ainsi, dans la foulée du projet Solarcycle, Comet Traitements et Recma ont décidé de s’associer afin de proposer une solution de recyclage au gisement croissant de panneaux photovoltaïques.
Grégory Lewis, Ingénieur R&D chez Comet Traitements, nous partagera la vision industrielle de la problématique liée à la filière et au recyclage du photovoltaïque.
Frédéric Boschini présentera, quant à lui, les principaux résultats de recherche du laboratoire GREEnMat (ULiège) relatifs à la désencapsulation et à l’extraction des différentes fractions. Cette rencontre sera également l’occasion de mieux cerner les possibilités de valorisation du silicium issu du recyclage comme matériau d’anode pour la conception de batteries Li-ion.
Ensemble, nos deux intervenants identifieront les défis liés à l’extraction et à la purification des différents matériaux contenus dans un panneau photovoltaïque et évoqueront dans quelle mesure les efforts R&D en cours ouvrent la voie vers de nouvelles filières de valorisation dès l’horizon 2024.
Le point sur les traitements d’eau adaptés aux micropolluants organiques et i...LIEGE CREATIVE
Les sources à l’origine d’une pollution diffuse dans les eaux de surface sont nombreuses (industrie lourde, résidus pharma ou cosmétiques, pesticides… ), avec des conséquences néfastes en matière d’environnement et de santé.
Malgré les efforts, seul un certain pourcentage de micropolluants est aujourd’hui dégradé dans les stations d’épuration. Il est donc important de développer des technologies innovantes pour améliorer la qualité des eaux de surface et souterraines.
Afin d’accentuer les efforts et parce que le défi est urgent, une Directive européenne « Epuration » (91/271) est en cours de révision, à un stade avancé depuis l’adoption de la proposition par la Commission et son examen approfondi par le Parlement Européen.
Comme attendu, la proposition renforce les normes de qualité pour les eaux usées traitées, ce qui contribuera directement à l’amélioration de la qualité des masses d’eau et à la préservation des écosystèmes aquatiques. Plus restrictive sur les rejets en azote et phosphore (traitement tertiaire), la révision impose un traitement supplémentaire afin d’éliminer le spectre le plus large possible de micropolluants (traitement quaternaire).
Après un rappel du contexte règlementaire actuel, cette rencontre-conférence permettra d’en savoir davantage sur les développements en cours à l’Université de Liège, ainsi que sur des procédés industriels innovants, d’ores et déjà d’application pour améliorer la qualité des eaux.
Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017Cluster TWEED
Workshop de clôture du projet SOTHERCO : développement d'un stockage compact de la chaleur sous forme thermochimique, avec de nombreux partenaires nationaux (Besol, UMons, ULB, ULg) et internationaux (UVSQ, INES et Clipso pour la France et AIT pour l'Autriche).
Les panneaux photovoltaïques : vers de nouvelles filières de valorisation | L...Nancy BOVY
Dans un contexte de transition énergétique, la gestion des équipements arrivés en fin de vie est devenue une vraie question. Ainsi, dans la foulée du projet Solarcycle, Comet Traitements et Recma ont décidé de s’associer afin de proposer une solution de recyclage au gisement croissant de panneaux photovoltaïques.
Grégory Lewis, Ingénieur R&D chez Comet Traitements, nous partagera la vision industrielle de la problématique liée à la filière et au recyclage du photovoltaïque.
Frédéric Boschini présentera, quant à lui, les principaux résultats de recherche du laboratoire GREEnMat (ULiège) relatifs à la désencapsulation et à l’extraction des différentes fractions. Cette rencontre sera également l’occasion de mieux cerner les possibilités de valorisation du silicium issu du recyclage comme matériau d’anode pour la conception de batteries Li-ion.
Ensemble, nos deux intervenants identifieront les défis liés à l’extraction et à la purification des différents matériaux contenus dans un panneau photovoltaïque et évoqueront dans quelle mesure les efforts R&D en cours ouvrent la voie vers de nouvelles filières de valorisation dès l’horizon 2024.
Le point sur les traitements d’eau adaptés aux micropolluants organiques et i...LIEGE CREATIVE
Les sources à l’origine d’une pollution diffuse dans les eaux de surface sont nombreuses (industrie lourde, résidus pharma ou cosmétiques, pesticides… ), avec des conséquences néfastes en matière d’environnement et de santé.
Malgré les efforts, seul un certain pourcentage de micropolluants est aujourd’hui dégradé dans les stations d’épuration. Il est donc important de développer des technologies innovantes pour améliorer la qualité des eaux de surface et souterraines.
