WO2018020113A1 - Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication - Google Patents

Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication Download PDF

Info

Publication number
WO2018020113A1
WO2018020113A1 PCT/FR2017/052008 FR2017052008W WO2018020113A1 WO 2018020113 A1 WO2018020113 A1 WO 2018020113A1 FR 2017052008 W FR2017052008 W FR 2017052008W WO 2018020113 A1 WO2018020113 A1 WO 2018020113A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stack
optoelectronic device
layers
face
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/052008
Other languages
English (en)
Inventor
David Munoz Rojas
Maria Del Carmen Jimenez Arevalo
Daniel Bellet
Original Assignee
Institut Polytechnique De Grenoble
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Polytechnique De Grenoble, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Institut Polytechnique De Grenoble
Priority to US16/320,263 priority Critical patent/US10847502B2/en
Priority to EP17754403.8A priority patent/EP3491673A1/fr
Priority to JP2019502555A priority patent/JP2019525467A/ja
Publication of WO2018020113A1 publication Critical patent/WO2018020113A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/047—PV cell arrays including PV cells having multiple vertical junctions or multiple V-groove junctions formed in a semiconductor substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3035—Edge emission
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic device and a method of manufacturing such a device.
  • Optoelectronic devices are devices adapted to perform the conversion of an electrical signal into an electromagnetic radiation or vice versa, and in particular devices dedicated to the detection, measurement or emission of electromagnetic radiation or devices dedicated to photovoltaic applications.
  • FIG. 1 represents, partially and schematically, an optoelectronic device 10 comprising, from bottom to top:
  • an electrically conductive layer 14 forming a lower electrode comprising, for example, the stack of a semiconductor layer 18 doped with a first type of conductivity, for example doped N-type, and a semiconductor layer 20 doped with a second type of conductivity, for example doped P-type; and
  • the face 24 of the electrode 22 opposite to the active zone 16 is arranged to receive electromagnetic radiation, for example visible light, represented by an arrow 26 in Figure 1.
  • the electromagnetic radiation is absorbed in the active area 16 and causes the creation of charge carriers, electrons and holes, which are collected by the electrodes 14, 22.
  • charge carriers carried by the electrodes 14, 22 are converted in the active zone 16 into electromagnetic radiation which escapes from the device 10 via the face 24.
  • the design of the optoelectronic device 10 can be difficult. Indeed, for photovoltaic applications and applications for detecting or measuring electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation 26 passes through the layers forming the device 10 parallel to the stacking direction E of these layers. It would therefore be desirable to increase the thickness of the active zone 16 to increase the portion of the electromagnetic radiation 26 that is absorbed while passing through the active zone 16. However, it is necessary that the charge carriers, electrons and holes, which are created in the active zone 16 pass through the active zone 16 generally in a direction parallel to the stacking direction E to reach one of the electrodes 14, 22. It would then be desirable to reduce the thickness of the active zone 16 to reduce the amount of charge carriers that recombine in the active zone 16 before reaching one of the electrodes 14, 22.
  • the two constraints described above are opposite and, during the design of the optoelectronic device 10, a compromise must be found between good absorption of the electromagnetic radiation in the active zone 16 and good collection of charge carriers and this depends on the material constituting the active zone.
  • Electrodes 22 must therefore be at least partially transparent to the electromagnetic radiation 26 while ensuring the conduction of the charge carriers created in the active zone 16.
  • An object of an embodiment is to overcome all or part of the disadvantages of the optoelectronic devices described above.
  • Another object of an embodiment is that the electrodes of the optoelectronic device are not transparent to the electromagnetic radiation emitted or picked up by the optoelectronic device.
  • Another object of an embodiment is to increase the portion of the electromagnetic radiation that is absorbed through the active area of the optoelectronic device.
  • Another object of an embodiment is to reduce the path of the charge carriers between the electrodes and the heart of the active zone of the optoelectronic device.
  • an embodiment provides an optoelectronic device for converting an electrical signal into an electromagnetic radiation or vice versa, comprising an active zone sandwiched between first and second electrodes, the optoelectronic device comprising a stack of layers comprising a lateral edge. and first and second opposing faces, said layers of the stack forming at least the active area and the first and second electrodes, said stack being adapted to receive or emit electromagnetic radiation from the side edge.
  • the propagation direction of the electromagnetic radiation in the active zone is perpendicular to the stacking direction of the layers.
  • said stack comprises a first portion delimiting a first portion of the first face and a first portion of the second face and a second portion delimiting a second portion of the first face and a second portion of the second face, the first part of the first face being in contact with the second part of the first face or the second part of the second face.
  • said stack comprises a succession of folds.
  • the pleats are accordion.
  • each fold successively comprises a first component in which the layers of the stack are planar, a bent zone in which the layers of the stack are curved and a second component in which the layers of the stack are planar, the second component of one of the folds corresponding to the first component of the next fold of the succession of folds, the bent zones being oriented alternately each side of the optoelectronic device.
  • the device further comprises a first electrically conductive plate in contact with the first electrode for first folds among said folds and a second electrically conductive plate in contact with the second electrode for second folds among said different folds of first folds.
  • the device further comprises an electrically insulating substrate, the second electrode being sandwiched between the active zone and the substrate, the substrate comprising openings exposing the second electrode.
  • the second plate is in contact with the second electrode through the openings.
  • the stack is wound in the form of a spiral.
  • the optoelectronic device comprises a first electrically conductive element in the center of the spiral and in contact with the first electrode and a second electrically conductive element at the periphery of the spiral and in contact with the second electrode.
  • the stack comprises an electrically insulating substrate, the second electrode being interposed between the electrically insulating substrate and the active area.
  • the thickness of the active zone is between 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the active zone is the zone where the majority of the conversion between the electromagnetic radiation and the electrical signal occurs.
  • Another embodiment provides a method of manufacturing an optoelectronic conversion device of a electrical signal into electromagnetic radiation or vice versa, the optoelectronic device comprising an active area sandwiched between first and second electrodes, the method comprising forming a stack of layers including a side edge and first and second opposing faces, said layers of the stack forming at least the active area and the first and second electrodes, said stack being adapted to receive or emit electromagnetic radiation from the side edge.
  • said stack comprising a first portion delimiting a first portion of the first face and a first portion of the second face and a second portion delimiting a second portion of the first face and a second portion of the second face; face, the first portion of the first face being in contact with the second portion of the first face or the second portion of the second face.
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • Figure 1 is a perspective view in section, partial and schematic, of an example of conventional optoelectronic device
  • Figures 2 and 3 are perspective views with sectional, partial and schematic views of embodiments of an optoelectronic device
  • FIG. 4 is a detailed view of FIG. 2 illustrating the operating principle of an application of the optoelectronic device
  • FIGS. 5A to 5C are partial sectional and schematic perspective views of structures obtained at successive stages of an embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device of FIG. 2;
  • FIGS. 6A to 6C are partial and schematic sectional perspective views of structures obtained at successive stages of an embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device of FIG. 3;
  • FIGS. 7A to 7D are partial and schematic sectional perspective views of structures obtained at successive stages of an embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device of FIG. 2;
  • FIG. 8 is a perspective view with partial and schematic sectional view of an embodiment of an optoelectronic system comprising two optoelectronic devices according to FIG. 2;
  • Figure 9 is a perspective view, partial and schematic, of another embodiment of an optoelectronic device. detailed description
  • control circuits of the optoelectronic devices in particular the current processing circuits provided by photovoltaic cells and the signal processing circuits provided by an electromagnetic radiation detection device, or the power supply circuits of a device for emitting electromagnetic radiation, are well known to those skilled in the art and are not described later.
  • FIG. 2 represents an embodiment of an optoelectronic device 30.
  • the optoelectronic device 30 comprises a stack 31 of several layers.
  • the stack 31 comprises:
  • an active zone 34 in which the majority of the electromagnetic radiation / electrical signal conversion is performed and comprising, for example, the stacking of a doped semiconductor layer 36 of a first type of conductivity, for example doped N-type, and a layer semiconductor 38 doped with a second type of conductivity, for example doped P-type; and an electrically conductive layer 40 forming an electrode, the active zone 34 being sandwiched between the substrate 32 and the electrode 40.
