Recent Developments of nano-plasmonic sensors for hydrogen detection

International audienceThis study describes a metal insulator metal (MIM) structures for hydrogen leak detection. Our nano sensor is based on a transducer layer deposited on the core of a multimode fiber optic. The reference transducer layer is a multilayer stack based on a gold, a silica and a palladium layer. The multilayer thickness defines the sensor performances in terms of sensitivity, SNR and time response. The silica thickness tunes the resonant wavelength, the gold supports the plasmon and the palladium detects the hydrogen gas in the environment. Experiments and simulations results show: a surface plasmon resonance pic, a shift towards high wavelengths upon hydrogenation and a TM polarized light dependence in a way that the Transverse Electric polarized light can be used as a reference signal. The sensor's characterization obtained for an optimum sensor design lead us to news very promising nanostructured configurations with competitive performances

One pot biosynthesis of gold NPs using red cabbage extracts

International audienceRed cabbage extract was used as reducing agent and capping agent for the synthesis of gold NPs. The method developed is environmentally friendly and allows the control of NPs shape and size by changing the pH value and the concentration of aqueous red cabbage extract solution

Developpement de cellules photovoltaïques à base de CIGS sur substrats métalliques.

Ces travaux de thèse ont pour but de développer des cellules photovoltaïques à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) sur des substrats métalliques. L'objectif principal consiste à résoudre les différentes problématiques liées à l'utilisation de ces substrats (Ti et acier inoxydable) en s'appuyant sur une adaptation de l'électrode arrière. L'étude est focalisée sur l'élaboration de contacts arrière en Mo par pulvérisation cathodique. Dans un premier temps, des contacts arrières en monocouches et en bicouches sont comparés, démontrant les intérêts des structures en bicouches. Ces dernières sont obtenues en utilisant successivement deux pressions différentes pendant le dépôt du contact arrière. Nous montrons que la pression utilisée pendant le dépôt de la couche inférieure influe sur la morphologie de la couche supérieure. Il en résulte des modifications de l'orientation cristalline du CIGS et des performances photovoltaïques. Dans une seconde étude, la couche inférieure est déposée à partir d'une cible de molybdène contenant du sodium (Mo:Na) afin d'apporter du Na dans le CIGS. Les différences entre le Mo et le Mo:Na sont d'abord étudiées. Nous montrons ensuite que la diffusion du sodium vers le CIGS dépend de la pression de dépôt de la couche de Mo:Na. Dans le cas de substrats en Ti, des rendements équivalents aux substrats en verre sodo-calcique sont obtenus en utilisant le molybdène dopé au sodium. Nous montrons aussi qu'en présence de sodium, l'effet de la pression de dépôt de la couche inférieure sur les performances est minimisé.This PhD work is focused on the development of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) solar cells on metallic substrates. The main goal is to fix various issues related to the replacement of the standard soda-lime glass substrates by metallic substrates (Ti and stainless steel foils), through optimizing and functionalizing of the back contact. Thus, the study is focused on the development of DC-sputtered Mo back contacts. First, monolayer-based and bilayer-based back contacts are compared, demonstrating the interests of the bilayers. The latter are obtained by successively using two different deposition pressures during the DC-sputtering of the back contact. We show that the deposition pressure of the bottom layer of the back contact influences the morphology of the top layer. This leads to changes in the cristallographic properties of the CIGS and in the global device performance. In a second study, the bottom layer is deposited using a Na-doped Mo sputtering target (Mo:Na), in order to use the back contact as a sodium precursor for the CIGS. The differences between the sputtered Mo and Mo:Na layers are first studied. Then, we show that sodium diffusion depends on the deposition pressure of the Mo:Na layer. On Ti substrates, conversion efficiencies as high as on the glass substrates were reached using the Mo:Na layers. It is also shown that when sodium is present, the effect of the deposition pressure of the bottom layer on the device performance is reduced.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Etude des nanofils de silicium et de leur intégration dans des systèmes de récupération d'énergie photovoltaïque

L'objectif de cette thèse porte sur la fabrication et la caractérisation de cellules solaires à jonction radiale à base d'assemblée de nanofils de silicium cristallin. Une étude sur la croissance des nanofils à partir de deux catalyseurs métalliques (cuivre et aluminium) dans une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression réduite est présentée. L'influence des conditions de croissance sur la morphologie, le dopage et la contamination des nanofils par le catalyseur est analysée par des mesures électriques, chimiques (SIMS, Auger) et structurales (SEM, TEM, Raman). Le cuivre est utilisé pour la fabrication d'une cellule solaire avec des nanofils de type p et une jonction radiale créée avec du silicium amorphe de type n. Les performances photovoltaïques de la cellule solaire sont ensuite mesurées et interprétées. Un rendement de conversion de 5% est mesuré sur une cellule avec des nanofils de hauteur 1,5 m.The objective of this PhD is the study of the fabrication and characterization of radial junction solar cells based on crystalline silicon nanowires. A study of the nanowire growth with two metallic catalysts (copper and aluminum) in a reduced pressure chemical vapor deposition system is presented. The influence of the growth conditions on the morphology, doping density and catalyst contamination inside the nanowires is analyzed by electrical, chemical (SIMS) and structural (SEM, TEM, Raman) characterizations. Copper catalyst is used to fabricate a solar cell with p-type nanowire with a radial junction created by n-type amorphous silicon (a-Si:H) deposition. Photovoltaic performances are measured and interpreted. A conversion efficiency of 5% is measured on a solar cell with 1.5 m high silicon nanowires.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Couches ultra minces d'oxydes préparées par voie Sol-Gel (étude par résonance de Plasmon de Surface )

