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FUN

Functional Nanomaterials

Responsable : Jörg Ackermann

Présentation

L'équipe de recherche "Functional Nanomaterials” (FUN) est reconnue internationalement pour son expertise multidisciplinaire dans le domaine du développement de nanomatériaux optoélectroniques et plasmoniques pour des applications photovoltaïques, lumineuses, furtives, environnementales et bioélectroniques.

Les matériaux conçus sont principalement des matériaux nanocomposites à base de nanoparticules métallique ou d'oxyde métallique, des nanoparticules hybrides utilisant des ligands pi-conjugués et des mélanges de polymères. La recherche de l'équipe FUN se concentre sur le contrôle des propriétés optoélectroniques à l'échelle nanométrique en vue d'améliorer ou de générer de nouvelles propriétés de ces matériaux.

Les nanomatériaux développés sont en outre transformés en encres et en solutions en vue d'être traitées par diverses techniques telles que l'impression par jet d'encre, le docteur blading ou le spin-coating.  Ces nanomatériaux sont ainsi impliqués comme couches minces dans divers dispositifs tels que des cellules solaires imprimées, des diodes électroluminescentes (LEDs), des bio-capteurs et des capteurs de gaz, ainsi que récemment le camouflage plasmonique. Une corrélation à l'échelle nanométrique de la morphologie, de la taille et de l'organisation du nanocomposite est faite en fonction des  propriétés souhaitées et mises en jeu dans les dispositifs finaux.

 

Equipe commune FUN-PV

Depuis début 2015, notre équipe FUnctional Nanomaterials (FUN) du CINaM et l’équipe Light Ultimate MatErials Nanodevices and PV (LUMEN-PV) de l’IM2NP UMR 7334 avons mené des discussions visant à élaborer un projet d’équipe commune ayant pour thématique l’électronique organique.  Dans ce contexte, et depuis 2017, une convention CNRS entre nos 2 équipes a permis la création de l’équipe inter-instituts FUN-PV. Cette volonté de rapprochement des deux équipes est motivée par un travail commun de quatre ans en tant que partenaires dans le projet FUI SFUMATO (cellules solaires organiques produites par impression numérique) couronné par des succès scientifiques communs (brevet + 3 publications à fort et très fort impact Sol. Mat, AEM, AFM), une réelle complémentarité en termes de compétences et de moyens et enfin une vision commune des orientations scientifiques du domaine des dispositifs PV couches minces et des composants optoélectroniques. En couplant des compétences très complémentaires (synthèses chimique et physique des matériaux nano-structurés, élaboration de dispositifs en couches minces, modélisations optoélectroniques, caractérisations physiques) et en partageant des moyens technologiques performants (depuis la synthèse de matériaux à la réalisation des dispositifs) avec un accès aux plateformes PLANETE (CINaM), SPRINT (IM2NP) et NANOTECMAT (IM2NP), cette équipe commune CINAM/IM2NP permet de positionner l’Université d’Aix-Marseille comme un acteur majeur de la recherche en PV hybride/organique au niveau international.

Équipe Ackermann

 

Publications

2021

Theoretical insight on PTB7:PC 71 BM, PTB7-th:PC 71 BM and Si-PCPDTBT:PC 71 BM interactions governing blend nanoscale morphology for efficient solar cells

Claudia Caddeo, Alessio Filippetti, Andrea Bosin, Christine Videlot-Ackermann, Jörg Ackermann, Alessandro Mattoni

Nano Energy (2021)

2020

Direct Observations of the Structural Properties of Semiconducting Polymer: Fullerene Blends under Tensile Stretching

Mouaad Yassine Aliouat, Dmitriy Ksenzov, Stéphanie Escoubas, Jörg Ackermann, Dominique Thiaudière, Cristian Mocuta, Mohamed Cherif Benoudia, David Duche, Olivier Thomas, Souren Grigorian

Materials 13:3092 (2020)10.3390/ma13143092

In situ measurements of the structure and strain of a π-conjugated semiconducting polymer under mechanical load

Mouaad Yassine Aliouat, Stephanie Escoubas, Mohamed Chérif Benoudia, Dmitriy Ksenzov, David Duché, Evangéline Bènevent, Christine Videlot-Ackermann, Jörg Ackermann, Olivier Thomas, Souren Grigorian