  • Interface layers may be provided between the active zone 34 and the substrate 32 and / or between the active zone 34 and the electrode layer 40.
  • the stack 31 has an accordion structure comprising a succession of accordion folds 42, also called Z folds, extending in a direction of succession of folds.
  • Each fold 42 comprises successively a first flap 44, in which the layers of the stack 31 are substantially planar, a bent zone 46 in which the layers of the stack are curved, and a second flap 48 in which the layers of the stack 31 are substantially planar.
  • the second flap 48 of a fold corresponds to the first flap 44 of the following fold.
  • the bent areas 46 are located alternately on one side and the other of the accordion structure.
  • the folds 42 are joined, that is to say that two successive folds 42 are in contact with each other.
  • the optoelectronic device 30 comprises two plates
  • the two plates 50, 52 electrically conductive.
  • the two plates 50, 52 are substantially parallel.
  • the stack 31 is sandwiched between the two plates 50, 52, the bent zones 46 being in contact with the plates 50 and 52.
  • the plate 50 is in contact with the electrode 40 at the bent zones 46 of the stack 31 oriented on the side of the plate 50 and the plate 52 is in contact with the substrate 32 at the bent areas 46 of the stack 31 oriented on the side of the plate 52.
  • the bent areas 46 are alternately oriented towards the the plate 50 and the side of the plate 52.
  • the stack 31 comprises a lateral edge 54 which is defined by the lateral edges of the layers of the stack 31 arranged on the same side.
  • the face 54 is substantially flat and perpendicular to the plates 50, 52.
  • the minimum distance between the two plates 50, 52 is called the width D.
  • the length of the stack 31 measured along the direction A of succession of folds is called the length W.
  • Depth L is the dimension of the stack 31 measured in a direction perpendicular to the measurement directions of the dimensions D and W.
  • the period of plies measured parallel to the dimension W is called P.
  • the length W can be between a few millimeters and a few meters, for example between 1 mm and 10 m. The length W does not affect the operation of the optoelectronic device 30.
  • FIG. 3 represents an embodiment of an optoelectronic device 60.
  • the optoelectronic device 60 comprises all the elements of the optoelectronic device 30 represented in FIG. 2, with the difference that the stack 31 is replaced by a stack 61 which is different. of the stack 31 by the following points:
  • the stack 61 comprises an electrically conductive layer 62, forming an electrode, interposed between the substrate 32 and the active zone 34;
  • the substrate 32 comprises through openings 64 at the bent zones 46 of the stack 31 located on the side of the plate 52, the electrode layer 62 being in contact with the plate 52 through each opening 64.
  • the substrate 32 has a thickness that may be greater than 1 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 800 ⁇ m, even more preferably between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the substrate 32 is flexible, that is to say that it can, under the action of an external force, deform, including bending, without breaking or tearing.
  • the substrate 32 is electrically conductive and then acts as an electrode.
  • the substrate 32 may be metallic.
  • the substrate 32 may be conductive composite polymer or conductive plastic.
  • the substrate 32 is electrically insulating.
  • the substrate 32 is, for example, made of polymer. Examples of polymers are polyethylene naphthalene (PEN), polyethylene terephthalate (PET), kapton, or polyetheretherketone (PEEK).
  • the electrode layer 40 may be a conductive oxide, carbon nanotubes, graphene, a conductive polymer, especially consisting of a network of nanotubes or nanowires, a metal or a mixture or an alloy of at least two of these compounds.
  • the electrode layer 40 may comprise conductive nanowires or conductive nanoparticles, for example silver nanowires.
  • Examples of conductive oxides suitable for producing the electrode layer 40 are indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), English Fluor-doped Tin Oxide), aluminum-zinc oxide (AZO) and gallium-zinc oxide (GZO).
  • Examples of conductive polymers suitable for producing the electrode layer 40 are polyaniline, also called PAni, and the polymer known under the name PEDOT: PSS, which is a mixture of poly (3,4) -ethylenedioxythiophene and polystyrene sodium sulfonate.
  • Examples of metals suitable for producing the electrode layer 40 are silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium
  • An example of a multilayer structure suitable for producing the electrode layer 40 is a multilayer structure of AZO and silver of the AZO / Ag / AZO type.
  • the electrode layer 40 has a thickness of between 5 nm and 2 ⁇ m. According to one embodiment, the electrode layer 40 is not transparent to the radiation emitted or picked up by the optoelectronic device 30 or 60.
  • the electrode layer 62 may have the same composition and the same thickness as the electrode layer 40 or have a different structure.
  • the active zone 34 has a thickness which corresponds to the minimum distance separating the substrate 32 from the electrode 40. The thickness can be between 0.05 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the active zone 34 may be based on organic materials, semiconductor materials, in particular amorphous silicon or crystalline silicon, or materials of the 0 0 type.
  • the active zone 34 may comprise small molecules, oligomers or polymers. It can be organic or inorganic materials.
  • the active zone 34 may comprise an ambipolar semiconductor material, or a mixture of an N-type semiconductor material and a P-type semiconductor material, for example in the form of superposed layers or of an intimate mixture at the nanoscale so to form a hetero j onction in volume.
  • P-type semiconductor polymers suitable for producing active zone 34 are poly (3-hexylthiophene) (P3HT), poly [N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5 (4, 7-di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole) (PCDTBT), poly [(4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2-b] 4, 5-b '] dithiophene) -2,6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexanoyl) thie-no [3,4-b] thiophene) -2,6-diyl] ; 4, 5-b '] dithi-ophene) -2,6-diyl-alt- (5,5'-bis (2-thienyl) -4,4-dinonyl-2,2'-bithiazole) 5 ', 5' '-d
  • N-type semiconductor materials suitable for carrying out the active zone 34 are fullerenes, especially C60, methyl [6, 6] -phenyl-C8 ] -butanoate ([60] PCBM), [ 6, 6] -phenyl-C 71 -methyl butanoate ([70] PCBM), perylene diimide, zinc oxide (ZnO) or nanocrystals allowing the formation of quantum dots, in English quantum dots.
  • the optoelectronic device 30, 60 may further comprise an additional layer between the active zone 34 and the electrode 32 and / or the electrode 40, that plays for example the role of an electron blocking layer or holes.
  • FIG. 4 illustrates the operation of the optoelectronic device 30.
  • the operation of the optoelectronic device 60 is identical to the operation of the optoelectronic device 30, with the difference that the role of transporting charge carriers played by the substrate 32 for the device 30 is played by the electrode layer 62 for the device 60.
  • the optoelectronic device 30 is intended to receive or emit electromagnetic radiation from the lateral edge 54.
  • the direction of propagation of the electromagnetic radiation in the case where the optoelectronic device 30 performs the conversion of FIG. electromagnetic radiation as an electrical signal.
  • the direction F1 is perpendicular to the stacking direction of the layers of the stack 31 at any point of the stack 31.
  • the absorption of the radiation in the active zone 34 causes the generation of electrons and excess holes in the active zone 34 which move to the electrodes 32, 40 for the device 30 and up to the electrodes 40, 62 for the device 60.
  • arrows F2 represent the overall direction of propagation of the carriers of the device. fillers created in the active area 34.
  • the directions F1 and F2 are substantially perpendicular.
  • the direction of propagation of the charge carriers in the active zone 34 coincides with the direction of propagation of electromagnetic radiation in the active zone 34.
  • the direction of propagation of the charge carriers in the active zone 34 is different from the direction of propagation of electromagnetic radiation in the active zone 34. There is therefore a decoupling between the direction of propagation of the charge carriers in the active zone 34 and the direction of propagation of electromagnetic radiation in the active zone 34.
  • the thickness of the active zone 34 which is to be taken into account for the propagation of the charge carriers in the active zone 34, can be chosen independently of the depth L of the stack 31, which is to be taken into account for the propagation of the electromagnetic radiation in the active zone 34.
  • the thickness of the active zone 16 of the device 10 results from a compromise between a thickness sufficient to sufficiently absorb the electromagnetic radiation but not too great to avoid the loss of charge carriers. This compromise does not have to be for device 30 or 60.
  • the direction of propagation of the charge carriers in the electrodes 32, 40 is further represented by arrows F3.