On a réalisé un dispositif d'excitation de couches diélectriques ultra minces (épaisseur entre 1 et 10 nm) par résonance de plasmon de surface. Ce dispositif permet dans un premier temps de déterminer l'indice optique et l'épaisseur de telles couches. Ces films de différents matériaux (TiO2, ZrO2, HfO2,SiO2) sont préparés par la méthode Sol-Gel (dépôt par trempage-tirage). Les échantillons sont formés de l'empilement suivant : substrat (RPyrex, indice 1,477 à 546,1 nm), couche d'argent (évaporation sous vide classique de 50 nm) et couche diélectrique, objet de l'étude. On a mis en place un code de calcul matriciel qui a permis dans un premier temps de préciser les caractéristiques précédentes des échantillons en vue de l'optimisation du couplage optique et dans un second temps de traiter les spectres expérimentaux par ajustement. Pour chaque matériau, on a conduit cette étude optique en fonction des paramètres d'élaboration : dilution de la solution de départ (contrôle de l'épaisseur de la couche déposée), durée (de quelques minutes à quelques dizaines de minutes), température (entre 300C et 750C) et mode de recuit (lampe Infra-Rouge ou four tubulaire). On a mené parallèlement une étude structurale par Microscopie Electronique en Transmission afin de préciser les paramètres thermiques des premiers stades de la cristallisation et la nature des phases cristallines qui apparaissent dans cette géométrie particulière de couches ultra minces. Un deuxième dispositif a été conçu pour conduire des études de spectroscopie Raman et de luminescence excitées par plasmons de surface. Les résultats sont reliés à ceux des études structurales et l'efficacité du renforcement Raman est discutée, ainsi que la forme de la luminescence de nanocristaux de CdSe noyés dans une matrice de silice en fonction de la longueur d'onde d'excitation et de l'épaisseur des couches. Ce même dispositif est couplé à un microscope AFM et une étude de la force d'interaction pointe-échantillon est présentée en fonction de l'exication par plasmons de surface et de l'environnement (air-eau) en vue d'une application à l'étude de molécules d'intérêt biologique.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Recent Advances in Palladium Nanoparticles-Based Hydrogen Sensors for Leak Detection

International audienceAlong with the development of hydrogen as a sustainable energy carrier, it is imperative to develop very rapid and sensitive hydrogen leaks sensors due to the highly explosive and flammable character of this gas. For this purpose, palladium-based materials are being widely investigated by research teams because of the high affinity between this metal and hydrogen. Furthermore, nanostructured palladium may provide improved sensing performances compared to the use of bulk palladium. This arises from a higher effective surface available for interaction of palladium with the hydrogen gas molecules. Several works taking advantage of palladium nanostructures properties for hydrogen sensing applications have been published. This paper reviews the recent advances reported in the literature in this scope. The electrical and optical detection techniques, most common ones, are investigated and less common techniques such as gasochromic and surface wave acoustic sensors are also addressed. Here, the sensor performances are mostly evaluated by considering their response time and limit of detection

Au@Pd core-shell nanostructures: synthesis and related optical properties

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Au–Pd core–shell nanoparticle film for optical detection of hydrogen gas

International audienceHydrogen use, as a clean and almost infinite energy source, has an economic impact in many industries. The problem is that this gas cannot be used like any gas because of its explosiveness at 4% in the air, hence the need to know its concentration any time for security reasons. The permanent detection of hydrogen leaks is essential to monitor and to control the hydrogen concentration to prevent any possible risk. In our current research, we have developed hydrogen ultrasensitive sensors by depositing a thin film of Au-Pd core-shell nanoparticles (NPs) on a transparent glass substrate in order to detect hydrogen in its gaseous form. The colloidal Au-Pd core-shell NPs were synthesized according to a multi-reduction step method. The structural characterizations, the nature, and the density of Au-Pd core-shell NPs have been characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The morphology, size, and structure of Au-Pd core-shell NPs can be controlled under synthesis conditions. The size of the core-shell studied in this work is 13 nm for gold NP diameter and 0 nm-2.3 nm for palladium thicknesses. The physical properties of NPs, such as the optical absorbance response under hydrogen, strongly depend on the nature of the shell and the ratio between the core and the shell. At different hydrogen concentrations ranging from 1% to 4%, the optical response changes in the position of the surface plasmon resonance peak on the absorbance spectrum after the first loading/unloading hydrogen cycle

Non Oxide Ceramic Thin films Using the PDCs Approach

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