Sources lumineuses OLED flexibles sur électrodes transparentes développées au sein de TREASORES. Ces OLED ont été fabriquées par Fraunhofer FEP en utilisant un processus roll-to-roll. Crédit :Fraunhofer FEP
En novembre 2012, le projet TREASORES (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) a débuté dans le but de développer des technologies permettant de réduire considérablement les coûts de production d'appareils électroniques organiques tels que les cellules solaires et les panneaux d'éclairage à LED. Financé avec 9 millions d'euros de la Commission européenne et 6 millions d'euros supplémentaires des partenaires du projet, le projet a depuis produit sept demandes de brevet, une douzaine de publications évaluées par des pairs et fourni des contributions aux organisations internationales de normalisation.
Plus important encore, le projet a développé et mis à l'échelle des processus de production pour plusieurs nouveaux matériaux transparents d'électrode et de barrière à utiliser dans la prochaine génération d'optoélectronique flexible. Trois de ces électrodes sur substrats flexibles qui utilisent soit des nanotubes de carbone, des fibres métalliques ou de l'argent fin sont soit déjà produits commercialement, ou devrait l'être à partir de cette année. Les nouvelles électrodes ont été testées avec plusieurs types de dispositifs optoélectroniques utilisant des rouleaux de plus de 100 mètres de long, et s'est avéré particulièrement adapté aux sources lumineuses et aux cellules solaires de nouvelle génération. Le rouleau de sources lumineuses OLED avec le logo du projet a été réalisé à l'aide de techniques roll-to-roll à l'Institut Fraunhofer d'électronique organique, Technologie par faisceau d'électrons et plasma (Fraunhofer FEP) sur une électrode mince en argent développée dans le cadre du projet par Rowo Coating GmbH. De telles techniques de traitement promettent de rendre les sources lumineuses et les cellules solaires beaucoup moins chères à l'avenir, mais nécessitent des électrodes souples et transparentes et des barrières imperméables à l'eau - qui ont également été développées par le projet TREASORES. Les électrodes du projet sont techniquement au moins aussi bonnes que celles actuellement utilisées (en oxyde d'indium étain, ITO) mais sera moins cher à fabriquer et ne dépendra pas de l'importation d'indium. Tomasz Wanski du Fraunhofer FEP a déclaré qu'en raison des nouvelles électrodes, la source lumineuse OLED était très homogène sur une grande surface, atteindre une efficacité de 25 lumens par watt - aussi bonne que le processus de production feuille à feuille beaucoup plus lent pour des appareils équivalents. Au cours du projet, de nouvelles méthodes de test ont été développées par le National Physical Laboratory au Royaume-Uni pour s'assurer que les électrodes fonctionneraient toujours après avoir été pliées à plusieurs reprises - un test qui pourrait devenir une norme dans le domaine.
Un autre résultat du projet a été le développement, test et mise à l'échelle de la production de nouvelles approches pour les feuilles barrières transparentes (couches de plastique qui empêchent l'oxygène et la vapeur d'eau d'atteindre les dispositifs électroniques organiques sensibles). Des barrières hautes performances à faible coût ont été produites et il est prévu que la société suisse Amcor Flexibles Kreuzlingen adoptera cette technologie après un développement ultérieur. Ces barrières hautes performances sont essentielles pour atteindre les longues durées de vie des appareils nécessaires au succès commercial - comme le confirme une analyse du cycle de vie (ACV) réalisée au cours du projet, les cellules solaires ne sont économiquement ou écologiquement intéressantes que si leur efficacité et leur durée de vie sont suffisamment élevées. En combinant la production de barrières avec des électrodes (au lieu d'utiliser deux substrats plastiques séparés), le projet a montré que les coûts de production peuvent être encore réduits et les appareils rendus plus minces et plus flexibles.
Des électrodes en tissu flexible ont été produites dans un processus rouleau à rouleau par des fils métalliques tissés incorporés. Il en résulte une électrode transparente et flexible avec une très faible résistivité électrique et une transmission optique totale élevée dans tout le spectre visible et proche infrarouge. Crédit :Sefar AG
Le principal défi auquel le projet a dû faire face était de rendre la barrière et les feuilles d'électrode extrêmement plates, lisse et propre. Les dispositifs optoélectroniques ont des couches actives de quelques centaines de nanomètres seulement (moins d'un pour cent de la largeur d'un cheveu humain), et même de petites irrégularités de surface ou de minuscules particules de poussière invisibles peuvent ruiner le rendement de l'appareil ou conduire à un éclairage inégal et à une courte durée de vie.
Le projet TREASORES a réuni neuf entreprises avec six instituts de recherche de cinq pays et était dirigé par Frank Nüesch des Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux (Empa). "Je suis très impatient de voir les premiers produits commerciaux fabriqués à partir des matériaux du projet en 2016", dit Nüesch.
Michael Niggemann, Le directeur de la technologie d'Eight19 Ltd au Royaume-Uni a déclaré :« Le projet TREASORES a été un succès pour Eight19 car il a contribué de manière significative à la réduction des coûts de fabrication des cellules solaires en plastique d'Eight19. Cela a été réalisé grâce au développement personnalisé et à la mise à l'échelle de barrières et d'électrodes à faible coût dans le consortium du projet. Il s'agit d'une étape essentielle vers la commercialisation du photovoltaïque organique d'Eight19 basé sur une technologie développée et produite en Europe.
La recherche menant à ces résultats a reçu un financement du septième programme-cadre de l'Union européenne (7e PC/2007-2013) au titre de la convention de subvention 314068.