  • the width D depends in particular on the capacity of the electrode layers 32 and 40 for the device 30, and electrode layers 40, 62 for the device 60, to transport the charge carriers between the active zone 34 and the plates 50, 52.
  • the width D can vary from 1 mm to 10 m, for example from a few millimeters to a few meters.
  • the direction of propagation of the electromagnetic radiation is opposite to that of the arrow F1
  • the direction of propagation of the charge carriers in the active zone 34 is opposed to the direction F2
  • the direction of propagation of the charge carriers in the electrodes 32, 40 is opposite the arrow F3.
  • the electrodes 32, 40 are made of a reflective material for the electromagnetic radiation created in the active area 34 to focus the emission of the electromagnetic radiation in the same direction.
  • the depth L depends on the nature of the materials constituting the active zone 34. In the case where the optoelectronic device 30 converts the electromagnetic radiation into an electrical signal, the depth L is preferably sufficient to allow the substantially complete absorption of the electromagnetic radiation of interest in the active zone 34.
  • the material composing the electrodes 32, 40 are materials that diffuse the electromagnetic radiation of interest, which allows advantageously to increase the path traveled by the electromagnetic radiation in the active zone 34 and to reduce the depth L.
  • the depth L may vary from 1 ⁇ m to 10 cm, for example from a few micrometers to a few centimeters.
  • the value of P depends in particular on the thickness of the substrate 32.
  • the dimension P is substantially equal to the sum of twice the thickness of the substrate 32, twice the thickness of the active zone 34 and twice the thickness of the thickness of the electrode layer 40.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate an embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device 30 shown in FIG.
  • FIG. 5A represents the structure obtained after the production of a stack 70 of plane layers intended to form the layers of the stack 31 and designated by the same references.
  • the stack 70 thus comprises the same succession of layers as the stack 31 with the difference that the layers of the stack 70 are substantially flat and that the stack 70 has a dimension L 'greater than the depth strictly
  • the thickness of the stack corresponds substantially to half of the dimension P described above.
  • the layers composing the stack 70 may be deposited, for example, by liquid path, sputtering, evaporation, spin coating, spray coating, heliography, slot-die coating, blade-coating, flexography, screen printing, chemical deposition Vapor phase (or CVD), Atomic Layer Deposition (ALD), Spatial ALD, and Pyrolytic Spray.
  • a drying step of the deposited materials may be provided.
  • FIG. 5B shows the structure obtained after the folding accordion of the stack 70.
  • the active zone 34 may comprise the most mechanically fragile materials.
  • the stack 70 shown in FIG. 5A is designed so that the active zone 34 is advantageously located at the plane of neutral fibers. This makes it possible to reduce the mechanical stresses that may appear in the active zone 34 during the folding operation.
  • Glue may be disposed on the free faces of the substrate 32 and the electrode layer 40 to maintain the position of the folds 42 after the folding operation.
  • FIG. 5C shows the structure obtained after cutting the accordion structure represented in FIG. 5B to obtain the stack 31 having a depth L.
  • the method comprises at least one subsequent step of placing the conductive plates 50 and 52 on either side of the stack 31.
  • conductive plates may be placed on either side of the stack 70 shown in FIG. 5B before the cutting operation and being cut simultaneously with the stack 70.
  • FIGS. 6A to 6C illustrate an embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device 60 shown in FIG. 3.
  • FIG. 6A is a figure similar to FIG. 5A and shows the structure obtained after the completion of a stacking 72 planar layers for forming the layers of the stack 61 and designated by the same references.
  • the stack 72 thus comprises the same succession of layers as the stack 61 with the difference that the layers of the stack 70 are substantially flat and that the stack 72 has a dimension L 'greater than the desired depth L of the device Optoelectronics 60.
  • FIG. 6B shows the structure obtained after the formation of the openings 64 in the substrate 32 over the entire thickness of the substrate 32 to expose portions of the electrode layer 62.
  • each opening 64 is extends over the entire depth L 'of the stack 72. Two adjacent openings 64 are spaced approximately twice the dimension D.
  • FIG. 6C shows the structure obtained after the folding accordion of the stack 72, so that the openings 64 are, after folding, at bent portions 46 of the accordion structure.
  • the method comprises subsequent steps of cutting the accordion structure shown in Fig. 6C to obtain the stack 61 having a depth L and the placement of the conductive plates 50 and 52.
  • Figs. 7A to 7D illustrate another embodiment of a method of manufacturing the optoelectronic device 30 shown in Fig. 2.
  • FIG. 7A shows a substrate 80, made of an electrically conductive material or a semiconductor, comprising an upper face 82.
  • FIG. 7B shows the structure obtained after the formation of openings 84, also called trenches, in the substrate 80 from the upper face 82.
  • the openings 84 extend only over a portion of the thickness of the substrate 80.
  • the openings 84 correspond to parallel grooves.
  • FIG. 7C represents the structure obtained after deposition on the structure represented in FIG. 7B of the layers 36, 38 forming the active zone 34 and of the electrode layer 40.
  • these can be deposited for example by sputtering, evaporation, spray coating, CVD, ALD, spatial ALD, and pyrolytic spraying.
  • a drying step of the deposited materials may be provided.
  • Figure 7D shows the structure obtained after cutting the structure shown in Figure 7C. An accordion structure is then obtained.
  • the method may include subsequent steps of placing the conductive plates 50 and 52.
  • an arrow 86 represents the direction of propagation of electromagnetic radiation reaching the accordion structure when the optoelectronic device is used for photovoltaic applications or applications for detecting or measuring electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic device 30 or 60 may be arranged on a support according to the intended application.
  • the support is for example a glass or plastic support, flexible or rigid.
  • the optoelectronic device can be arranged on a non-planar surface.
  • each optoelectronic device may be arranged next to each other on the same face of a support. Each optoelectronic device can then form a pixel of a display system or measurement system.
  • FIG. 8 represents an embodiment of an optoelectronic system 90 having a so-called tandem structure adapted to photovoltaic applications and applications for detecting or measuring electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic system 90 comprises two copies of the optoelectronic device 30 shown in FIG. 2.
  • the suffixes "A" and "B" are added to the references of the device 30 shown. in FIG. 2 to differentiate between the two optoelectronic devices 30A and 30B of the optoelectronic system 90.
  • the optoelectronic system 90 may comprise two copies of the optoelectronic device 60 shown in FIG. 3.
  • the two optoelectronic devices 30A and 30B are arranged in FIG.
  • the wavelength range of the electromagnetic radiation absorbed by the active zone of the rear optoelectronic device 30B is at least partly different from the range of wavelengths of the radiation absorbed by the active zone of the optoelectronic device. before 30A.
  • part of the electromagnetic radiation 92 reaching the optoelectronic system 90 is absorbed by the active area of the front optoelectronic device 30A and all or part of the electromagnetic radiation that has not been absorbed by the optoelectronic device before 30A is absorbed by the active area of the rear optoelectronic device 30B.
  • the plates 50A, 52A of the front optoelectronic device 30A can be connected to the plates 50B, 52B of the rear optoelectronic device 30B so that the two optoelectronic devices 30A, 30B are connected in series or in parallel.
  • the optoelectronic system is generally formed by a stack of layers so that the Front and rear optoelectronic devices are connected in series. The current flowing through the optoelectronic system is then imposed by the highest series resistance of the front optoelectronic device or the rear optoelectronic device. This problem is not present with the optoelectronic system 90 in which the electrical connection between the optoelectronic devices 30A, 30B can simply be connected in parallel.
  • FIG. 9 is a partial schematic perspective view of an optoelectronic device 95.
  • the optoelectronic device 95 comprises the same stack 61 as that of the optoelectronic device 60 shown in FIG. 3, with the difference that the stack 61 is not consistent with folds
  • the optoelectronic device 95 comprises an electrically conductive cylindrical element 96 around which the stack 61 is wound, the conductive layer 40 of the stack 61 being in contact with the cylindrical element 96.
  • the device Optoelectronics 95 further comprises an electrically conductive element 98 in contact with the conductive layer 62 at the periphery of the winding.
  • the substrate 32 of the first portion is interposed between the conductive layer 62 of the first portion and the conductive layer 40 of the second portion and in contact with the conductive layer 62 of the first portion and the conductive layer 40 of the second portion.
