La crise de l’énergie ainsi que les problèmes écologiques sont considérés comme les défis parmi les plus importants de demain. Dans ce contexte, les matériaux chalcogénures sont aussi très étudiés et largement utilisés afin de promouvoir un futur où seraient valorisées les énergies renouvelables limitant les rejets de CO2 (thermoélectricité, cellules photovoltaïques, batteries, …).
Dans le domaine de la thermoélectricité, grâce à leur caractère semi‐conducteur à faible gap, de nombreuses phases cristallines de chalcogénures présentent des figures de mérite thermoélectrique (ZT) parmi les plus élevées du domaine (Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3,…) et font donc l’objet de produits commerciaux (ex. des dispositifs Peltier majoritairement à base de Bi2Te3) et d’intenses recherches afin d’améliorer encore leur pouvoir de conversion via l’ingénierie des matériaux (alliages et hétérostructures, nanostructuration/nanocomposites, dopage …) afin de pouvoir diminuer le transport thermique (principalement en jouant sur la diffusion des phonons) sans affecter le transport électronique et donc leur conductivité électronique.
Dans le domaine de l’énergie photovoltaïque, de grands espoirs reposent sur l’utilisation de cellules en couches minces chalcogénures pour atteindre des coûts compétitifs comparés à ceux des énergies fossiles et avec l’espoir de rendements de conversion pouvant concurrencer la technologie PV dominante principalement à base de Si. Le matériau avec le rendement de conversion le plus élevé fait partie de la famille de chalcogénures est un alliage à base de Cu-In-Ga-Se plus communément appelé CIGS. Parallèlement, le « dopage » des matériaux chalcogénures à base de S ou Se par des ions alcalins (Li, Na) leur confère des conductivités ioniques jusqu’à 1000 fois plus élevées que celle de leurs homologues oxydes. Grace à cette propriété, les chalcogénures vitrocéramiques conducteurs par ions Li+ sont de plus en plus souvent proposés pour le développement de batteries tout solide, car la précipitions de cristallites dans le matériau chalcogénure permet d’améliorer à la fois sa conductivité électronique mais aussi sa stabilité électrochimique. Dans tous ces domaines la recherche, l’activité est pilotée par la découverte et l’optimisation de nouveaux matériaux (nanocomposites, couches minces, vitrocéramiques…) permettant d’augmenter
les rendements de la conversion énergétique.
image : © Cyril FRESILLON/INL/CNRS Photothèque