14 nov. 2017

Offre de stage Master2 - Mesure par photoconductivité du nombre de charges photo-induites dans des photocatalyseurs


L'équipe PPCM s'est focalisée sur les traitements par plasma pour les applications PV et thermiques ainsi que sur la caractérisation de systèmes et de composants semiconducteurs. L’activité de recherche de l’équipe SHPE s’est construite autour de l’utilisation de la ressource solaire pour diverses applications (production et stockage d’énergie, photocatalyse solaire...). Dans le cas d’une application de traitement des eaux, les catalyseurs ne sont capables d’exploiter que la part UV du spectre solaire qui ne représente que 5 - 7% de la part globale, contre 50 % par exemple pour le domaine visible. Actuellement les performances photocatalytiques des semiconducteurs élaborés en laboratoire ou dans l'industrie sont insuffisantes (moins de 1 photon sur 100 donne lieu à la création d’un radical utile pour initier la minéralisation des polluants) et rendent quasi rédhibitoires tout développement à grande échelle du concept de traitement par photocatalyse. Ces performances dépendent de plusieurs paramètres. Le rendement optique du catalyseur est une grandeur clef qui exprime le rapport entre le taux de charges photo-générées et le nombre de photons reçus. Pour les photocatalyseurs, ce rendement est donc un indicateur pertinent des performances potentielles du système photocatalytique puisqu'il informe sur la capacité du matériau à produire des radicaux à partir des photons disponibles et de leurs caractéristiques (densité de flux, plage spectrale etc).

Le travail que nous proposons aujourd'hui a été initié durant le stage M2 réalisé au cours du second semestre 2017. Ce stage a porté sur la mise en place d’un protocole de mesure de la photoconductivité et la réalisation de premières expérimentations sur des poudres micrométriques compactées dans une cellule parallélépipédique afin de remonter au rendement de production de charges électrique du TiO2 sous éclairement LEDs UV. Les conditions de mise en forme ont permis d'obtenir un signal en courant stable dans le temps, mais le caractère pulvérulent du matériaux a rendu les mesures difficilement répétables (compaction, contact poudre/électrode,..). En revanche, les résultats ont été très prometteurs et ont mis en évidence la forte influence des conditions d’éclairement (densité de photons incidents ,temps d'éclairement ) et la variabilité de la production des charges au cours du temps d’irradiation. Ce dernier point déjà observé dans la littérature, n’est pas encore bien défini ni expliqué.

Dans cet optique, le travail du présent stage portera sur la mise en forme de la poudre afin d'obtenir un signal électrique stable dans le temps et surtout, répétable. L'étudiant pourra tester différentes configurations de la poudre de TiO2 (compactée ou non, poudre sèche, pâte, suspension, milieu aqueux minéralisé ou non). Ces configurations se rapprochant de celle utilisée en photocatalyse et limitant fortement les pertes de charges électriques, l’objectif est de mesurer précisément les charges produites et de mieux décrire les phénomènes qui ont lieu lors de la photo excitation ( production de charges, recombinaison, dissipation des charges).

Le candidat devra identifier dans la littérature les méthodes de mesure existantes et les conditions dans lesquelles elles peuvent être effectuées afin de corréler mesure et production de charges.

Sur le plan expérimental, il s’agira de définir le protocole adapté à la réalisation de mesures de photoconductivité répétables et représentatives des phénomènes observés: configuration de la poudre (compaction, volume, proportion liquide/poudre), dimension de cellule (taille électrode).

Sur le plan théorique, l'étudiant devra appréhender les processus de dissipation et génération de charge dans de tels milieux en s’appuyant sur des modèles existants.

Travail à effectuer

-  Développement et optimisation de la méthode de mesure
-  Caractérisation des temps de vie des charges photo-induites
-  Expérimentations et modélisations des résultats sous conditions d’irradiation

Profil adéquat

Le candidat devra afficher des compétences enphysique du solide et des compétences pluridisciplinaires en métrologie, matériaux, poudres. Un goût pour le travail expérimental et des acquis en modélisation sont requis.

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