Afin d’accentuer les efforts et parce que le défi est urgent, une Directive européenne « Epuration » (91/271) est en cours de révision, à un stade avancé depuis l’adoption de la proposition par la Commission et son examen approfondi par le Parlement Européen.
Comme attendu, la proposition renforce les normes de qualité pour les eaux usées traitées, ce qui contribuera directement à l’amélioration de la qualité des masses d’eau et à la préservation des écosystèmes aquatiques. Plus restrictive sur les rejets en azote et phosphore (traitement tertiaire), la révision impose un traitement supplémentaire afin d’éliminer le spectre le plus large possible de micropolluants (traitement quaternaire).
Après un rappel du contexte règlementaire actuel, cette rencontre-conférence permettra d’en savoir davantage sur les développements en cours à l’Université de Liège, ainsi que sur des procédés industriels innovants, d’ores et déjà d’application pour améliorer la qualité des eaux.
Rénovation bâtiment à Ecublens : Minergie-P Bilan énergétique, confort t...
Anode Silicium por cellules à colorants
1. Projet DSM Energie
Interfaces et Catalyse
SolHySil
Cellules solaires sensibilisées par colorants
avec
anode silicium
IRAMIS/SPCSI : C. Njel (Master II), N. Debou, B. Jousselme, B. Geffroy, S. Palacin
INAC/SPRAM/LEMOH : G. Berthoux (Master II), Y. Kervella, R. Demadrille
INAC/SP2M/SINAPS :P. GentileD. Cammilleri (Post-doc)
2. Réaliser des structures Si à grandesurface
éployée et à faible réflectivité dopées n
(1015÷1019cm-3) (SINAPS)
Développer des colorants stables et
greffables sur Si, avec gap et affinité
électroniqueadaptés à la réalisation d’une
DSSC silicium (LEMOH)
Développer des méthodes degreffagesur
Si et TiO2 (SPCSI)
Valider le concept en fabricant une
cellule
Objectifs : Développer une cellule solaire électrochimique à base de nanostructures Si
contexte
~10µm
Anode transparente
Semiconducteur grand gap
Nanostructuré (TiO2, ZnO)
Colorant adsorbé
Solution électrolytique
Cathode
DSSC : Dye Synthetized Solar Cell
Electrolyte liquide
Anode Silicium
cathode
LUMO
HOMO
BC
BV
SC n Dye
Electrolyte
hν1
hν2
?
4. Nanofils silicium : croissance VLS
Echantillon pour
cellule
Croissance par CVD - Méthode VLS
Gaz : SiH4, H2, HCl ,PH3
Conditions de travail (typiques) :
T : 600÷700°C ; ptot : ~3torr
Règle « condensée » de Gibbs :
Degrés de liberté = 3 – nombre de phases
5. Nanofils silicium : catalyseur Au
Catalyseur obtenu par démouillage d’une
couche métalliquedéposée par évaporation
(effet joule)
Épaisseurs (équivalents) typiques :
Au (2÷4nm)
MerciEric☺
Masque
Evap
Echantillon
(après CVD)
Evap Au (eq 1,5 nm)
Ga Au Cr
6. Nanofils silicium : catalyseur GaAu
Nouveau catalyseur AuGa
évaporation par effet joule
Épaisseurs (équivalents) typiques :
0,5nm Ga + 2nm Au
→ Environ 16% (p.a.) de Ga
tapering des fils par croissancelatérale
→ pointes
Evap Ga 15 nm (eq)
décembre 2011
Test croissance
7. Nanofils silicium : préparation
Eau régale : HCl:HNO3:H2O [3:1:2] dissolution des métaux catalyseurs
Oxydation « Shiraki » : HCl:H2O2:H2O
[3:1:1]
« rinçage» plus oxydation des surfaces
Réalisation contact face arrière
HF:H2O (<1:10) désoxydation
Évaporation : 5nmCr +40nm Au
Oxydation « Shiraki » : HCl:H2O2:H2O
[3:1:1]
(conseillé) Passivationdes surfaces
Pour surfaces terminéesSi-H
HF:H2O (<1:10)
NH4F (40%) Libération de gaz, risque d’endommager les fils
Pour surfaces terminéesSi-OH
CARO : HSO4:H2O2 [3:1] Oxydation chimique rapide
Les bains en NH4F
doivent être rapides
endommagement des fils
…
Masque évap
face arrière
Aprèseaurégale
4minNH4F
9. Sels de diazonium
Fonctions d’ancrage sur TiO2 ou ZnO :
• Acide Carboxylique R- CO2H
• Acide Phosphonique R- PO3H
Fonctions incompatibles avec Si (non oxydé)
Juin 2011
Molécule test pour la
fonctionnalisation du silicium
… Mais faible absorption dans le
visible
Potentiostat
réfWECE
-2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6
-1500
-1000
-500
0
500
1000
E/V vs Ag/Ag +
I/μA
Voltammétrie
cyclique
réf
Potentiostat
WE
CE
E / V vs Ag/Ag+
-2.0 -1.6 -1.2 -0.8-1000
-600
-200
0
200
600
1000
I/μA
Sur Si dopé ou TiO2
Electrogreffage
Etude du dépôt
Premier exemple
d’electro-greffage sur TiO2
à étendre à ZnO !