  • the conductive cylindrical member 96 may not be present.
  • the winding can be made around a central cylindrical element which is then removed and contact with the conductive layer 40 is made in the center of the winding.
  • the central cylindrical element may further act as a light guide or a mirror reflecting light.
  • the optoelectronic device 95 is intended to receive or emit electromagnetic radiation from the side edge of the stack 61.
  • the arrow F1 represents the direction of propagation of the electromagnetic radiation in the case where the optoelectronic device 95 converts the electromagnetic radiation into an electrical signal.
  • the optoelectronic system 90 shown in FIG. 8 can be implemented with the optoelectronic device 95 shown in FIG. 9.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif optoélectronique (30) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40), le dispositif optoélectronique comprenant un empilement (31) de couches (32, 36, 38, 40) comprenant un bord latéral (54) et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis (42) et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.

Description

DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR16/57159 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne un dispositif optoélectronique et un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Exposé de 1 ' art antérieur
Par dispositifs optoélectroniques, on entend des dispositifs adaptés à effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, et notamment des dispositifs dédiés à la détection, la mesure ou l'émission d'un rayonnement électromagnétique ou des dispositifs dédiés aux applications photovoltaïques .
Il est connu de réaliser un dispositif optoélectronique par un empilement de couches sensiblement planes.
La figure 1 représente, de façon partielle et schématique, un dispositif optoélectronique 10 comprenant, du bas vers le haut :
un substrat 12 ;
une couche 14 conductrice électriquement formant une électrode inférieure ; une zone active 16 dans laquelle est réalisée la majorité de la conversion rayonnement électromagnétique/signal électrique et comprenant, par exemple, l'empilement d'une couche semiconductrice 18 dopée d'un premier type de conductivité, par exemple dopée de type N, et une couche semiconductrice 20 dopée d'un deuxième type de conductivité, par exemple dopée de type P ; et
une couche 22 conductrice électriquement formant une électrode supérieure.
Pour les applications photovoltaïques et les applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique, la face 24 de l'électrode 22 opposée à la zone active 16 est disposée pour recevoir le rayonnement électromagnétique, par exemple la lumière visible, représenté par une flèche 26 en figure 1. Le rayonnement électromagnétique est absorbé dans la zone active 16 et entraîne la création de porteurs de charges, électrons et trous, qui sont collectés par les électrodes 14, 22. Pour les applications relatives à l'émission d'un rayonnement électromagnétique, des porteurs de charges conduits par les électrodes 14, 22 sont convertis dans la zone active 16 en un rayonnement électromagnétique qui s'échappe du dispositif 10 par la face 24.
La conception du dispositif optoélectronique 10 peut être difficile. En effet, pour les applications photovoltaïques et les applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique, le rayonnement électromagnétique 26 traverse les couches formant le dispositif 10 parallèlement à la direction E d'empilement de ces couches. Il serait donc souhaitable d'augmenter l'épaisseur de la zone active 16 pour augmenter la part du rayonnement électromagnétique 26 qui est absorbé en traversant la zone active 16. Toutefois, il faut que les porteurs de charges, électrons et trous, qui sont créés dans la zone active 16 traversent la zone active 16 globalement selon une direction parallèle à la direction E d'empilement pour atteindre l'une des électrodes 14, 22. Il serait alors souhaitable de réduire l'épaisseur de la zone active 16 pour réduire la quantité de porteurs de charges qui se recombinent dans la zone active 16 avant d'atteindre l'une des électrodes 14, 22. Les deux contraintes décrites précédemment sont opposées et, lors de la conception du dispositif optoélectronique 10, un compromis doit être trouvé entre une bonne absorption du rayonnement électromagnétique dans la zone active 16 et une bonne collecte des porteurs de charges et ceci dépend du matériau composant la zone active.
Un autre inconvénient commun aux applications photovoltaïques, aux applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique et aux applications d'émission d'un rayonnement électromagnétique est que le rayonnement électromagnétique 26 doit traverser l'électrode 22 pour atteindre la zone active 16 ou la face 24. L'électrode 22 doit donc être au moins partiellement transparente au rayonnement électromagnétique 26 tout en assurant la conduction des porteurs de charges créés dans la zone active 16. Toutefois, il n'est pas possible de réaliser l'électrode 22 de façon parfaitement transparente de sorte qu'on observe toujours des pertes par absorption d'une partie de la lumière par l'électrode 22.
La demande de brevet US 2012/0055537 décrit un panneau photovoltaïque dans lequel des alvéoles sont formées dans le substrat recouvert de l'empilement comprenant la zone active en sandwich entre les couches conductrices pour accroître les réflexions de la lumière incidente, la lumière atteignant néanmoins la zone active en traversant l'une des couches conductrices .
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques décrits précédemment.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les électrodes du dispositif optoélectronique ne sont pas transparentes au rayonnement électromagnétique émis ou capté par le dispositif optoélectronique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'augmenter la part du rayonnement électromagnétique qui est absorbé en traversant la zone active du dispositif optoélectronique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est de réduire le parcours des porteurs de charges entre les électrodes et le coeur de la zone active du dispositif optoélectronique.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes, le dispositif optoélectronique comprenant un empilement de couches comprenant un bord latéral et des première et deuxième faces opposées, lesdites couches de l'empilement formant au moins la zone active et les première et deuxième électrodes, ledit empilement étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.
Selon un mode de réalisation, la direction de propagation du rayonnement électromagnétique dans la zone active est perpendiculaire à la direction d'empilement des couches.
Selon un mode de réalisation, ledit empilement comprend une première portion délimitant une première partie de la première face et une première partie de la deuxième face et une deuxième portion délimitant une deuxième partie de la première face et une deuxième partie de la deuxième face, la première partie de la première face étant en contact avec la deuxième partie de la première face ou la deuxième partie de la deuxième face.
Selon un mode de réalisation, ledit empilement comprend une succession de plis.
Selon un mode de réalisation, les plis sont en accordéon.
Selon un mode de réalisation, chaque pli comprend successivement un premier volet dans lequel les couches de l'empilement sont planes, une zone coudée dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées et un deuxième volet dans lequel les couches de l'empilement sont planes, le deuxième volet de l'un des plis correspondant au premier volet du pli suivant de la succession de plis, les zones coudées étant orientées alternativement de chaque côté du dispositif optoélectronique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une première plaque conductrice électriquement au contact de la première électrode pour des premiers plis parmi lesdits plis et une deuxième plaque conductrice électriquement au contact de la deuxième électrode pour des deuxièmes plis parmi lesdits plis différents des premiers plis.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un substrat isolant électriquement, la deuxième électrode étant prise en sandwich entre la zone active et le substrat, le substrat comprenant des ouvertures exposant la deuxième électrode.
Selon un mode de réalisation, la deuxième plaque est au contact de la deuxième électrode au travers des ouvertures.
Selon un mode de réalisation, l'empilement est enroulé en forme de spirale.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend un premier élément conducteur électriquement au centre de la spirale et en contact avec la première électrode et un deuxième élément conducteur électriquement à la périphérie de la spirale et en contact avec la deuxième électrode.
Selon un mode de réalisation, l'empilement comprend un substrat isolant électriquement, la deuxième électrode étant interposée entre le substrat isolant électriquement et la zone active. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la zone active est comprise entre 0,1 ym et 100 ym.
Selon un mode de réalisation, la zone active est la zone où se produit la majorité de la conversion entre le rayonnement électromagnétique et le signal électrique.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, le dispositif optoélectronique comprenant une zone active prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes, le procédé comprenant la formation d'un empilement de couches comprenant un bord latéral et des première et deuxième faces opposées, lesdites couches de l'empilement formant au moins la zone active et les première et deuxième électrodes, ledit empilement étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.
Selon un mode de réalisation, comprenant la formation dudit empilement comprenant une première portion délimitant une première partie de la première face et une première partie de la deuxième face et une deuxième portion délimitant une deuxième partie de la première face et une deuxième partie de la deuxième face, la première partie de la première face étant en contact avec la deuxième partie de la première face ou la deuxième partie de la deuxième face .
