Composants à base d’asphaltène utilisés comme matériaux électroniques organiques

Aperçu

La majeure partie des ressources pétrolières mondiales sont sous la forme de bitume mélangé à du sable et à de l'argile. Ces dépôts sont généralement qualifiés de sables bitumineux. L'extraction du bitume de cette source nécessite un apport d'énergie plus important relativement à ce qui est requis pour le pétrole brut conventionnel. Peut-être plus important encore, le processus requiert également l'utilisation d'eau douce et de feuilles derrière de grands bassins de résidus temporaires.

Le bitume des sables pétrolifères contient d'importantes quantités d'asphaltènes qui peuvent former des dépôts dans les puits et les pipelines, ainsi que des nanoagrégats dans certaines conditions.

Les composants à base d'asphaltène sont utiles comme matériaux électroniques organiques, en particulier sous la forme de couches minces dans les dispositifs électroniques organiques, tels que des appareils optoélectroniques, notamment des photodiodes (p. ex., des cellules photovoltaïques), des phototransistors, des photomultiplicateurs, des circuits optiques intégrés, des cellules photorésistantes, etc.

Transfert de technologie

Cette technologie est disponible pour l'octroi de licence ou pour un développement plus approfondi par l'entremise d'une entente de recherche concertée avec le Conseil national de recherches du Canada (CNRC). Numéro de dossier CNRC pour cette occasion d'affaires : 12261

Applications commerciales

Photovoltaïques, dispositifs électroniques organiques, fabrication organique, couches minces.

Fonctionnement

Ce brevet permet d'utiliser un composant à base d'asphaltène comme matériau électronique organique.

Les composants à base d'asphaltène utiles pour la présente invention consistent de préférence essentiellement en un composant à base d'asphaltène naturel. L'asphaltène même est préférablement isolé du pétrole brut par précipitation à l'alcane C5 ou un alcane supérieur, préférablement un alcane C5-C8 (p. ex., pentanes, hexanes, heptanes, octanes ou mélange de ceux-ci). Le composant à base d'asphaltène consiste de préférence essentiellement en un agrégat de composants à base d'aryle relié par des chaînes alkyles. La masse moléculaire moyenne des monomères contenus dans les composants à base d'asphaltène est d'environ 4 000 g/mol ou moins. Dans le composant à base d'asphaltène, les monomères de ce composant peuvent se dimériser ou s'oligomériser par processus physiques. De préférence, le composant à base d'asphaltène consiste essentiellement en un composant élastique texturé à base d'asphaltène isolé de l'asphaltène par chromatographie sur gel.

En particulier, les monomères des composants à base d'asphaltène isolés par chromatographie sur gel ne sont pas contenus dans le chloroforme du volume interstitiel de deux colonnes de quatre pieds remplies de Bio-Beads S-X1 et un volume total d'environ 2 × 580 ml. Le composant à base d'asphaltène comprend, de préférence, moins de 8 % de soufre (environ) par unité de poids par rapport au poids total du composant à base d'asphaltène provenant de sources d'Athabasca. Cependant, il est reconnu que les asphaltènes provenant d'autres régions peuvent avoir une teneur en soufre inférieure.

Les matériaux organiques électroniques constitués d'asphaltène, conformément à la présente invention, sont utiles dans la fabrication de dispositifs électroniques, par exemple les cellules photovoltaïques, les dispositifs à mémoire, les dispositifs informatiques et d'autres dispositifs électroniques. Ce type de matériaux électroniques organiques s'avère particulièrement utile pour les dispositifs optoélectroniques, comme les photodiodes (c'est-à-dire les cellules photovoltaïques), les phototransistors, les photomultiplicateurs, les circuits optiques intégrés, les cellules photoconductrices et les dispositifs connexes.

De ce fait, un dispositif électronique organique supplémentaire est fourni. Ce dispositif est composé d'une couche de matériel électrodonneur qui est en contact avec une couche de matériel accepteur d'électrons; l'une de ces couches ou les deux couches sont dotées d'une pellicule d'un composant à base d'asphaltène.

