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  • Innovazione tecnologica per un'illuminazione più economica e celle solari flessibili

    Sorgenti luminose OLED flessibili su elettrodi trasparenti sviluppate all'interno di TREASORES. Questi OLED sono stati realizzati da Fraunhofer FEP utilizzando un processo roll-to-roll. Credito:Fraunhofer FEP

    Nel novembre 2012, il progetto TREASORES (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) è iniziato con l'obiettivo di sviluppare tecnologie per ridurre drasticamente i costi di produzione di dispositivi elettronici organici come celle solari e pannelli di illuminazione a LED. Finanziato con 9 milioni di euro dalla Commissione Europea e ulteriori 6 milioni di euro dai partner del progetto, il progetto da allora ha prodotto sette domande di brevetto, una dozzina di pubblicazioni sottoposte a revisione paritaria e fornito contributi alle organizzazioni internazionali di normalizzazione.

    Più importante, il progetto ha sviluppato e potenziato i processi di produzione per diversi nuovi elettrodi trasparenti e materiali barriera da utilizzare nella prossima generazione di optoelettronica flessibile. Tre di questi elettrodi su substrati flessibili che utilizzano nanotubi di carbonio, fibre metalliche o argento sottile sono già prodotti commercialmente, o dovrebbe essere così a partire da quest'anno. I nuovi elettrodi sono stati testati con diversi tipi di dispositivi optoelettronici utilizzando rotoli di oltre 100 metri di lunghezza, e si è rivelato particolarmente adatto per sorgenti luminose e celle solari di nuova generazione. Il rotolo di sorgenti luminose OLED con il logo del progetto è stato realizzato utilizzando tecniche roll-to-roll presso il Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Tecnologia a fascio di elettroni e plasma (Fraunhofer FEP) su un sottile elettrodo d'argento sviluppato nell'ambito del progetto da Rowo Coating GmbH. Tali tecniche di elaborazione promettono di rendere le sorgenti luminose e le celle solari molto più economiche in futuro, ma richiedono elettrodi flessibili e trasparenti e barriere impermeabili all'acqua - anch'essi sviluppati dal progetto TREASORES. Gli elettrodi del progetto sono tecnicamente buoni almeno quanto quelli attualmente utilizzati (realizzati in ossido di indio-stagno, ITO) ma sarà più economico da produrre e non dipenderà dall'importazione di indio. Tomasz Wanski del Fraunhofer FEP ha affermato che a causa dei nuovi elettrodi, la sorgente luminosa OLED era molto omogenea su una vasta area, raggiungendo un'efficienza di 25 lumen per watt, buona quanto il processo di produzione da foglio a foglio molto più lento per dispositivi equivalenti. Nel corso del progetto, nuovi metodi di test sono stati sviluppati dal National Physical Laboratory nel Regno Unito per assicurarsi che gli elettrodi continuassero a funzionare dopo essere stati piegati ripetutamente, un test che potrebbe diventare uno standard nel settore.

    Un ulteriore risultato del progetto è stato lo sviluppo, test e scale-up di produzione di nuovi approcci alle pellicole barriera trasparenti (strati di plastica che impediscono all'ossigeno e al vapore acqueo di raggiungere i dispositivi elettronici organici sensibili). Sono state prodotte barriere ad alte prestazioni a basso costo e si prevede che l'azienda svizzera Amcor Flexibles Kreuzlingen adotterà questa tecnologia dopo un ulteriore sviluppo. Tali barriere ad alte prestazioni sono essenziali per ottenere le lunghe durate dei dispositivi necessarie per il successo commerciale, come confermato da un'analisi del ciclo di vita (LCA) completata durante il progetto, le celle solari valgono economicamente o ecologicamente solo se la loro efficienza e durata sono sufficientemente elevate. Combinando la produzione di barriere con elettrodi (invece di utilizzare due substrati plastici separati), il progetto ha dimostrato che i costi di produzione possono essere ulteriormente ridotti e i dispositivi resi più sottili e flessibili.

    Gli elettrodi in tessuto flessibile sono stati prodotti in un processo roll-to-roll da fili metallici intrecciati incorporati. Ciò si traduce in un elettrodo trasparente e flessibile con una resistività elettrica molto bassa e un'elevata trasmissione ottica totale in tutto lo spettro visibile e vicino all'infrarosso. Credito:Sefar AG

    La sfida principale che il progetto ha dovuto affrontare è stata quella di rendere la barriera e le lamine degli elettrodi estremamente piatte, liscio e pulito. I dispositivi optoelettronici hanno strati attivi di poche centinaia di nanometri (meno dell'uno percento della larghezza di un capello umano), e anche piccole irregolarità della superficie o particelle di polvere invisibilmente minuscole possono rovinare la resa del dispositivo o portare a un'illuminazione non uniforme ea tempi di vita brevi.

    Il progetto TREASORES ha riunito nove aziende con sei istituti di ricerca di cinque paesi ed è stato guidato da Frank Nüesch dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa). "Non vedo l'ora di vedere i primi prodotti commerciali realizzati con i materiali del progetto nel 2016", dice Nuesch.

    Michael Niggemann, Il Chief Technology Officer di Eight19 Ltd nel Regno Unito ha dichiarato:"Il progetto TREASORES è stato un successo per Eight19 in quanto ha contribuito in modo significativo alla riduzione dei costi di produzione delle celle solari in plastica di Eight19. Ciò è stato ottenuto attraverso lo sviluppo personalizzato e l'upscaling di barriere ed elettrodi a basso costo nel consorzio del progetto. È un passo essenziale verso la commercializzazione del fotovoltaico organico di Eight19 basato su una tecnologia sviluppata e prodotta in Europa."

    La ricerca che ha portato a questi risultati ha ricevuto finanziamenti dal Settimo programma quadro dell'Unione europea (FP7/2007-2013) nell'ambito dell'accordo di sovvenzione 314068.


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