Sur TiO2
Utilisation des sels de Diazoniums
Réduction des sels en utilisant le
silicium hydrogéné comme cathode
10. Image S. Campidelli
Premiers essais de greffage sur nanofils
dopés n
Electrogreffage des sels de diazonium
Solution abandonnée
Jsc=0.134 mA/cm2
Voc=0.45 V
Pmax=0.102 mW/cm2
Efficacité= 0.1 %
FF=0.59
Greffage électrochimique du Ru(bpy)3
11. Analogue du YPK28 pour greffage sur Si
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
-10.0
-7.5
-5.0
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
Courant(A/cm
2
)
Tension(V)
Jsc=9.1 mA/cm2
Voc=0.65 V
Pmax=3.96 mW/cm2
Efficacité=3.96 %
FF=0.664
Mesures : D.Tondelier et B. Geoffroy (Polytechnique)
Greffage classique d’un colorant
synthétisé au Spram
YKP28 : colorant très bon sensibilisateur
sur TiO2 (5.9%) ou Zn2SnO4 (3.3%) Analogue avec fonction diazonium protégée
(triazène)
Problème de protection de
l’amine, différentes méthodes
testées
…Sans succès pour le moment
12. Synthèse :
Adapté pour Si-H
Adapté pour Si-OH
et les oxydes
S
C8H17
S
C8H17
Br
N
S
N
Br Br
NBS, DMF
0°C-25°C
N
B
O
O
S
C8H17
N
Suzuki :
1.1 éq. Boronate, Pd(Ph3)4,
95°C, DMF, K2CO3
NS
N
S
C8H17
N Br
B
OH
OHO
H
Suzuki :
1.1 éq. Boronate, Pd(Ph3)4,
95°C, THF/Toluène, K2CO3
Suzuki :
Pd(Ph3)4, 95°C,
THF/Toluène, K2CO3
Iodure
TriphenylPhosphoniumTHF
Khnovenagel,
piperidine, ACN
Nouveaux colorants à base de benzothiadiazole
N
S
N
S
C8H17
N
O
H
N
S
N
S
C8H17
N
H
H
H
13. Ancrage carboxylique
Sur Si-OH
Immersion dans une solution (2.10- 5 M) à températureambiante
Rinçage au chloroforme
Niveaux :
LUMO : -3/-3.4 eV
HOMO : -5/-5.4 eV Si SiSiSi
OH OH OH OH
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
(10-5M-1cm-1)
(nm)
max = 466nm, = 25500 M-1 cm-1
Bande à transfert de charge interne
observable dans le visible
Colorant
Breveté et
licencié
Environ 3% sur
TiO2
R C
CN
O
OHC
C
Si SiSiSi
O OH OH OH
H2O
14. Ancrage vynile - en solution
Sur Si-H
Immersion dans une solution (2.10- 5 M) en mésitylène à 185°C
(la réaction démarre à 165°C)
Si SiSiSi
H H H H
RC
CH
H
H
H
RC
CH
H
H
Si SiSiSi
H H H
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
(10-5M-1cm-1)
(nm)
max = 460nm, = 21500 M-1 cm-1
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
(10-5M-1cm-1)
(nm)
max = 460nm, = 21500 M-1 cm-1
Niveaux :
LUMO : -3/-3.4 eV
HOMO : -5/-5.4 eV
15. Ancrage vynile - neat
Sur Si-H
Neat : produit fondu à 135°C pendant 30/45 min sous vide
Petit montage à faire pour « contenir » le colorant
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
(10-5M-1cm-1)
(nm)
max = 460nm, = 21500 M-1 cm-1
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
(10-5M-1cm-1)
(nm)
max = 460nm, = 21500 M-1 cm-1
Analyse XPS en attente
pour confirmer le
greffage
Février 2012
Avant rinçage
17. Kit solaronix : montage de la cellule
Gros problème de
remplissageet
étanchéité de la cellule
pendant les mesures …
Alternative : Silicone..
