Nanostructures hybrides pour l’éclairage

Les diodes électroluminescentes (DELs) marquent un virage vers un éclairage écoresponsable et peu consommateur en énergie. Actuellement, les DELs utilisent une technologie mature qui permet de surpasser les sources lumineuses traditionnelles. Néanmoins, il existe encore quelques verrous quant à la modification des intensités d’émission des DELs, ainsi que la maitrise des couleurs et de la directivité de cette émission.

Les DELs blanches utilisent soit un mélange de trois couleurs – 3 diodes indépendantes émettant dans le bleu, vert et rouge, ce qui est cher et ne permet pas un ajustement de spectre d’émission, soit un émetteur bleu qui excite un phosphore à base de YAG:Ce3+ ou encore une source d’excitation dans l’UV et un mélange de trois émetteurs dans le bleu, vert et rouge (Ca2BN2F:Eu2+, (Ba,Sr)SiO4: Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+). Les deux dernières méthodes demandent l’utilisation des matériaux à la base des lanthanides, ce qui peut rendre leur application compliqué dans l’avenir, sachant que 95 % de la fabrication de terres rares est dépendante de la Chine et que cette industrie est extrêmement polluante. Il s’agit donc de trouver un matériau émettant sur un large spectre dans le blanc de façon efficace sous excitation dans l’UV ou bleu, facile à fabriquer en grande quantité, écologique et peu cher. Les nanoparticules hybrides à base d’oxydes métalliques sont une alternative intéressante à cette approche en raison de leur forte émission lumineuse (entre 70 % et 90 % dans certains cas) et une certaine facilité du contrôle de la couleur de l’émission, sans nécessiter de composants optiques secondaires externes.

En collaboration avec les spécialistes de la synthèse des nanoparticules d’oxydes métalliques (groupe de Prof. Stéphane Danièle de IRCELyon UMR CNRS 5256), nous avons étudié différents nanoparticules hybrides (oxyde de zinc décorées avec des chaines d’acide polyacrylique. Grâce à un processus de synthèse de type sol-gel dans l’eau parfaitement contrôlée, simple et bon marché, les systèmes hybrides peuvent être fabriquées en 1 heure et leur rendement quantique interne de luminescence peut atteinte 70 %, voire plus [1]. Ces nanoparticules émettent très efficacement sur un large spectre dans le visible, grâce aux défauts présents à la surface et dans le réseau cristallin, ainsi que la structure spécifique des mésosphères induites lors de la synthèse des nanoparticules de ZnO hybrides [1,2].

Mesophère polymérique contenant des nanocristaux de ZnO opérant en tant que convertisseur de lumière (phosphore).

Mesophère polymérique contenant des nanocristaux de ZnO opérant en tant que convertisseur de lumière (phosphore).

 

Contact: ">Alexandra Apostoluk

Publications :

1. Y. Zhu, A. Apostoluk, P. Gautier, A. Valette, L. Omar, T. Cornier, J. M. Bluet, K. Masenelli-Varlot, S. Daniele, and B. Masenelli, Scientific Reports 6, 23557 (2016).

2. Y. Zhang, A. Apostoluk, C. Theron, T. Cornier, B. Canut, S. Danièle, B. Masenelli, Scientific Reports 9, 11959 (2019).

 

Projets:

Projet franco-polonais « PHC Polonium » financé par Campus France, intitulé « Solar cells with energy converters based on ZnO nanoparticle layers » en collaboration avec l’Ecole Polytechnique de Lodz, Pologne (du 01/01/2015 au 31/12/2016).

Collaborations:

l’Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon (IRCELyon, UMR CNR 5256), Villeurbanne,

Lodz University of Technology, Département des Semiconducteurs et Dispositifs Optoélectroniques Lodz, Pologne,

Nicolas Copernic University de Torun, Institut of Physics, Torun, Pologne,

Tokyo University, School of Engineering, Tokyo, Japon.

INL CNRS