Conférence : « Les techniques de dépôt par impression comme outils efficaces pour la fabrication de générateurs thermoélectriques organiques »

Professeur qui invite : Emanuele Orgiu

Résumé : Les problèmes de dégradation de l’environnement, combinés à la perspective de l’épuisement des combustibles fossiles, poussent les chercheurs à identifier des sources d’énergie ou des technologies de conversion efficaces et respectueuses de l’environnement. Dans ce contexte, les matériaux thermoélectriques (c’est-à-dire les matériaux capables de recycler la chaleur perdue en la convertissant partiellement en énergie électrique) ont fait l’objet d’une attention considérable au cours des vingt dernières années.1 Les semi-conducteurs organiques (SCO), tels que les polymères conjugués et les petites molécules, sont récemment devenus un domaine de recherche en plein essor dans la quête continue de candidats potentiels pour la fabrication de systèmes thermoélectriques. En effet, les SCO présentent certains avantages importants par rapport à leurs homologues inorganiques, en particulier leur aptitude à être traités à température ambiante en phase liquide à l’aide de techniques de fabrication par impression, ainsi que leur excellente robustesse mécanique et leur flexibilité.2 Cet exposé décrit le potentiel des techniques de dépôt par impression pour la fabrication de générateurs thermoélectriques organiques. Dans la première partie du séminaire, je décrirai le rôle joué par le substrat et la technique de dépôt des électrodes sur les performances des générateurs à une jambe fabriquée en poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS) déposé par jet d’encre.3 Dans la deuxième partie de l’exposé, je présenterai le protocole de fabrication et de caractérisation des générateurs thermoélectriques organiques entièrement imprimés et fabriqués sur des substrats flexibles en polyimide. Chaque générateur est composé de deux jambes semi-conductrices : i) l’une « dopée de type p », fabriquée à nouveau en utilisant du PEDOT:PSS imprimé par jet d’encre et ii) l’autre « dopée de type n », fabriquée en employant un nouveau polymère conjugué appelé poly(3,7-dihydrobenzo[1,2-b:4,5-b’]difuran-2,6-dione) (PBDF),4 déposé par distribution contrôlée d’encre (ink-dispensing). La caractérisation (thermo)électrique complète des générateurs, ainsi que leur stabilité dans le temps, seront abordées, montrant, pour les dispositifs les plus performants, un coefficient Seebeck aussi élevé que 35 μV/K stable sur 75 jours. Ces résultats pourraient ouvrir la voie à la fabrication de la prochaine génération de générateurs thermoélectriques imprimés peu coûteux, flexibles et portables.

Biographie : Giorgio Mattana a obtenu un diplôme de maîtrise en ingénierie électronique en 2008 et un doctorat en ingénierie électronique et informatique en 2011 à l’université de Cagliari, en Italie. Pendant son doctorat, il a passé une année en tant que doctorant invité à l’Université Cornell (Ithaca, EE. UU.). En 2011, il a rejoint l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse en tant que chercheur postdoctoral, puis il a rejoint l’Université de Bordeaux (France) pendant un an (2014 – 2015) pour une deuxième expérience postdoctorale. En 2015, le Dr Mattana a intégré le Laboratoire ITODYS, Université Paris Cité (France), en tant que Maître de Conférences. Il a obtenu son Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) de la même université en 2023. Ses principaux domaines de recherche sont l’électronique imprimée et organique ; plus précisément, les intérêts de recherche du Dr Mattana sont particulièrement axés sur la conception, la fabrication et la caractérisation : i) de transistors organiques en couches minces imprimés pour la fabrication de capteurs chimiques et biologiques ; ii) de dispositifs électroniques imprimés sur des substrats non conventionnels (fibres naturelles et synthétiques) pour des applications dans l’électronique textile ; iii) de dispositifs thermoélectriques organiques imprimés pour la récupération d’énergie.