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
former ledit empilement, les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et
plier ledit empilement pour former des plis. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
prévoir un substrat ;
former des rainures dans le substrat ; et
déposer les couches dudit empilement sur le substrat rainuré .
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
former ledit empilement, les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et
enrouler ledit empilement pour former une spirale. Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1, décrite précédemment, est une vue en perspective avec coupe, partielle et schématique, d'un exemple de dispositif optoélectronique conventionnel ;
les figures 2 et 3 sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de modes de réalisation d'un dispositif optoélectronique ;
la figure 4 est une vue de détail de la figure 2 illustrant le principe de fonctionnement d'une application du dispositif optoélectronique ;
les figures 5A à 5C sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 2 ;
les figures 6A à 6C sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 3 ;
les figures 7A à 7D sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 2 ;
la figure 8 est une vue perspective avec coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un système optoélectronique comprenant deux dispositifs optoélectroniques selon la figure 2 ; et
la figure 9 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique . Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de commande des dispositifs optoélectroniques, notamment les circuits de traitement du courant fourni par des cellules photovoltaïques et les circuits de traitement de signaux fournis par un dispositif de détection d'un rayonnement électromagnétique, ou les circuits d'alimentation d'un dispositif d'émission d'un rayonnement électromagnétique, sont bien connus de l'homme du métier et ne sont pas décrits par la suite.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes "supérieur" et "inférieur", il est fait référence à l'orientation des figures ou à un dispositif optoélectronique dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 30.
Le dispositif optoélectronique 30 comprend un empilement 31 de plusieurs couches.
L'empilement 31 comprend :
un substrat 32 ;
une zone active 34 dans laquelle est réalisée la majorité de la conversion rayonnement électromagnétique/signal électrique et comprenant par exemple l'empilement d'une couche semiconductrice 36 dopée d'un premier type de conductivité, par exemple dopée de type N, et une couche semiconductrice 38 dopée d'un deuxième type de conductivité, par exemple dopée de type P ; et une couche conductrice électriquement 40 formant une électrode, la zone active 34 étant prise en sandwich entre le substrat 32 et l'électrode 40.
Des couches d'interface, non représentées, peuvent être prévues entre la zone active 34 et le substrat 32 et/ou entre la zone active 34 et la couche d'électrode 40.
L'empilement 31 a une structure en accordéon comprenant une succession de plis accordéon 42, également appelés plis en Z, s 'étendant selon une direction A de succession de plis. Chaque pli 42 comprend successivement un premier volet 44, dans lequel les couches de l'empilement 31 sont sensiblement planes, une zone coudée 46 dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées, et un deuxième volet 48 dans lequel les couches de l'empilement 31 sont sensiblement planes. Le deuxième volet 48 d'un pli correspond au premier volet 44 du pli suivant. Les zones coudées 46 sont situées alternativement d'un côté et de l'autre de la structure en accordéon. De préférence, les plis 42 sont jointifs, c'est-à-dire que deux plis successifs 42 sont au contact l'un de 1 ' autre .
Le dispositif optoélectronique 30 comprend deux plaques
50, 52 conductrices électriquement. Dans le présent mode de réalisation, les deux plaques 50, 52 sont sensiblement parallèles. L'empilement 31 est pris en sandwich entre les deux plaques 50, 52, les zones coudées 46 étant au contact des plaques 50 et 52. En particulier, la plaque 50 est au contact de l'électrode 40 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 orientées du côté de la plaque 50 et la plaque 52 est au contact du substrat 32 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 orientées du côté de la plaque 52. Les zones coudées 46 sont alternativement orientées du côté de la plaque 50 et du côté de la plaque 52.
L'empilement 31 comprend un bord latéral 54 qui est défini par les bordures latérales des couches de l'empilement 31 disposées d'un même côté. Selon un mode de réalisation, la face 54 est sensiblement plane et perpendiculaire aux plaques 50, 52. On appelle largeur D la distance minimale entre les deux plaques 50, 52. On appelle longueur W la dimension de l'empilement 31 mesurée selon la direction A de succession de plis. On appelle profondeur L la dimension de l'empilement 31 mesurée selon une direction perpendiculaire par rapport aux directions de mesure des dimensions D et W. De plus, on appelle P la période des plis mesurée parallèlement à la dimension W.
La longueur W peut être comprise entre quelques millimètres et quelques mètres, par exemple comprise entre 1 mm et 10 m. La longueur W n'influe pas sur le fonctionnement du dispositif optoélectronique 30.
La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 60. Le dispositif optoélectronique 60 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2 à la différence que l'empilement 31 est remplacé par un empilement 61 qui se différencie de l'empilement 31 par les points suivants :
l'empilement 61 comprend une couche conductrice électriquement 62, formant une électrode, interposée entre le substrat 32 et la zone active 34 ;
le substrat 32 comprend des ouvertures traversantes 64 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 situées du côté de la plaque 52, la couche d'électrode 62 étant au contact de la plaque 52 au travers de chaque ouverture 64.
Le substrat 32 a une épaisseur pouvant être supérieure à 1 ym, de préférence comprise entre 1 ym et 800 ym, encore plus préférentiellement entre 1 ym et 100 ym. Le substrat 32 est flexible, c'est-à-dire qu'il peut, sous l'action d'une force extérieure, se déformer, notamment se plier, sans se casser ou se déchirer.
Pour le dispositif optoélectronique 30, le substrat 32 est conducteur électriquement et joue alors le rôle d'une électrode. Le substrat 32 peut être métallique. Le substrat 32 peut être du polymère composite conducteur ou du plastique conducteur. Pour le dispositif optoélectronique 60, le substrat 32 est isolant électriquement. Le substrat 32 est, par exemple, en polymère. Des exemples de polymère sont le polyéthylène naphtalène (PEN) , le polyéthylène téréphtalate (PET) , le kapton, ou le polyétheréthercétone (PEEK) .
La couche d'électrode 40 peut être en un oxyde conducteur, en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, notamment constitué d'un réseau de nanotubes ou de nanofils, en un métal ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. A titre d'exemple, la couche d'électrode 40 peut comprendre des nanofils conducteurs ou des nanoparticules conductrices, par exemple des nanofils d'argent.
Des exemples d'oxydes conducteurs adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont l'oxyde d'indium- étain (ITO, de l'anglais Indium Tin Oxide) , l'oxyde d' étain dopé au fluor (FTO de l'anglais Fluor-doped Tin Oxide), l'oxyde d' aluminium-zinc (AZO, de l'anglais Aluminium Zinc Oxide) et l'oxyde de gallium-zinc (GZO, de l'anglais Gallium Zinc Oxide). Des exemples de polymères conducteurs adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont la polyaniline, également appelé PAni et le polymère connu sous la dénomination PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly (3, 4) -éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium. Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont l'argent (Ag) , l'or (Au) , le cuivre (Cu) , le nickel (Ni) , le titane (Ti) , le chrome
(Cr) . Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation de la couche d'électrode 40 est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO. A titre d'exemple, la couche d'électrode 40 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 2 um. Selon un mode de réalisation, la couche d'électrode 40 n'est pas transparente au rayonnement émis ou capté par le dispositif optoélectronique 30 ou 60.
La couche d'électrode 62 peut avoir la même composition et la même épaisseur que la couche d'électrode 40 ou avoir une structure différente. La zone active 34 a une épaisseur qui correspond à la distance minimale séparant le substrat 32 de l'électrode 40. L'épaisseur peut être comprise entre 0,05 ym et 100 ym. La zone active 34 peut être à base de matériaux organiques, de matériaux semiconducteurs, notamment du silicium amorphe ou du silicium cristallin, ou des matériaux du type 0¾0.
La zone active 34 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques . La zone active 34 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou de mélange intime à l'échelle nanométrique de façon à former une hétéro j onction en volume.
Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la zone active 34 sont le poly (3- hexylthiophène) (P3HT) , le poly[N- 9' -heptadécanyl-2, 7-carbazole- alt-5, 5- (4, 7-di-2-thiényl-2' , l' , 3' -benzothiadiazole] (PCDTBT) , le poly [ (4, 8-bis- (2-éthylhexyloxy) -benzo [1, 2-b; 4, 5-b ' ] dithiophè- ne) -2, 6-diyl-alt- (4- (2-éthylhexanoyl) -thie-no [3, 4-b] thiophène) ) - 2, 6-diyl] ; 4, 5-b ' ] dithi-ophène) -2, 6-diyl-alt- (5,5' -bis (2-thié- nyl)-4,4,-dinonyl-2,2'-bithiazole)-5',5' '-diyl] (PBDTTT-C) , le poly [2-méthoxy-5- (2-éthyl-hexyloxy) -1, 4-phénylène-vinylène] (MEH-PPV) ou le poly [2, 6- (4, 4-bis- (2-éthylhexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-j ; 3, 4-£>' ] dithiophène) -ait- , 7(2,1, 3-benzothiadiazole) ] (PCPDTBT) .
Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la zone active 34 sont les fullerènes, notamment le C60, le [ 6, 6] -phényl-Cg]_-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [ 6, 6] -phényl-C71-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques, en anglais quantum dots .
Dans le cas où la zone active 34 est une hétéro j onction, le dispositif optoélectronique 30, 60 peut en outre comprendre une couche supplémentaire entre la zone active 34 et l'électrode 32 et/ou l'électrode 40, que joue par exemple le rôle d'une couche de blocage d'électrons ou de trous.
La figure 4 illustre le fonctionnement du dispositif optoélectronique 30. Le fonctionnement du dispositif optoélectronique 60 est identique au fonctionnement du dispositif optoélectronique 30 à la différence que le rôle de transport de porteurs de charges joué par le substrat 32 pour le dispositif 30 est joué par la couche d'électrode 62 pour le dispositif 60.
Le dispositif optoélectronique 30 est destiné à recevoir ou à émettre un rayonnement électromagnétique par le bord latéral 54. En figure 4, on a représenté par une flèche Fl la direction de propagation du rayonnement électromagnétique dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 effectue la conversion du rayonnement électromagnétique en signal électrique. La direction Fl est perpendiculaire à la direction d'empilement des couches de l'empilement 31 en tout point de l'empilement 31. L'absorption du rayonnement dans la zone active 34 entraîne la génération d'électrons et de trous en excès dans la zone active 34 qui se déplacent jusqu'aux électrodes 32, 40 pour le dispositif 30 et jusqu'aux électrodes 40, 62 pour le dispositif 60. En figure 4, on a représenté par des flèches F2, la direction globale de propagation des porteurs de charges créés dans la zone active 34. Dans le présent mode de réalisation, les directions Fl et F2 sont sensiblement perpendiculaires. Pour le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est confondue avec la direction de propagation de rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. A l'inverse, dans le présent mode de réalisation, la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est différente de la direction de propagation de rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. Il y a donc un découplage entre la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 et la direction de propagation de rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. De ce fait, l'épaisseur de la zone active 34, qui est à prendre en compte pour la propagation des porteurs de charges dans la zone active 34, peut être choisie de façon indépendante de la profondeur L de l'empilement 31, qui est à prendre en compte pour la propagation du rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. Au contraire, pour le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, l'épaisseur de la zone active 16 du dispositif 10 résulte d'un compromis entre une épaisseur suffisante pour absorber suffisamment le rayonnement électromagnétique mais pas trop importante pour éviter la perte des porteurs de charges. Ce compromis n'a pas lieu d'être pour le dispositif 30 ou 60.
En figure 4, on a en outre représenté par des flèches F3 la direction de propagation des porteurs de charges dans les électrodes 32, 40. La largeur D dépend notamment de la capacité des couches d'électrode 32 et 40 pour le dispositif 30, et des couches d'électrode 40, 62 pour le dispositif 60, à transporter les porteurs de charges entre la zone active 34 et les plaques 50, 52. La largeur D peut varier de 1 mm à 10 m, par exemple de quelques millimètres à quelques mètres.
Dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 ou 60 est destiné à émettre un rayonnement électromagnétique, la direction de propagation du rayonnement électromagnétique est opposée à celle de la flèche Fl, la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est opposée à la direction F2 et la direction de propagation des porteurs de charges dans les électrodes 32, 40 est opposée à la flèche F3. De façon avantageuse, les électrodes 32, 40 sont en un matériau réfléchissant pour le rayonnement électromagnétique créé dans la zone active 34 pour focaliser l'émission du rayonnement électromagnétique dans la même direction.
La profondeur L dépend de la nature des matériaux composant la zone active 34. Dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 effectue la conversion du rayonnement électromagnétique en signal électrique, la profondeur L est de préférence suffisante pour permettre l'absorption sensiblement complète du rayonnement électromagnétique d'intérêt dans la zone active 34. Selon un mode de réalisation, le matériau composant les électrodes 32, 40 sont des matériaux qui diffusent le rayonnement électromagnétique d'intérêt, ce qui permet de façon avantageuse d'augmenter le chemin parcouru par le rayonnement électromagnétique dans la zone active 34 et de diminuer la profondeur L. La profondeur L peut varier de 1 ym à 10 cm, par exemple de quelques micromètres à quelques centimètres.
La valeur de P dépend notamment de l'épaisseur du substrat 32. La dimension P est sensiblement égale à la somme du double de l'épaisseur du substrat 32, du double de l'épaisseur de la zone active 34 et du double de l'épaisseur de la couche d'électrode 40.
De façon avantageuse, lorsqu'une fissure apparaît dans l'électrode 40 ou dans la zone active 34 notamment au niveau de l'une des zones coudées 46, cela ne perturbe pas le fonctionnement du dispositif optoélectronique. En effet, la circulation des porteurs de charges peut alors se faire par la zone de contact entre l'un des plis adjacents et la plaque 50.
Les figures 5A à 5C illustrent un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2.
La figure 5A représente la structure obtenue après la réalisation d'un empilement 70 de couches planes destinées à former les couches de l'empilement 31 et désignées par les mêmes références. L'empilement 70 comprend donc la même succession de couches que l'empilement 31 à la différence que les couches de l'empilement 70 sont sensiblement planes et que l'empilement 70 présente une dimension L' supérieure strictement à la profondeur
L souhaitée du dispositif optoélectronique 30.
L'épaisseur de l'empilement correspond sensiblement à la moitié de la dimension P décrite précédemment. Selon les matériaux composant les couches de l'empilement 70, les couches composant l'empilement 70 peuvent être déposées, par exemple, par voie liquide, pulvérisation cathodique, évaporation, dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating) , revêtement à la lame (en anglais blade-coating) , flexographie, sérigraphie, dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Déposition) , dépôt de couche mince atomique (ou ALD, sigle anglais pour Atomic Layer Déposition) , ALD spatiale, et pulvérisation pyrolytique (en anglais spray pyrolysis) . Selon le procédé de dépôt mis en oeuvre, une étape de séchage des matériaux déposés peut être prévue.
La figure 5B représente la structure obtenue après le pliage en accordéon de l'empilement 70. La zone active 34 peut comprendre les matériaux les plus fragiles mécaniquement. Dans ce cas, l'empilement 70 représentée en figure 5A est conçu de façon que la zone active 34 soit, de façon avantageuse, située au niveau du plan de fibres neutres. Ceci permet de réduire les contraintes mécaniques qui peuvent apparaître dans la zone active 34 lors de l'opération de pliage. De la colle peut être disposée sur les faces libres du substrat 32 et de la couche d'électrode 40 pour assurer le maintien en position des plis 42 après l'opération de pliage .
La figure 5C représente la structure obtenue après la découpe de la structure en accordéon représentée en figure 5B pour obtenir l'empilement 31 ayant une profondeur L.
Le procédé comprend au moins une étape ultérieure de placement des plaques conductrices 50 et 52 de part et d'autre de l'empilement 31. A titre de variante, des plaques conductrices peuvent être mises en place de part et d'autre de l'empilement 70 représenté en figure 5B avant 1 ' opération de découpe et être découpées simultanément avec l'empilement 70.
Les figures 6A à 6C illustrent un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 60 représenté en figure 3.
La figure 6A est une figure analogue à la figure 5A et représente la structure obtenue après la réalisation d'un empilement 72 de couches planes destinées à former les couches de l'empilement 61 et désignées par les mêmes références. L'empilement 72 comprend donc la même succession de couches que l'empilement 61 à la différence que les couches de l'empilement 70 sont sensiblement planes et que l'empilement 72 présente une dimension L' supérieure strictement à la profondeur L souhaitée du dispositif optoélectronique 60.
