Nathanaelle Schneider, médaille de bronze CNRS

La création d’un panneau solaire nécessite de nombreuses étapes et de nombreux matériaux qui doivent être assemblés avec une précision extrême pour le rendre efficace. L’un des processus clef est la fabrication d’un « sandwich » dans lequel les différentes strates de matériaux innovants ont chacune un rôle (absorber la lumière, collecter les électrons, protéger de l’humidité, …), afin de récupérer l’énergie solaire et la convertir en électricité.

C’est dans ce processus que l’expertise de Nathanaelle Schneider, chargée de recherche CNRS au sein du laboratoire de l’Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France (IPVF*), intervient : alliant procédés chimiques et exploration, elle design et synthétise de nouvelles molécules et de nouveaux matériaux pour les panneaux solaires de demain. Ces recherches sont reconnues cette année par la remise de la médaille de bronze du CNRS qui récompense les premiers travaux consacrant des chercheurs et des chercheuses spécialistes de leur domaine.

Assembler les molécules couches par couches

Pour synthétiser les couches de matériaux des cellules photovoltaïques, Nathanaelle utilise une technique très répandue dans le domaine de la micro-électronique : l’ALD (Atomic Layer Deposition). Le principe de cette technique est de construire le matériau en exposant successivement une surface à un composé chimique bien choisi. Les molécules vont réagir avec le support, se fixer et former une monocouche. La croissance va se poursuivre par l’exposition à un composé chimique complémentaire ; et ainsi de suite, monocouche par monocouche. Cette technique a l’avantage de pouvoir s’appliquer à des surfaces nanostructurées et permet d’avoir un contrôle extrêmement précis de l’épaisseur, pour réaliser des dépôts de 2 à 100 nanomètres (1 nanomètre = 1 milliardième de mètre).

Une exploration fondamentale…

Toutes les molécules ne réagissent pas idéalement dans une croissance par la technique ALD. Dans le processus, on utilise des précurseurs et leur étude est l’objet principal des recherches de Nathanaelle Schneider. Elle cherche ainsi à comprendre :

• Qu’est-ce qui fait qu’une molécule est adaptée ou non à la technique ALD ?
• Comment elle se comporte à la surface du matériau ?
• Qu’est-ce qu’elle apporte comme propriétés au matériau final ?

… à visée applicative

Si une partie de ces recherches sont très fondamentales pour comprendre les processus chimiques à l’œuvre dans la croissance des couches minces et leurs propriétés, c’est leur utilisation concrète qui séduit également la chercheuse. Elle travaille ainsi avec d’autres chercheurs de l’IPVF qui la sollicitent avec une sorte de « cahier des charges » : ils ont besoin de couches minces avec telles propriétés électriques, optiques, sur un substrat spécifique, dans des conditions strictes de température, etc. A partir de ces contraintes et de ses connaissances des précurseurs pour l’ALD, Nathanaelle design et réalise un procédé pour construire la ou les couches avec les fonctions souhaitées.

Un écosystème qui booste ses recherches

Réalisant ses recherches au sein de l’IPVF, la chercheuse bénéficie de nombreuses interactions avec des chercheurs de différentes disciplines, différentes cultures. Elle collabore également avec les autres laboratoires de l’École polytechnique/Institut Polytechnique de Paris, et en particulier le Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM) et le Laboratoire de Chimie Moléculaire (LCM). Discuter, se poser des questions, acquérir de nouvelles connaissances et bénéficier de l’expertise des autres chercheurs sont un des moteurs de Nathanaelle Schneider. « Outre les connaissances et expériences acquises, les échanges entre scientifiques et l’ouverture d’esprit sont primordiaux pour réaliser une recherche innovante : c’est l’un des aspects les plus stimulants de mon métier ! » explique la chercheuse à l’occasion de l’annonce de sa médaille.

https://youtu.be/chphqeGv0iE

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* IPVF : le laboratoire IPVF fait partie de l’Institut éponyme dont les membres fondateurs sont EDF, Total, Air Liquide, Riber, Horiba, le CNRS et l’École polytechnique. Le laboratoire quant à lui est une unité mixte de recherche dont les tutelles sont : CNRS, l’École polytechnique/IP Paris, ENSCP et la SAS IPVF.