Dans un dispositif électronique organique, un raccordement est formé entre les couches de matériel donneur d'électrons et de matériel accepteur d'électrons pour permettre aux électrons ou aux trous de se déplacer en cas d'exposition au rayonnement électromagnétique. C'est le principe de base du fonctionnement du dispositif électronique. Le matériel électrodonneur et le matériel accepteur d'électrons peuvent être composés d'un ou de plusieurs autres matériaux organiques conducteurs. Parmi les autres matériaux organiques conducteurs, on retrouve par exemple les pentacènes, les poly(acétylènes), les polypyrroles, les poly(thiophènes), c'est-à-dire les poly(3-alkylthiophènes), les polyanilines, les polythiophènes, le poly(sulfure de phénylène), les polyphénylènes-vinylènes, le polyindole, le polypyrène, le polycarbazole, le polyazulène, le polyazépine, les poly(fluorènes) et le polynaphthalène.

Selon un mode de réalisation illustratif d'un tel dispositif électronique organique, une cellule photovoltaïque est fournie. Cette dernière comprend une première couche conductrice d'électricité, une deuxième couche conductrice d'électricité, une couche de matériel électrodonneur, une couche de matériel accepteur d'électrons (les couches de matériel électrodonneur et de matériel accepteur d'électrons formant un raccordement) ainsi qu'une couche de matériel électrodonneur ou de matériel accepteur d'électrons, ou des deux, dotée d'une pellicule d'un composant à base d'asphaltène.

Dans la cellule photovoltaïque, les couches conductrices d'électricité peuvent être composées, entre autres, de matériaux métalliques, de matériaux conducteurs transparents ou d'une combinaison de ces matériaux. Il est préférable que les matériaux conducteurs transparents soient des oxydes conducteurs transparents (p. ex., l'oxyde d'étain et d'indium (ITO), le ZnO, le ZnO:Al, le SnO2 et le SnO2:F). Parmi les matériaux métalliques, on retrouve entre autres l'or, l'aluminium, l'argent et le molybdène. La cellule photovoltaïque peut aussi être composée d'un ou de plusieurs substrats transparents de sorte à protéger les couches et à faciliter la manipulation de la cellule. Un substrat transparent peut être composé, entre autres, de verre ou de plastique.

Le procédé de fabrication d'un dispositif électronique organique comprend la création de couches de divers composants à partir de couches minces. Les couches minces peuvent être créées à l'aide de n'importe quelle technique pertinente, par exemple la sérigraphie à partir d'une pâte, l'évaporation, la pulvérisation cathodique, le dépôt de pulvérisation, le dépôt par pyrolyse, le dépôt sous vide ou le revêtement d'une solution sol-gel à l'aide de la technique par rotation, de l'impression par jet d'encre ou de l'enrobage par trempage. Les couches peuvent subir des traitements ultérieurs, par exemple en effectuant l'impression ou le frittage de sorte à donner les caractéristiques voulues. La technique précise dépend du type de matériel en question.

Brevet en instance aux États-Unis et au Canada.

Avantages

Le matériel électronique organique est peu coûteux et provient d'une ressource naturelle. Aucun processus synthétique n'est requis pour fabriquer le matériel électronique organique.

Brevets

  • Dossier no 12261 du CNRC : Brevet en instance au Canada et aux États-Unis.

Renseignements

Pour en apprendre davantage sur cette technologie, veuillez communiquer avec :

Jose Raez, Chef des relations avec les clients
Téléphone : 780-641-1623
Courriel : Jose.Raez@nrc-cnrc.gc.ca

Licence rapide

Cette technologie du CNRC peut être utilisée pour la recherche et le développement en vertu du programme de licences rapides. Pour vous en procurer une, veuillez remplir le formulaire de commande de licence rapide.