Journal of Applied Physics 127:045108 (2020)10.1063/1.5127226

Organic-Inorganic doped Nickel Oxide Nanocrystals for Hole Transport Layers in Inverted Polymer Solar Cells with Color Tuning

Riva Alkarsifi, Yatzil Alejandra Avalos-Quiroz, Pavlo Perkhun, Xianjie Liu, Mats Fahlman, Anil Kumar Bharwal, Carmen M. Ruiz, David Duché, Jean-Jacques Simon, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Jörg Ackermann

Materials Chemistry Frontiers (2020)

Direct correlation of nanoscale morphology and device performance to study photocurrent generation in donor enriched phases of polymer solar cells

Sadok Ben Dkhil, Pavlo Perkhun, Chieh Luo, David Müller, Riva Alkarsifi, Elena Barulina, Yatzil Alejandra Avalos-Quiroz, Olivier Margeat, Stephan Thierry Dubas, Tomoyuki Koganezawa, Daiki Kuzuhara, Noriyuki Yoshimoto, Claudia Caddeo, Alessandro Mattoni, Birger Zimmermann, Uli Würfel, Martin Pfannmöller, Sara Bals, Jörg Ackermann, Christine Videlot-Ackermann

ACS Applied Materials & Interfaces (2020)10.1021/acsami.0c05884

Robust transparent conducting electrode based on silver nanowire coating on polyelectrolytes multilayers

Jedsada Chavalitkul, Olivier Margeat, Jörg Ackermann, Stephan Dubas

Thin Solid Films 711:138272 (2020)10.1016/j.tsf.2020.138272

Visualizing morphological principles for efficient photocurrent generation in organic non-fullerene acceptor blends

Wolfgang Köntges, Pavlo Perkhun, Jochen Kammerer, Riva Alkarsifi, Uli Würfel, Olivier Margeat, Christine Videlot-Ackermann, Jean-Jacques Simon, Rasmus Schröder, Jörg Ackermann, Martin Pfannmöller

Energy & Environmental Science 13 (2020)10.1039/c9ee03535d

Rectifying antennas for energy harvesting from the microwaves to visible light: A review

C.A. Reynaud, David Duché, Jean-Jacques Simon, Estéban Sanchez-Adaime, O. Margeat, Jörg Ackermann, Vikas Jangid, Chrystelle Lebouin, Damien Brunel, Frederic Dumur, Didier Gigmes, Gérard Berginc, C.A. Nijhuis, Ludovic Escoubas

Progress in Quantum Electronics 72:100265 (2020)10.1016/j.pquantelec.2020.100265

Long-standing Optically-excited Magnetic States in ZnO Nanoparticles

Adrien Savoyant, Clément Sebastiao, Olivier Margeat

physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters (2020)10.1002/pssr.202000176

2019

UV-enhanced Ozone Sensing Response of Al-doped Zinc Oxide Nanocrystals at Room Temperature

Sandrine Bernardini, Tomas Fiorido, Khalifa Aguir, O. Margeat, J. Ackermann, C. Videlot-Ackermann

Materials Today: Proceedings 6:310-313 (2019)

Design and realization of light absorbers using plasmonic nanoparticles

Ludovic Escoubas, Miriam Carlberg, Judikaël Le Rouzo, Florent Pourcin, Jörg Ackermann, Olivier Margeat, Clement Reynaud, David Duche, Jean-Jacques Simon, Rose-Marie Sauvage, Gérard Berginc

Progress in Quantum Electronics (2019)10.1016/j.pquantelec.2018.12.001

A new antimony-based organic-inorganic hybrid material as electron extraction layer for efficient and stable polymer solar cells

Donia Fredj, Riva Alkarsifi, Florent Pourcin, Xianjie Liu, Nassira Chniba Boudjada, Pascal Pierron, Ali Nourdine, Mohamed Boujelbene, Mats Fahlman, Christine Videlot-Ackermann, Lionel Flandin, Sadok Ben Dkhil, Olivier Margeat, Jörg Ackermann

ACS Applied Materials & Interfaces 11:44820-44828 (2019)10.1021/acsami.9b12409

Plasmonic nanocomposites based on silver nanocube-polymer blends displaying Nearly Perfect Absorption in the UV region

