Des cellules solaires pliables aux meilleures batteries
les technologies propres ont un allié dans les couches minces
Les couches minces rendent possible la transition énergétique. Plusieurs exemples ont été présentés lors d'un séminaire organisé par le High Tech Campus Eindhoven.
Lorsque vous pensez à la technologie des couches minces, il y a de fortes chances que vous pensiez d'abord à la protection de l'écran de votre smartphone, au plastique des emballages alimentaires ou à la pellicule des appareils photo analogiques. Ce n'est que la partie émergée de l'iceberg: les couches minces permettent bien d'autres choses, comme la production d'énergie verte, la capture du CO₂ ou le stockage de l'énergie.
En parlant de matériaux et de technologie, une couche mince est un matériau dont l'épaisseur est de l'ordre du nanomètre (nm) au micromètre (μm). Ces films sont déposés sur un substrat ou une surface. Les propriétés de ce matériau conviennent à différentes applications. En électronique, par exemple, les couches minces sont utilisées pour fabriquer des éléments de semi-conducteurs, des circuits et des transistors fins.
Pourquoi vous devez le savoir
Les couches minces sont au cœur de plusieurs technologies: les panneaux solaires, les batteries et la capture du carbone. Leur développement est essentiel pour fabriquer de meilleurs appareils dans les technologies propres et les technologies de la santé.
La région de Brainport est un point névralgique pour la recherche et le développement des technologies des couches minces. Le Holst Centre - un laboratoire de recherche des instituts de recherche néerlandais et belge TNO et imec - est le lieu où bon nombre de ces innovations se concrétisent.
Pour mettre en lumière la technologie des couches minces, le HTCE a organisé un séminaire sur le sujet, donnant un aperçu de l'état actuel de la technologie à l'aide de présentations et de démonstrations.
Nouvelles solutions pour l'énergie solaire
La technologie solaire est l'un des domaines qui bénéficient le plus des développements en matière de couches minces. HyET Solar, par exemple, a mis au point Powerfoil, un module photovoltaïque flexible et peu coûteux. Cela signifie qu'il peut convertir efficacement la lumière du soleil en électricité. La flexibilité de cette technologie permet de l'appliquer à différentes surfaces, ce qui autorise une approche plus polyvalente et adaptable de l'exploitation de l'énergie solaire.
Pour produire les modules, l'entreprise d'Arnhem a mis au point sa propre technologie en utilisant une méthode de rouleau à rouleau, avec des rouleaux de films solaires minces en silicium fixés à d'autres substrats de films. HyET Solar était l'une des entreprises à présenter sa technologie sur un stand de démonstration lors de l'événement. Powerfoil est une solution légère composée de cellules solaires en silicium, ce qui en fait une solution peu coûteuse. L'entreprise poursuit le développement de son concept et collabore avec TNO, qui a utilisé la technologie des couches minces pour une autre application innovante des cellules solaires.
Lors de l'événement, Sjoerd Veenstra, responsable du programme des cellules et modules solaires en pérovskite chez TNO, a présenté un système d'énergie solaire à couches minces en pose grimpante. L'un des bâtiments HTCE est le terrain d'essai de cette technologie et sert d'exemple pour l'application de l'énergie solaire sur les façades. Pour accélérer l'application de l'énergie solaire, l'institut de recherche souhaite optimiser la production de cellules solaires à couche mince, éventuellement en automatisant les processus à l'aide de robots.
Capter le carbone
D'une part, le problème des émissions de carbone peut être résolu en réduisant les émissions; d'autre part, il est également possible de capturer le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Le captage du dioxyde de carbone dans l'air (DaC ou Direct AIr Capture) est l'une des principales technologies de captage du carbone. Elle consiste à éliminer directement le CO₂ de l'air en utilisant des procédés chimiques ou des matériaux spécifiques pour stocker le carbone et le réutiliser à d'autres fins. La technologie des couches minces peut également jouer un rôle dans ce secteur.
Carbyon est une entreprise de capture du carbone basée à Eindhoven qui utilise une solution à couches minces pour capturer le CO₂ de l'air. Marco Arts, directeur des opérations, explique pourquoi cette solution facilite l'absorption du dioxyde de carbone. L'entreprise est née d'une idée au sein de l'initiative Solliance de TNO, qui envisageait l'utilisation d'une fine pellicule de fibre de carbone pour capturer le carbone.
La technologie DAC conventionnelle utilise des matériaux poreux qui fixent le carbone lorsque de l'air est soufflé dessus. Les pores sont remplis de solvants qui facilitent la capture mais la rendent inefficace. En revanche, l'utilisation d'un matériau en couche mince offre une plus grande surface dans laquelle l'air peut être soufflé, ce qui rend le processus plus efficace et le dispositif DAC plus petit. C'est ce que Carbyon est actuellement en train de tester alors qu'elle se prépare à développer sa technologie.
Des batteries plus performantes
Les batteries sont un facteur important dans l'électrification de la société. Elles sont indispensables pour alimenter les voitures ou stocker l'énergie renouvelable. Bien que beaucoup pensent que leurs performances sont uniquement influencées par leurs matériaux de base - le lithium, le cobalt ou le sodium plus durable -, de nombreuses surfaces au sein de la structure influencent leur comportement. En particulier, l'interface de l'électrode détermine en grande partie les performances de la batterie.
Il a été constaté que le revêtement des électrodes par des couches minces stabilisait l'interface de l'électrode et améliorait ainsi les performances de la batterie. Diederick Spee, PDG de Kalpana Systems, a expliqué comment son entreprise y parvenait grâce au dépôt par couche atomique spatiale (Spatial Atomic Layer Deposition, sALD). Cette technique consiste à déposer des couches minces avec un contrôle précis au niveau atomique. La sALD étant une technologie bien établie, l'entreprise de Delft s'est concentrée sur le développement d'un système garantissant des normes de précision plus élevées.
Au fur et à mesure que la recherche sur les couches minces progresse, la technologie s'améliore. Outre les technologies propres, des applications peuvent être trouvées dans d'autres domaines importants, tels que les soins de santé. Pensez à la technologie portable, avec des appareils capables de suivre les fluides corporels. Les couches minces ont un impact considérable.
Permettre les transitions
Au fur et à mesure que la recherche sur les couches minces se poursuit dans le Holst Center et chez TNO, les couches minces s'amélioreront et resteront de puissants catalyseurs. Outre les technologies propres, des applications peuvent être trouvées dans d'autres domaines critiques, tels que les soins de santé. Pensez à la technologie portable, avec des dispositifs capables de suivre les fluides corporels. Les couches minces ont un impact considérable.
Source: Innovation Origins