Thèmes de recherche

L’équipe IRM-PV (Interaction Rayonnements Matière – PhotoVoltaïque) concentre ses thématiques de recherches sur la conversion photovoltaïque, la détection de rayonnements et/ou de particules en milieux sévères et la photogénération de di-hydrogène . Ces travaux s’appuient sur les compétences que portent les membres de l’équipe depuis de nombreuses années. En ce sens, IRM-PV possède et développe un panel d’outils de caractérisations spécifiques permettant de mener des études qui vont du matériau jusqu’au composant.

Ainsi les principaux domaines d’expertise couverts sont : Interaction rayonnement-matière ; Photovoltaïque (Silicium, couches minces,…) ; Caractérisation opto-électrique ; Couches minces optiques ; Détection neutrons et UV pour environnements sévères (semiconducteurs grand gap : SiC, diamant) ; Photocathodes fonctionnalisées.

De par ses thématiques IRM-PV est naturellement membre actif du laboratoire commun LIMMEX (AMU/CEA) et du nouvel institut de convergence ISFIN (Institut des Sciences de la Fusion et de l’Instrumentation en environnements Nucléaires).

Activités de recherche 

• PV Silicium : caractérisation, modélisation / Vieillissement, Fiabilité des cellules et modules PV

Malgré la maturité des procédés de fabrication classique du silicium à usage solaire, des efforts de recherche sont toujours menés dans le domaine des nouveaux procédés de croissance du silicium car les mécanismes fondamentaux qui limitent les performances PV de ces matériaux ne sont pas parfaitement compris et ne peuvent donc pas être maîtrisés dans les procédés bas coûts. Les compétences historiques de l’équipe IRM-PV dans le domaine de l’interaction impuretés-défauts dans le silicium lui permettent d’être un acteur important de la recherche comme le témoigne son implication dans deux projets ANR récents (DeFI).

Par ailleurs, les problématiques environnementales ont amené l’équipe à étudier la fiabilité et le vieillissement des modules PV avec le développement d'un banc LBIC grandes surfaces mis au point pour le silicium (cellules et modules) et parfaitement adapté aux autres filières. Actuellement des travaux sont menés avec EDF dans le cadre d'une thèse CIFRE, sur le développement d'un banc d'électroluminescence quantitative pour la caractérisation de modules de grande taille et l'étude de leur vieillissement.

• Détection de particules 

Initiée en 2008, cette thématique a comme objectif principal l’étude de détecteurs de radiation haute énergie à base de Carbure de Silicium et de diamant.

Le point fort de ces recherches concerne les applications riches et variées de ces détecteurs de particules corpusculaires (neutrons et radioéléments) et photoniques  (UV, gamma, X)  dans les domaines nucléaire, militaire, spatial et médical. 

La mise en œuvre d’un banc de mesure de la durée de vie des porteurs dans le SiC par la technique « Micro-Wave Phase shift » permet la mesure des propriétés électriques du SiC sans contact.

Cette thématique bénéficie d’une étroite collaboration avec le CEA-Cadarache et le LIMMEX (Laboratoire d’Instrumentation et de Mesures en Milieux Extrêmes CEA/AMU/CNRS), et s’inscrit dans le cadre des activités de recherche de l’Institut de la Fusion et de l’Instrumentation en Environnements Nucléaires. L'équipe collabore également avec deux start-up issues de l'équipe : MAGDALA et SiClade Technologies.

Elle a permis de former plusieurs doctorants dans le cadre de projets européens, nationaux (ANR, prématuration CNRS) et régionaux, et a abouti au dépôt de 3 brevets.

Perspectives :

Collaboration ITER, RJH

Développement de prototypes industriels de détecteurs de neutrons et de tritium

Développement de capteurs UV pour applications spatiales

• Génération d'hydrogène vert.

Depuis 2020, l’équipe IRM-PV développe une activité de recherche consacrée à la conception de photocathodes pour la production d’hydrogène vert. Les travaux portent sur la modification de la surface de substrats en silicium, à la fois par structuration morphologique pour augmenter la surface de travail, et par sensibilisation catalytique via l’ajout d’espèces telles que des chalcogénures de métaux de transition, afin d’accroître l’activité catalytique et d’améliorer la stabilité à long terme. L’objectif est de renforcer l’efficacité et la durabilité des dispositifs photo-électrochimiques. Cette recherche s’appuie sur une étroite collaboration avec les instituts ICR, MADIREL et PIIM, et bénéficie du support technique de la plateforme de microscopie CP2M ainsi que du soutien financier d’AMUTech.

Schéma de principe d'une photocathode fonctionnalisée

Highlights/actualités

Conférence ANIMMA : http://www.animma.com/

CIFRE EDF électroluminescence 

Projets scientifiques (passés, en cours)

• 2024-2028 : ANR CADOR Carbide heterostructures for a new aeration of thermal neutron detectors
• 2023-2025 : CARADET (co-prématuration CNRS avec la start-up SICLADE Technologies ) Réalisation d'un prototype de capteur à base de SiC refroidi à l'azote pour la détection de tritium
• 2023-2025 : CASCADE (Projet A*Midex) Capteur en SiC appliqué à la détection du tritium
• 2024-2028 : ANR DeFi2 Defects and deformation in crystalline silicon ingots for PV applications towards the industrials processes 
• 2025-2028 : CIFRE EDF Electroluminescence quantitative à l’échelle du module photovoltaïque