Florent Pourcin, Clément Reynaud, Miriam Carlberg, Judikaël Le Rouzo, David Duche, Jean-Jacques Simon, Ludovic Escoubas, Rose-Marie Sauvage, Gerard Berginc, Olivier Margeat, Jörg Ackermann

Langmuir 35:2179-2187 (2019)10.1021/acs.langmuir.8b03003

Light-induced High-spin State in ZnO Nanoparticles

Adrien Savoyant, M Rollo, M. Texier, R. Adam, S. Bernardini, O. Pilone, O. Margeat, O Nur, M Willander, S. Bertaina

Nanotechnology (2019)10.1088/1361-6528/ab57f1

2018

Interplay of Interfacial Layers and Blend Composition To Reduce Thermal Degradation of Polymer Solar Cells at High Temperature

Sadok Ben Dkhil, Martin Pfannmöller, Rasmus Schröder, Riva Alkarsifi, Meriem Gaceur, Wolfgang Köntges, Hamed Heidari, Sara Bals, Olivier Margeat, Jörg Ackermann, Christine Videlot-Ackermann

ACS Applied Materials & Interfaces 10:3874-3884 (2018)10.1021/acsami.7b17021

Ammonia Detection at Low Temperature by Tungsten Oxide Nanowires

Sandrine Bernardini, Florent Pourcin, Nassirou Nambiema, Olivier Margeat, Khalifa Aguir, Christine Videlot-Ackermann, Jörg Ackermann, Marc Bendahan

Proceedings 2:983 (2018)10.3390/proceedings2130983

NO2 Gas Sensing at Room Temperature under Ultra- Violet Light of ZnO Nanocrystals

Sandrine Bernardini, Mohamed Hameda Benchekroun, Khalifa Aguir, Olivier Margeat, Jörg Ackermann, Christine Videlot-Ackermann

Sensors & Transducers Journal 222:1-5 (2018)

Fabrication and Characterization of Hybrid organic-inorganic electron extraction layers for polymer solar cells towards improved processing robustness and air stability

Donia Fredj, Florent Pourcin, Riva Alkarsifi, Volkan Kilinc, Xianjie Liu, Sadok Ben Dkhil, Nassira Chniba Boudjada, Mats Fahlman, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Jörg Ackermann, Mohamed Boujelbene

ACS Applied Materials & Interfaces 10:17309-17317 (2018)10.1021/acsami.7b16297

Statistical Analysis of Secondary Electron Spectroscopic Images Using Ultra-Low Energies Reveal Nanoscale Surface Morphology of Functional Organic Blends

Jochen Kammerer, Riva Alkarsifi, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Bernd Schindler, Irene Wacker, Jörg Ackermann, Rasmus Schroder, Martin Pfannmoller

Microscopy and Microanalysis 24:628-629 (2018)

Correct determination of charge transfer state energy from luminescence spectra in organic solar cells

Mathias List, Tanmoy Sarkar, Pavlo Perkhun, Jörg Ackermann, Chieh Luo, Uli Würfel

Nature Communications 9 (2018)10.1038/s41467-018-05987-8

Silver Growth on Tungsten Oxide Nanowires for Nitrogen Dioxide Sensing at Low Temperature †

Florent Pourcin, Sandrine Bernardini, Christine Videlot-Ackermann, Nassirou Nambiema, Jincheng Liu, Khalifa Aguir, Olivier Margeat, Jörg Ackermann

Proceedings 2 (2018)10.3390/proceedings2130946

Enhancing Reproducibility and Nonlocal Effects in Film-Coupled Nanoantennas

Clément Reynaud, David Duche, Judikaël Le Rouzo, Antoine Nasser, Laurent Nony, Florent Pourcin, Olivier Margeat, Jorg Ackermann, Gérard Berginc, Christian Nijhuis, Ludovic Escoubas, Jean-Jacques Simon

Advanced Optical Materials 6:1801177 (2018)10.1002/adom.201801177

2017

The influence of branched alkyl side chains in A-D-A oligothiophenes on the photovoltaic performance and morphology of solution-processed bulk-heterojunction solar cells

Ibrahim Ata, Sadok Ben Dkhil, Martin Pfannmoeller, Sara Bals, David Duche, Jean-Jacques Simon, Tomoyuki Koganezawa, Noriyuki Yoshimoto, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Joerg Ackermann, Peter Baeuerle

