Films piézoélectriques flexibles pour la récupération d’énergie
Résumé
Dans le cadre des projets N-air-J, MIGAC et Airbivore, financés respectivement par la région Pays de la Loire, le RFI WISE et le CNRS, des films piézoélectriques flexibles de zircono-titanate de plomb (PZT) ont été développés sur substrat flexibles au sein de l’Institut d’Électronique et de Télécommunications de Rennes (IETR). L’objectif principal de ces projets est d’étudier la possibilité de récupérer l’énergie mécanique de courants d’air grâce à l’utilisation de micro-générateurs piézoélectriques flexibles. Les couches minces de PZT, lorsque elles sont électriquement polarisées, possèdent en effet des propriétés piézoélectriques macroscopiques leur permettant de convertir l’énergie mécanique en énergie électrique, et inversement. De par le budget thermique élevé nécessaire à la cristallisation du PZT (autour de 650 °C), ces couches minces sont généralement déposées sur des substrats rigides de silicium, de saphir ou encore de MgO.
Dans cette présentation est décrit le procédé de fabrication par Chemical Solution Deposition (CSD) de films de PZT flexibles déposés sur feuille d’aluminium en structure Métal-Isolant-Métal (MIM)1, ainsi que les caractérisations ferroélectriques et piézoélectriques des condensateurs obtenus. De par leur faible épaisseur (20 µm) et la conformabilité de l’aluminium, les films réalisés sont facilement découpables et permettent d’obtenir des géométries originales.
Ces films, étant réalisés pour des applications de récupération d’énergie, ont été caractérisés sur un banc mécanique à des fréquences d’excitations forcées très basses (dans la gamme de l’Hertz). Du fait de la forte permittivité du PZT et de sa faible épaisseur, le générateur piézoélectrique présente une forte capacité (autour de 200 nF), ce qui limite la tension de sortie du générateur à quelques centaines de millivolts. Afin d’augmenter cette tension de sortie, et par conséquent la puissance du générateur, le film de PZT est transféré par voie chimique sur un film polymère de polytéréphtalate d’éthylène (PET). La suppression du plan de masse, allié à une structure d’électrodes interdigitées (IDE) permet d’obtenir des tensions de sortie supérieures à 30V.