Automatisation d'une plate-forme de recherche sur les cellules solaires :un laboratoire intelligent pour une énergie plus verte

Les laboratoires de chimie d'aujourd'hui visent à travailler plus intelligemment, pas plus dur. Une reproductibilité et une vitesse plus élevées augmentent le débit et la qualité de la recherche. N'étant plus aux prises avec des tâches fastidieuses et répétitives, les scientifiques sont enfin libérés pour se concentrer sur des aspects plus créatifs de leur travail.

Cet article présente le Dr Daniel Chartrand, Ph.D. et la plateforme d'automatisation qu'il a construite à l'Université de Montréal (U de M). La plateforme est destinée à accélérer les recherches de l'Université sur les cellules solaires, pour une énergie plus verte et plus propre.

Dr. Chartrand avait besoin d'automatiser la fabrication et la caractérisation de petites cellules solaires de test dans des enceintes à atmosphère inerte.

Cellules solaires

Les cellules solaires génèrent de l'énergie lorsque la lumière, ou les photons, sont absorbés par des matériaux semi-conducteurs et convertis en électricité. Les dispositifs à cellules solaires sont les blocs de construction électriques des panneaux solaires. Couramment utilisés pour produire de l'énergie propre, ils peuvent également détecter la lumière et mesurer son intensité.

La production de cellules solaires n'est pas toujours respectueuse de l'environnement en raison des matériaux et de l'énergie qu'elle consomme. C'est pourquoi les chercheurs du monde entier cherchent de meilleures façons de les produire.

Le système du Dr Chartrand fournit aux chercheurs du laboratoire de chimie de l'U de M une plate-forme d'automatisation rapide pour explorer de nouveaux matériaux et méthodes de production de cellules solaires.

Défis d'automatisation

Les substrats de verre nécessaires à cette recherche sont délicats. Chacun doit être soigneusement manipulé à l'intérieur d'une chambre à atmosphère inerte dans exactement les mêmes conditions. Ce défi nécessitait un petit robot compact mais très précis capable de manœuvrer dans un espace exigu. De plus, les composants de la plate-forme devaient être abordables, mais hautement fiables et faciles à utiliser.

Solutions

Pour le volet robot, le Dr Chartrand a sélectionné le plus petit bras robotisé à six axes au monde, le Meca500. Le montage du robot sur un axe linéaire a considérablement amélioré sa portée, au-delà de ce qui aurait pu être gagné en utilisant un robot plus gros. Le positionnement minutieux et reproductible du robot a supprimé le besoin d'un système d'alignement utilisant la vision ou d'autres moyens.

Du mouvement manuel au mouvement robotisé

Tout d'abord, le robot place un rack sur sa base. Ensuite, il transfère un substrat en verre de la base au spin-coater. Ensuite, un gestionnaire de liquide prépare et dépose des liquides sur le substrat en verre, suivi d'une plaque chauffante pour le recuit (traitement thermique). Une fois qu'un temps défini est atteint, le robot retire le substrat de verre de la plaque, le retourne et le dépose dans un plateau qui, une fois plein, est chargé par le robot dans une chambre à vide pour le dépôt de métal.

Avantages

Grâce à cette plateforme :Le débit est multiplié par 10 . Des mouvements minuscules et reproductibles sont possibles, tout comme des préparations de solution et des temps de recuit variables. Cela se traduit par une meilleure qualité de recherche. Surtout, l'automatisation du Dr Chartrand libère les chercheurs des aspects fastidieux et répétitifs de leur travail afin qu'ils puissent se concentrer sur l'innovation, au service de l'environnement.

À propos du Dr Chartrand

Le Dr Daniel Chartrand est titulaire d'un doctorat. en chimie de coordination de l'Université de Montréal, où il travaille depuis quatorze ans. Il est actuellement conseiller de recherche au Laboratoire d'analyse de la photoactivité des matériaux et des molécules (LAMP) du Département de chimie. Le Dr Chartrand a développé une passion pour la conception et la mise en œuvre d'automatisations pour améliorer le débit des techniques analytiques, telles que cette caractérisation robotisée des dispositifs solaires.

L'Université de Montréal

L'Université de Montréal est l'une des meilleures universités de recherche au monde. Fondée en 1878, à Montréal, au Québec, l'université vise à contribuer au bien-être de la société en se plaçant à la pointe du savoir. Dans ce but, l'université a inauguré en 2019 un nouveau complexe scientifique de pointe connu sous le nom de Campus MIL, pour une recherche de pointe. En savoir plus>

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