Organic Chemistry Frontiers 4:1561-1573 (2017)10.1039/c7qo00222j

Reduction of Charge-Carrier Recombination at ZnO–Polymer Blend Interfaces in PTB7-Based Bulk Heterojunction Solar Cells Using Regular Device Structure: Impact of ZnO Nanoparticle Size and Surfactant

Sadok Ben Dkhil, Meriem Gaceur, Abdou Karim Diallo, Yahia Didane, Xianjie Liu, Mats Fahlman, Olivier Margeat, Jörg Ackermann, Christine Videlot-Ackermann

ACS Applied Materials & Interfaces 9:17256-17264 (2017)10.1021/acsami.7b01361

Aluminum-doped Zinc Oxide Nanoparticles Sensing Properties Enhanced by Ultraviolet Light

Sandrine Bernardini, Tomas Fiorido, Khalifa Aguir, Meriem Gaceur, Olivier Margeat, Jorg Ackermann, Christine Videlot-Ackermann

International Journal On Advances in Systems and Measurements 10:206-211 (2017)

Optical characterizations of silver nanoprisms embedded in polymer thin film layers

Miriam Carlberg, Florent Pourcin, Olivier Margeat, Judikaël Le Rouzo, Gérard Berginc, Rose-Marie Sauvage, Jörg Ackermann, Ludovic Escoubas

Journal of Nanophotonics 11 (2017)10.1117/1.JNP.11.043504

Optical response of heterogeneous layer containing silver nanoparticles

Miriam Carlberg, Florent Pourcin, Olivier Margeat, Judikaël Le Rouzo, Gérard Berginc, Rose-Marie Sauvage, Jörg Ackermann, Ludovic Escoubas

Beilstein Journal of Nanotechnology 8:1065-1072 (2017)10.3762/bjnano.8.108

Optical response of heterogeneous layer containing silver nanospheres and nanoprisms

Miriam Carlberg, Florent Pourcin, Olivier Margeat, Judikaël Le Rouzo, Rose-Marie Sauvage, Gerard Berginc, Jorg Ackermann, Ludovic Escoubas

Materials Today: Proceedings 4:S3-S11 (2017)10.1016/j.matpr.2017.05.004

Spectroscopic ellipsometry study of silver nanospheres and nanocubes in thin film layers (Optical properties of heterogeneous thin films: silver nanoparticles in PVP Optical study of silver nanocubes and nanospheres in a PVP thin film layers Optical behavior of heterogenous thin film layers including silver nanaoparticle)

Miriam Carlberg, Florent Pourcin, Olivier Margeat, Judikaël Le Rouzo, Gérard Berginc, Rose-Marie Sauvage, Jörg Ackermann, Ludovic Escoubas

Optical Materials Express 7 (2017)10.1364/OME.7.004241

Ternary organic solar cells with enhanced open circuit voltage

Chuanfei Wang, Xiaofeng Xu, Wei Zhang, Sadok Ben Dkhil, Xiangyi Meng, Xianjie Liu, Olivier Margeat, Arkady Yartsev, Wei Ma, Jorg Ackermann, Ergang Wang, Mats Fahlman

Nano Energy 37:24-31 (2017)10.1016/j.nanoen.2017.04.060

Financement

Ingénierie moléculaire et matériaux fonctionnels Ingénierie moléculaire et matériaux fonctionnels 1 Sources et sondes ponctuelles 2Équipe Ackermann 1

  • Bourse Doc2AMU : Impression numérique de cellules solaires organiques utilisant des accepteurs non fullerène

  • ANR NFA-15 : Cellules solaires organiques à base d'accepteur non fullerène avec un rendement de 15% et une durée de vie de 10 ans

  • ANR Fluohyb: Nouveaux Hybrides Fluorescents basés sur le concept de l’émission induite par agrégation de chromophores organiques

  • ANR BELUGA : Laboratoire sur disque pour la surveillance in situ de la qualité des eaux de surface par biocapteurs à algues et capteurs physico-chimiques

  • Contrat de collaboration avec la société Dracula Technologie pour le développement de procédés d’impression numérique de cellules solaires organiques

Équipements

  • Salle de fabrication de dispositifs opto-électroniques par voie liquide incluant les techniques d’impression de jet d’encre, doctor blading et dépôt par tournette. Réalisation des dispositifs sous atmosphère inerte à l'intérieur de boîtes à gants ou à l'air.

