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La simplification de la recherche sur les oxydes transparents conducteurs

Les oxydes transparents conducteurs (TCO) allient transparence dans la gamme visible et conductivité électrique élevée, ce qui les rend essentiels aux applications technologiques telles que le photovoltaïque et les écrans tactiles. Mais jusqu'à présent les tentatives pour découvrir des alternatives moins chères et plus performantes se sont révélées extrêmement longues et onéreuses.
La simplification de la recherche sur les oxydes transparents conducteurs
Le projet HTFORTCOS (A high-throughput computational search for new transparent conducting oxides), financé par l'UE, a été mis en place afin d'effectuer, pour la première fois, des recherches informatiques à haut débit sur de nouveaux TCO. Un puissant outil appelé calculs ab initio a été employé pour informatiser les propriétés des matériaux à très grande échelle.

En informatisant les propriétés de milliers de matériaux différents, les scientifiques peuvent rapidement sélectionner les plus prometteurs et les expérimenter. Heureusement, il est désormais possible d'évaluer par ordinateur un grand nombre de propriétés importantes des TCO, telles que la transparence, la mobilité des porteurs et les concentrations.

Les partenaires du projet ont évalué deux types de TCO: le type n ayant comme porteurs des électrons et le type p, sans électrons ou trous comme porteurs. Alors que les TCO de type n sont largement commercialisés et offrent de bonnes performances, les TCO de type p, moins connus, sont de qualité médiocre. L'absence de TCO de type p efficace a freiné le développement de nombreuses technologies prometteuses critiques.

HTFORTCOS a identifié plusieurs nouveaux TCO de type p potentiels qui n'avaient jamais été considérés comme tels auparavant. Parmi une base de données comptant plus de 4 000 oxydes connus, seuls quelques-uns ont satisfait aux critères d'efficacité des TCO de type p. Ceci démontre la puissance de l'informatique à haut débit pour découvrir de nouveaux matériaux et gagner énormément de temps en recherche.

Les chercheurs peuvent utiliser les résultats du projet HTFORTCOS pour se concentrer sur les chimies prometteuses identifiées par calculs ab initio. Un nouveau TCO de type p, Ba2BiTaO6, a déjà été identifié. En outre, les données générées ont été utilisées pour découvrir les règles de conception destinées à réaliser des TCO de type p à conductivité très élevée.

Les exemples comprennent des matériaux contenant un certain type d'éléments (tin 2+). Ceux-ci sont particulièrement enclins à constituer de très bons TCO de type p, stimulant ainsi les efforts de recherche en matière de TCO de type p à haute performance. L'infrastructure à haut débit a également servi à trouver de nouveaux TCO de type n pour certaines applications de niche.

Le projet a réussi à développer un ensemble d'outils et de cadres permettant d'effectuer des calculs automatiques des propriétés présentant un intérêt pour les TCO, en utilisant des techniques ab initio. Au-delà des TCO, ces travaux peuvent s'étendre à d'autres applications, notamment les absorbeurs solaires dans le photovoltaïque et les matériaux thermoélectriques. HTFORTCOS étudie également de nouveaux matériaux thermoélectriques en utilisant l'informatique à haut débit.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Oxydes transparents conducteurs, recherche informatique à haut débit, calculs ab initio, type n, type p, HTFORTCO