La figure 6B représente la structure obtenue après la formation des ouvertures 64 dans le substrat 32 sur la totalité de l'épaisseur du substrat 32 pour exposer des portions de la couche d'électrode 62. Selon un mode de réalisation, chaque ouverture 64 s'étend sur la totalité de la profondeur L' de l'empilement 72. Deux ouvertures 64 adjacentes sont espacées d'environ du double de la dimension D.
La figure 6C représente la structure obtenue après le pliage en accordéon de l'empilement 72, de sorte que les ouvertures 64 se trouvent, après le pliage, au niveau de portions coudées 46 de la structure en accordéon.
Le procédé comprend des étapes ultérieures de découpe de la structure en accordéon représentée en figure 6C pour obtenir l'empilement 61 ayant une profondeur L et le placement des plaques conductrices 50 et 52.
Les figures 7A à 7D illustrent un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2.
La figure 7A représente un substrat 80, en un matériau conducteur électriquement ou un semiconducteur, comprenant une face supérieure 82.
La figure 7B représente la structure obtenue après la formation d'ouvertures 84, également appelées tranchées, dans le substrat 80 depuis la face supérieure 82. Les ouvertures 84 s'étendent seulement sur une partie de l'épaisseur du substrat 80. Dans le présent mode de réalisation, les ouvertures 84 correspondent à des rainures parallèles. La figure 7C représente la structure obtenue après le dépôt sur la structure représentée en figure 7B des couches 36, 38 formant la zone active 34 et de la couche d'électrode 40. Selon la nature des matériaux formant les couches 36, 38, 40, celles-ci peuvent être déposées par exemple, par pulvérisation cathodique, évaporation, revêtement par pulvérisation, CVD, ALD, ALD spatiale, et pulvérisation pyrolytique. Selon le procédé de dépôt mis en oeuvre, une étape de séchage des matériaux déposés peut être prévue .
La figure 7D représente la structure obtenue après découpe de la structure représentée en figure 7C. Une structure en accordéon est alors obtenue. Le procédé peut comprendre des étapes ultérieures de placement des plaques conductrices 50 et 52.
En figure 7D, on a représenté par une flèche 86 la direction de propagation d'un rayonnement électromagnétique atteignant la structure en accordéon lorsque le dispositif optoélectronique est utilisé pour des applications photovoltaïques ou des applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique.
Le dispositif optoélectronique 30 ou 60 peut être disposé sur un support selon l'application envisagée. Le support est par exemple un support en verre ou en plastique, flexible ou rigide. Le dispositif optoélectronique peut être agencé sur une surface non plane.
Plusieurs exemplaires du dispositif optoélectronique peuvent être disposés les uns à côté des autres sur une même face d'un support. Chaque dispositif optoélectronique peut alors former un pixel d'un système d'affichage ou d'un système de mesure.
La figure 8 représente un mode de réalisation d'un système optoélectronique 90 ayant une structure dite en tandem adapté aux applications photovoltaïques et aux applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique. Le système optoélectronique 90 comprend deux exemplaires du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2. On rajoute les suffixes "A" et "B" aux références du dispositif 30 représenté en figure 2 pour différencier les deux dispositifs optoélectroniques 30A et 30B du système optoélectronique 90. A titre de variante, le système optoélectronique 90 peut comprendre deux exemplaires du dispositif optoélectronique 60 représenté en figure 3. Les deux dispositifs optoélectroniques 30A et 30B sont disposés l'un derrière l'autre selon la direction de propagation d'un rayonnement électromagnétique d'intérêt, représenté par la flèche 92, c'est-à-dire que le dispositif optoélectronique 30A, appelé dispositif optoélectronique avant, est traversé en premier par le rayonnement électromagnétique 92, et que le dispositif optoélectronique 30B, appelé dispositif optoélectronique arrière, reçoit le rayonnement qui a déjà traversé le dispositif optoélectronique avant 30A. Selon un mode de réalisation, la plage de longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique arrière 30B est au moins en partie différente de la plage de longueurs d'onde du rayonnement absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique avant 30A. De ce fait, une partie du rayonnement électromagnétique 92 atteignant le système optoélectronique 90 est absorbée par la zone active du dispositif optoélectronique avant 30A et tout ou partie du rayonnement électromagnétique qui n'a pas été absorbé par le dispositif optoélectronique avant 30A est absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique arrière 30B. Les plaques 50A, 52A du dispositif optoélectronique avant 30A peuvent être connectées aux plaques 50B, 52B du dispositif optoélectronique arrière 30B de sorte que les deux dispositifs optoélectroniques 30A, 30B sont connectés en série ou en parallèle.
Lorsqu'un système optoélectronique en tandem est réalisé avec le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, il faut que les couches composant du dispositif optoélectronique avant laissent passer le rayonnement électromagnétique devant être absorbé par le dispositif optoélectronique arrière. Ceci peut être obtenu en utilisant par exemple une structure d'électrodes comprenant des doigts conducteurs espacés ou en choisissant des matériaux transparents au rayonnement électromagnétique devant être absorbé par le dispositif optoélectronique arrière. La conception du dispositif optoélectronique avant peut alors être difficile. Ce problème n'est pas présent avec le système optoélectronique 90. En outre, lorsqu'un système optoélectronique en tandem est réalisé avec le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, le système optoélectronique est généralement formé par un empilement de couches de sorte que les dispositifs optoélectroniques avant et arrière sont connectés en série. Le courant traversant le système optoélectronique est alors imposé par la résistance série la plus élevée parmi le dispositif optoélectronique avant ou le dispositif optoélectronique arrière. Ce problème n'est pas présent avec le système optoélectronique 90 dans lequel la connexion électrique entre les dispositifs optoélectroniques 30A, 30B peut de façon simple être connectée en parallèle .
Selon un autre mode de réalisation, il peut aussi être envisagé d'obtenir un dispositif semblable au système optoélectronique 90 mais d'une part avec plusieurs couches et non seulement deux, mais aussi de prévoir de déposer sur un substrat des bandes séparées (et donc isolées électriquement entre elles) de couches telles que les couches 36, 38, 40. Cela permet de concevoir un dispositif semblable au système optoélectronique 90 mais avec plus de dispositifs empilés selon la direction 92 sans avoir d'étapes de découpe.
La figure 9 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un dispositif optoélectronique 95. Le dispositif optoélectronique 95 comprend le même empilement 61 que celui du dispositif optoélectronique 60 représenté sur la figure 3 à la différence que l'empilement 61 n'est pas conformé avec des plis
42 mais est enroulé pour former une spirale. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 95 comprend un élément cylindrique conducteur électriquement 96 autour duquel est enroulé l'empilement 61, la couche conductrice 40 de l'empilement 61 étant en contact avec l'élément cylindrique 96. Le dispositif optoélectronique 95 comprend, en outre, un élément conducteur électriquement 98 au contact de la couche conductrice 62 à la périphérie de l'enroulement. Dans l'enroulement, pour des première et deuxième portions empilées radialement de la spirale, la première portion étant plus proche du centre de la spirale que la deuxième portion, le substrat 32 de la première portion est interposé entre la couche conductrice 62 de la première portion et la couche conductrice 40 de la deuxième portion et au contact de la couche conductrice 62 de la première portion et de la couche conductrice 40 de la deuxième portion.
A titre de variante, l'élément cylindrique conducteur 96 peut ne pas être présent. Dans ce cas, l'enroulement peut être réalisé autour d'un élément cylindrique central qui est ensuite retiré et un contact avec la couche conductrice 40 est réalisé au centre de l'enroulement.
Selon un mode de réalisation, l'élément cylindrique central peut en outre jouer le rôle d'un guide de lumière ou d'un miroir réfléchissant la lumière.
Le dispositif optoélectronique 95 est destiné à recevoir ou à émettre un rayonnement électromagnétique par le bord latéral de l'empilement 61. En figure 9, on a représenté par la flèche Fl la direction de propagation du rayonnement électromagnétique dans le cas où le dispositif optoélectronique 95 effectue la conversion du rayonnement électromagnétique en signal électrique.
Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. En particulier, le système optoélectronique 90 représenté en figure 8 peut être mise en oeuvre avec le dispositif optoélectronique 95 représenté en figure 9.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optoélectronique (30 ; 60) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40 ; 62) , le dispositif optoélectronique comprenant un empilement (31 ; 61) de couches (32, 36, 38, 40, 62) comprenant un bord latéral (54) et des première et deuxième faces opposées, lesdites couches de l'empilement formant au moins la zone active et les première et deuxième électrodes, ledit empilement étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique (86) par le bord latéral de façon perpendiculaire à la direction d'empilement des couches .
2. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel la direction de propagation du rayonnement électromagnétique dans la zone active (34) est perpendiculaire à la direction d'empilement des couches (32, 36, 38, 40, 62) .
3. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit empilement comprend une première portion délimitant une première partie de la première face et une première partie de la deuxième face et une deuxième portion délimitant une deuxième partie de la première face et une deuxième partie de la deuxième face, la première partie de la première face étant en contact avec la deuxième partie de la première face ou la deuxième partie de la deuxième face.
4. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit empilement (31 ; 61) comprend une succession de plis (42) .
5. Dispositif optoélectronique selon la revendication 4, dans lequel les plis (44) sont en accordéon.
6. Dispositif optoélectronique selon la revendication 5, dans lequel chaque pli (42) comprend successivement un premier volet (44) dans lequel les couches de l'empilement sont planes, une zone coudée (46) dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées et un deuxième volet (48) dans lequel les couches de l'empilement sont planes, le deuxième volet de l'un des plis correspondant au premier volet du pli suivant de la succession de plis, les zones coudées étant orientées alternativement de chaque côté du dispositif optoélectronique .
7. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre une première plaque (50) conductrice électriquement au contact de la première électrode (40) pour des premiers plis (42) parmi lesdits plis et une deuxième plaque (52) conductrice électriquement au contact de la deuxième électrode (32 ; 62) pour des deuxièmes plis parmi lesdits plis différents des premiers plis.
8. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un substrat (32) isolant électriquement, la deuxième électrode (62) étant prise en sandwich entre la zone active (34) et le substrat, le substrat comprenant des ouvertures (64) exposant la deuxième électrode .
9. Dispositif optoélectronique selon la revendication 8 dans son rattachement à la revendication 5, dans lequel la deuxième plaque (52) est au contact de la deuxième électrode (62) au travers des ouvertures (64) .
10. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'empilement (61) est enroulé en forme de spirale.
11. Dispositif optoélectronique selon la revendication 10, comprenant un premier élément conducteur électriquement (96) au centre de la spirale et en contact avec la première électrode (40) et un deuxième élément conducteur électriquement (98) à la périphérie de la spirale et en contact avec la deuxième électrode (62) .
12. Dispositif optoélectronique selon la revendication 10 ou 11, dans lequel l'empilement (61) comprend un substrat isolant électriquement (32), la deuxième électrode (62) étant interposée entre le substrat isolant électriquement et la zone active (34) .
13. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'épaisseur de la zone active (34) est comprise entre 0,1 ym et 100 ym.
14. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la zone active (34) est la zone où se produit la majorité de la conversion entre le rayonnement électromagnétique et le signal électrique.
15. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique (30 ; 60) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, le dispositif optoélectronique comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40 ; 62) , le procédé comprenant la formation d'un empilement (31 ; 61) de couches (32, 36, 38, 40, 62) comprenant un bord latéral (54) et des première et deuxième faces opposées, lesdites couches de l'empilement formant au moins la zone active et les première et deuxième électrodes, ledit empilement étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique (86) par le bord latéral.
16. Procédé selon la revendication 15, comprenant la formation dudit empilement comprenant une première portion délimitant une première partie de la première face et une première partie de la deuxième face et une deuxième portion délimitant une deuxième partie de la première face et une deuxième partie de la deuxième face, la première partie de la première face étant en contact avec la deuxième partie de la première face ou la deuxième partie de la deuxième face.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, comprenant les étapes suivantes :
former ledit empilement (31), les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et
plier ledit empilement pour former des plis (42) .
18. Procédé selon la revendication 15 ou 16, comprenant les étapes suivantes : prévoir un substrat (80) ;
former des rainures (84) dans le substrat ; et déposer les couches (36, 38) dudit empilement sur le substrat rainuré.
19. Procédé selon la revendication 15 ou 16, comprenant les étapes suivantes :
former ledit empilement (61) , les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et
enrouler ledit empilement pour former une spirale.
PCT/FR2017/052008 2016-07-26 2017-07-21 Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication WO2018020113A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/320,263 US10847502B2 (en) 2016-07-26 2017-07-21 Optoelectronic device and method of manufacturing same
EP17754403.8A EP3491673A1 (fr) 2016-07-26 2017-07-21 Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication
JP2019502555A JP2019525467A (ja) 2016-07-26 2017-07-21 光電子デバイスおよびその製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657159 2016-07-26
FR1657159A FR3054725B1 (fr) 2016-07-26 2016-07-26 Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018020113A1 true WO2018020113A1 (fr) 2018-02-01

Family

ID=56943833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/052008 WO2018020113A1 (fr) 2016-07-26 2017-07-21 Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10847502B2 (fr)
EP (1) EP3491673A1 (fr)
JP (1) JP2019525467A (fr)
FR (1) FR3054725B1 (fr)
WO (1) WO2018020113A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120055537A1 (en) 2010-09-08 2012-03-08 Liao Wen P Light trapping photovoltaic cells
US20130146119A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system
US20130157402A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system manufacturing method
US20130160819A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system substrate
US20130298980A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 International Business Machines Corporation Cone-shaped holes for high efficiency thin film solar cells

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1716597B1 (fr) * 2004-02-20 2018-04-04 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Element optoelectronique, dispositif pourvu d'une pluralite d'elements optoelectroniques et procede pour realiser un element optoelectronique
DE102006034847A1 (de) * 2006-04-27 2007-10-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120055537A1 (en) 2010-09-08 2012-03-08 Liao Wen P Light trapping photovoltaic cells
US20130146119A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system
US20130157402A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system manufacturing method
US20130160819A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Solar cell system substrate
US20130298980A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 International Business Machines Corporation Cone-shaped holes for high efficiency thin film solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
FR3054725A1 (fr) 2018-02-02
EP3491673A1 (fr) 2019-06-05
FR3054725B1 (fr) 2019-05-17
US20190259740A1 (en) 2019-08-22
US10847502B2 (en) 2020-11-24
JP2019525467A (ja) 2019-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2577766B1 (fr) Dispositif optoelectronique avec electrode enterree
EP2724390B1 (fr) Photodiode organique dotee d'une zone active comportant des moyens pour favoriser la collecte et la conduction des porteurs de charge
EP3161883B1 (fr) Cellules tandem multifils
EP3550625B1 (fr) Procédé de réalisation d'un empilement du type première électrode/ couche active/ deuxième électrode
EP3613080B1 (fr) Dispositif de detection d'un rayonnement comprenant des photodiodes organiques
EP3477721A1 (fr) Dispositif électronique organique ou hybride et son procede de fabrication
FR3023064A1 (fr) Dispositif photovoltaique et son procede de fabrication
EP3394893B1 (fr) Dispositif optoelectronique matriciel presentant une electrode superieure transparente
JP2010147276A (ja) 有機光電変換素子
EP3331017B1 (fr) Photodétecteur infrarouge
EP3491673A1 (fr) Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication
FR3069706B1 (fr) Cellule photovoltaique ewt de type organique ou perovskite et son procede de realisation
EP3552254B1 (fr) Procédé de formation d'un empilement et empilement
EP3816612B1 (fr) Dispositif d'excitation et de détection de photoluminescence
KR20130107036A (ko) 유연성을 갖는 투명전극을 구비한 유기태양전지 및 이의 제조방법
FR2782416A1 (fr) Pile solaire a molecules empilees
WO2018104664A1 (fr) Photodétecteur à couche de collecte de porteurs de charge comprenant des nanofils fonctionnalisés
FR3091034A1 (fr) Dispositif électronique à courant de fuite réduit

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17754403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019502555

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017754403

Country of ref document: EP

Effective date: 20190226