Révolutionner la recherche sur les cellules solaires : Laboratoire intelligent automatisé à l'Université de Montréal

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

Cet article met en vedette 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 vise à accélérer la recherche de l'Université sur les cellules solaires, pour une énergie plus verte et plus propre.

 

Le 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 de cellules solaires sont les blocs de construction électriques des panneaux solaires. Couramment utilisés pour produire de l'énergie propre, ils peuvent aussi 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 plateforme d'automatisation rapide pour explorer de nouveaux matériaux et méthodes de production de cellules solaires.

 

Défis de l'automatisation

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

Solutions

Pour le composant robot, le Dr Chartrand a sélectionné le plus petit bras robotique six axes au monde, le Meca500. Monter le robot sur un axe linéaire a grandement amélioré sa portée, au-delà de ce qui aurait été possible en utilisant un robot plus grand. Le positionnement minute et reproductible du robot a éliminé le besoin d'un système d'alignement utilisant la vision ou d'autres moyens.

De mouvements manuels à mouvements robotisés

 D'abord, le robot place un rack sur sa base. Ensuite, il transfère un substrat en verre de la base vers le centrifugeur (spin-coater). Ensuite, un manipulateur de liquides prépare et dépose des liquides sur le substrat en verre, suivi d'une plaque chauffante pour le recuit (traitement thermique). Une fois un temps défini atteint, le robot retire le substrat en 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 la dépôt de métal.    

Avantages

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

 

À propos du Dr Chartrand

Le Dr Daniel Chartrand détient un Ph.D. en Chimie de Coordination de l'Université de Montréal, où il travaille depuis quatorze ans. Il est actuellement Conseiller en Recherche au Département de Chimie, Laboratoire d'Analyse de l'Activité Photochimique des Matériaux et Molécules (LAMP). Le Dr Chartrand a développé une passion pour la conception et la mise en œuvre d'automatisations pour améliorer le débit des techniques analytiques, comme cette caractérisation robotisée de dispositifs solaires.

L'Université de Montréal

L'Université de Montréal est l'une des principales universités de recherche au monde. Fondée en 1878, à Montréal, Québec, l'université vise à contribuer au bien-être sociétal en se plaçant à l'avant-garde de la connaissance. Avec cet objectif, l'université a inauguré un nouveau complexe scientifique à la pointe de la technologie connu sous le nom de Campus MIL en 2019, pour la recherche de pointe. En savoir plus >

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