Thermoplastique
Électrolyte iodé
Verre
Verre foré avec dépôt
de platine
18. Tests préliminaires cellule
Test sur simulateursolaire
Problème : endommagement des
cellules et perte de l’électrolyte à cause
de l’échauffement
Caractéristiquerectifiante
mais
pas de puissanceproduite notable
quelques exceptions, pas clairement
interprétables
Analyse et interprétation en cours en
préparation de nouveaux tests
-0,003
-0,002
-0,001
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
-1 -0,5 0 0,5 1
Courant(A)
Tension (V)
SiP0127_a_d
SiP0127_a_l
SiP0142_b_d
SiP0142_b_l
1er mars 2012
D.Tondelier et B. Geoffroy (Polytechnique)
19. NEXT
• Analyse XPS : On a bien du colorant greffésur les fils ?
• Si NON :
•Revoir les préparation de surface : on a vraiment les terminaisons attendues, même
dans le cas des fils ?
•Revérifier les procédés de greffage
•Problèmes de mouillabilité entre les fils ?
• Si OUI :
•Surface insuffisante(vérifier en changent la longueur des fils)
•Problèmes de mouillage de l’électrolyte
•Vérifier la structure des niveaux de la cellule
•Problèmes d’absorption ?
•Problèmes d’injection ?
Plus de tests sur cellules seraient à prévoir…
21. Conversion de la lumière
Constante solaire (au sol) : Es≈1000W/m2
On recoit du Soleil 3x1024 Joules/an
Photovoltaïque
absorption et séparation des
charges à l’interface
entre deux matériaux différents
Jusqu’à η=25%
pour cellule Si monocristallin
Coûteux
Photosynthèse
Stockage chimique de l’énergie solaire
Relativement peu efficace : 2% en moyenne
Pas coûteux
AM0
22. Cellule photoélectrochimique régénérative: DSSC
DSSC : Dye Synthetized Solar Cell
Petit Historique
1839 – Daguerre : Naissancede la photographie
1839 - Becquerel : découvertedel’effet photoélectriquedans des solutions lorsdeétudes sur la photographie
1883 - Vogel : sensibilitédes émulsionsd’argentutilisées en photographiepouvaitêtreaugmentéen ajoutant un colorant
1976 - Amamiya : description dela premièrecellulephoto-électrochimique, contenant des oxydesmétalliques
1991 - O’Regan and Grätzel : amélioration importantedes performances graceà la nanostructurationdel’oxyde
~10µm
Anode transparente
Semiconducteur grand gap
Nanostructuré (TiO2,ZnO)
Colorant adsorbé
Solution électrolytique
Cathode
Jusqu’à
η=10%
avec
complexes de ruthénium
et
électrolyte liquide
23. DSSC : principe de fonctionnement
Excitation D + hν → D* fs
Injection D* → D+ + e-
cb fs
Régénération de D D+ + M → D +
M+
ns
Relaxation D* → D ps
Recombinaison sur D D+ + e-
cb → D μs/ms
Capture de e- M+ + e-
cb → M μs/ms
Régénération de M M+ + e-
cat → M μs
L’absorption se fait sur le colorant
La séparation des charges se fait à l’interface
colorant semiconducteur par compétition
cinétique comme pour la photosynthèse
Processus de diffusion entre les deux
interfaces de l’électrolyte est à considérer
Dye
anode electrolyte
hν
LUMO
BC
HOMO
24. Premiers test de cellule avec anode silicium
Wafer de silicium
0.001 - 0.005 cm
1 – 2 cm
Thermoplastique
ElectrolyteI3
-/I2
Contreélectrodeen Pt
Wafer desilicium
0.001 - 0.005 cm
1 – 2 cm
Thermoplastique
ElectrolyteI3
-/I2
Contre électrode en Pt
Plus Ru Dye
électrogreffé
Mesures : D.Tondelier et B. Geoffroy Polytechnique
Changement d’électrolyte :
- Br-/Br2 (Nano Lett. 2009, 3704)
- Liquide ionique (ACS Nano 2010, 5869)
Rendement inférieur à 0.001%
Littérature
25. Variantes possibles
DSSC « inversée »
Dye
SC p
électrolyte
hν
Dye
SC n
électrolyte
hν1
hν2
DSSC « double »
Dye 1
hν
Dye 2electrolyte
h
ν
Semiconducteur
n
Semiconducteur
p
DSSC « tandem »