Ce projet européen (NanoWires) a pour but de promouvoir le développement de dispositifs de récupération d’énergie en facilitant le contrôle de leurs performances, avant et après production. Le projet vise à développer des outils et méthodes traçables pour la caractérisation de dispositifs de récupération d'énergie constitués de nanofils.
Objectifs du JRP
Caractérisation nanodimensionnelle à haut débit des capteurs d'énergie à base de nanofils (NW) (> 108 nanofils/cm2) incluant les mesures de formes 3D (cylindrique, prismatique, pyramidale) et de rugosité des parois latérales ;
Caractérisation nanoélectrique à haut débit de cellules solaires à base de nanofils semi-conducteurs (à l’aide d’un AFM à pointe conductrice , d’un SMM et d’une sonde MEMS) ;
Caractérisation nanomécanique à haut débit de dispositifs NW et des récupérateurs d'énergie électromécaniques prenant en compte la flexion et la compression locales des nanofils ;
Caractérisation thermoélectrique, fondée sur l'imagerie thermique rapide, des nanofils (conductivité thermique inférieure à 10 W/(m·K) ;
Faciliter l'adoption de la technologie et de l'infrastructure de mesure développées dans le cadre du projet par la chaîne d'approvisionnement des mesures, les organismes d'élaboration de normes (IEC TC 113 et IEC TC 82) et les utilisateurs finaux (fabricants de cellules solaires et de générateurs d'énergie).
Résumé et résultats
La collecte d'énergie à partir de sources renouvelables (solaire, chaleur et mouvement) est une solution de premier plan pour créer de petites quantités d'énergie électrique dans des zones difficiles d'accès, et les dispositifs de récupération d'énergie apparaissent comme essentiels dans la problématique mondiale d’une meilleure gestion de l’énergie.
Les systèmes de récupération d'énergie à base de nanofils (NW) sont déjà très performants mais, en raison de la dimension nanométrique (nm) des fils et de la grande taille (mètre carré) des dispositifs, ils restent difficiles à tester et à caractériser. Les propriétés globales des dispositifs sont mesurables mais il reste impossible de faire un lien entre les caractéristiques et performances de chaque nanofils et celles du dispositif dans son ensemble. Ce projet vise donc à développer une métrologie fiable et rapide pour qualifier et contrôler les systèmes de récupération d'énergie constitués de nanofils (semiconducteurs).
Le projet a débuté en septembre 2020 pour une durée de 3 années. Le programme de travail est réparti entre 17 partenaires, dont 7 laboratoires d’EURAMET et 10 laboratoires externes. Le projet est structuré en 4 lots de travail technique et 2 lots de management et de diffusion des connaissances :
WP1 - Caractérisation nanodimensionnelle des nanofils (NW),
WP2 - Caractérisation nanoélectrique de cellules solaires à base de nanofils,
WP3 - Méthodes de mesure nanomécanique,
WP4 - Imagerie thermique des surfaces de dispositifs à base de nanofils,
WP5 - Création d’impact,
WP6 - Management et coordination.
Le LNE participe à tous les lots de travail technique et coordonne le lot relatif à la caractérisation traçable au SI des propriétés électriques des nanofils (semi-conducteurs) constitutifs de cellules solaires. Trois équipes du LNE sont engagées dans ce projet : métrologie électrique, métrologie nano-dimensionnelle et métrologie des propriétés thermiques des matériaux.
Concernant la métrologie électrique, ce JRP complète les travaux du LNE entrepris en métrologie électrique à l'échelle nanométrique menés notamment dans le cadre du projet MetroSMM.
Pour obtenir plus d'informations sur le projet "JRP NanoWires" : site internet du JRP https://www.ptb.de/empir2020/nanowires/
Impacts attendus
- Industrialisation : Possibilité de mesurer rapidement et simultanément plusieurs caractéristiques des dispositifs fabriqués (dimensions géométriques, propriétés électriques, thermiques et mécaniques des nanomatériaux) donnant accès au contrôle qualité de la performance des dispositifs de récupération d’énergie ; La métrologie à haut débit appliquée au contrôle de la qualité des dispositifs innovants de collecte et de stockage de l'énergie améliorera considérablement la compétitivité des industries manufacturières européennes des semi-conducteurs et de l'énergie.
- Connaissances scientifiques : Accès aux principales spécifications géométriques des NW ayant des rapports de proportion géométrique élevés, contribuant à l'évolution des nanomatériaux et de la nanométrologie ;
- Normalisation : Transfert des résultats métrologiques sur les cellules solaires à ondes naturelles vers les comités de normalisation (comité technique 113 de la CEI "Nanotechnologie pour les produits et systèmes électrotechniques" et comité technique 82 de la CEI "Systèmes d'énergie solaire photovoltaïque") pour favoriser la création de nouvelles normes ; possibilité de créer de nouvelles normes de mesure par la diffusion de guides de bonnes pratiques aux comités techniques CEI TC 47 « Dispositifs à semi-conducteurs », au comité technique ISO TC 164 « Essais mécaniques des métaux » et au comité technique allemand VDI/VDE-GMA 3.41 « Technologie de mesure des surfaces dans le domaine des micro et nanomètres » ;
- Société/environnement : Possibilité d’effectuer des contrôles de la qualité des dispositifs nouvellement développés pour la collecte ou le stockage d'énergie et, par conséquent, promotion et accélération du développement de ces nouvelles nanotechnologies pour l'industrie des énergies renouvelables ; participation à l’implication de l'Europe pour limiter le changement climatique induit par les activités humaines.
Partenaires & Collaborations
Le projet européen (JRP) est coordonné par le PTB (Allemagne) et réunit 17 partenaires dont 6 français :
- PTB et Technische Universitaet Braunschweig (TUBS), Allemagne
- CMI, République tchèque
- DFM, Danemark
- GUM et Politechnika Wrocławska (PWR), Pologne
- INRIM, Italie
- LNE, CNRS-UPS/C2N et GEEPS, INL/ECL, LPICM et Concept Scientifique Instruments (CSI), France
- VSL, Pays-Bas
- Aalto, Finlande
- Electrosciences Limited (ELECTRO), Royaume-Uni
- GETec Microscopy (GET), Autriche
- College of the Holy and Undivided Trinity of Queen Elizabeth near Dublin (TCD), Irlande
- Universidad Autonoma de Barcelona (UAB), Espagne