  • Équipement pour la synthèse de nanoparticules, caractérisation des nanoparticules par TGA et spectroscopie infrarouge, équipement pour formuler et caractériser des encres.

  • Banc de test de la stabilité des cellules solaires.

  • Équipement pour la réalisation de couches minces organiques ou métalliques par évaporation sous vide.

  • Mesures I-V, EQE, IQE.

  • Mesure de la mobilité des charges par effet de champ (transistor).

Collaborations

National

  • Prof. M. Hissler, Dr. P.-A. Bouilt, Université de Rennes 1, France
  • Dr. Bernard Geffroy, Dr. Denis Tondolier, LPICM, Ecole Polytechnique , France
  • Prof. J.J Simon, Prof. L. Escoubas, Dr. D. Duché, Dr. J. Le Rouzo, Dr. M. Pasquinelli, Dr. C. Ruiz-Herrero, équipe LUMEN-PV à l’IM2NP , France
  • Prof. M. Bendahan, Prof. K. Aguir et Dr S. Bernardini, équipe Microcapteurs Instrumentation (MCI) à l’IM2NP, France
  • Dr. I. Seguy, Dr. E. Bedel Pereira, Dr. J. Launay, Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS), UPR 8001, France
  • Dr. A. Rivaton, Université de Clermont-Ferrand, France
  • Dr. Renaud Demadrille, INAC/SYMMES, CEA Grenoble, France

International

  • Dr. Alessendro Mattoni, Sardinian Laboratory for Computational Materials Science, Università di Cagliari, Italie
  • Prof. Juan Bisquert, Dr. Antonio Guerrero, Institute of Advanced Materials (INAM), Universitat Jaume I, Castelló, Espagne
  • Dr. Noriyuki Yoshimoto, Department of Materials Science and Engineering, Iwate University, Ueda Morioka, Japon
  • Prof. Mats Fahlman, Department of Physics, Chemistry and Biology Linkoping University, 58183 Linkoping, Suède
  • Dr. Martin Pfannmöller, Centre for Advanced Materials, Heidelberg University, Heidelberg, Allemagne
  • Dr. Uli Würfel, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE), Freiburg, Allemagne

Brevets

  • Cellule photovoltaïque et son procédé de fabrication

Brevet national, P. Pierron, S. Ben Dkhil, O. Margeat, J. Ackermann, N° 856062 date de dépôt le 29 juin 2018

 

  • Composition de polymère conducteur et son procédé de fabrication

Brevet national, P. Pierron, S. Ben Dkhil, O. Margeat, J. Ackermann, N° 1856060 date de dépôt le 29 juin 2018

 

  • Cellules et modules solaires multicolores ainsi que LEDs en utilisant des couches photoactives structurées composées de différents matériaux photovoltaïques

Brevet international, S. Ben Dkhil, O. Margeat, C. Videlot-Ackermann, J. Ackermann, D. Duché, L. Escoubas J.-J. Simon. EP 17157916.2 , date de dépôt : 24 février 2017

 

  • Dispositif multicolore de conversion d’energie et procede de strucuration tridimensionelle

Brevet national, Roussot, T.; Barret, M.; Pierrot P.; Duché, D., Simon, Jean-Jacques, Escoubas L.; Ackermann, J.; Margeat, Olivier, Ben Dkhil Sadok, No.16 50813

 

  • Nanomatériaux hybrides luminescents à émission induite par agrégation

M. Hissler, P.A. Bouilt, O. Margeat, J. Ackermann, Brevet national, jour de depot:18/06/2014, N°: 14173001.0-1508

Liens utiles

  • GDR CNRS 3368 : Organic Electronics for the New Era (OERA)

  • Projet ANR BELUGA : Laboratoire sur disque pour la surveillance in situ de la qualité des eaux de surface par biocapteurs à algues et capteurs physico-chimiques

  • Projet ANR NFA-15 : Cellules solaires organiques à base d'accepteur non fullerène avec un rendement de 15% et une durée de vie de 10 ans

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