Un passo avanti per le celle solari flessibili

Nel novembre 2012, il progetto UE TREASORES (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) è iniziato con l'obiettivo di ridurre notevolmente i costi di produzione di componenti organici come celle solari e pannelli LED. Il progetto è stato finanziato con 9 milioni di euro dall'Unione Europea e altri 6 milioni di euro dalle risorse proprie dei partner. Ha prodotto sette brevetti, una dozzina di pubblicazioni scientifiche e contributi significativi alle organizzazioni internazionali di standardizzazione.

Elettrodi flessibili e nuovi film barriera
Come risultato più importante, il progetto ha sviluppato processi di produzione per diversi tipi di elettrodi trasparenti e materiali di barriera per la prossima generazione di optoelettronica flessibile e, in una seconda fase, li ha scalati per la produzione industriale. Tre di questi elettrodi su substrati flessibili - basati su nanotubi di carbonio, fibre metalliche o sottili pellicole d'argento - sono già in produzione commerciale o dovrebbero arrivare sul mercato quest'anno. La prossima generazione di fonti di luce e di celle solari sarà prodotta utilizzando la fabbricazione roll-to-roll, per la quale i nuovi elettrodi sono particolarmente adatti. Un rotolo con sorgenti luminose OLED e il logo del progetto è stato prodotto da un tale processo roll-to-roll presso l'Istituto Fraunhofer per l'elettronica organica, il fascio di elettroni e la tecnologia al plasma di Dresda FEP su un sottile elettrodo d'argento sviluppato da Rowo Coating GmbH come parte del progetto.

Sorgenti luminose flessibili - belle e convenienti allo stesso tempo
Tali tecnologie di processo ridurranno significativamente i prezzi delle fonti di luce e delle celle solari in futuro, ma richiedono elettrodi flessibili e trasparenti e barriere impermeabili, che sono stati sviluppati anche nell'ambito del progetto TREASORES. Gli elettrodi del progetto sono già efficienti e trasparenti come gli elettrodi della tecnologia attuale (basati su ossido di stagno drogato con indio, ITO), in alcuni casi sono addirittura superiori a questi elettrodi. Tuttavia, possono essere prodotti in modo più economico e non dipendono dall'importazione di indio sempre più raro.
Tomasz Wanski del Fraunhofer FEP conferma che i nuovi elettrodi hanno raggiunto fonti di luce estremamente omogenee anche su superfici più grandi, con un'efficienza di 25 lumen per watt - altrettanto buona come i componenti equivalenti della precedente tecnologia OLED, che sono prodotti su lamine individuali utilizzando un processo di produzione più lento. Nel corso del progetto, al National Physical Laboratory nel Regno Unito sono stati sviluppati anche nuovi metodi di prova per la resistenza alla flessione degli elettrodi - questo test potrebbe portare a un nuovo standard in questo campo.

Pellicole speciali proteggono l'elettronica dall'ossigeno
Un altro successo del progetto è stata la produzione, il test e l'upscaling della produzione di nuovi film barriera trasparenti - cioè film plastici che impediscono all'ossigeno e al vapore acqueo di penetrare e distruggere i componenti organici. È stato possibile produrre barriere efficienti e convenienti, che probabilmente potranno essere ulteriormente sviluppate e commercializzate dall'azienda svizzera Amcor Flexibles Kreuzlingen. Tali barriere non permeabili sono essenziali per ottenere la lunga durata delle celle solari organiche e delle fonti di luce necessarie per il successo commerciale.

Come confermato da un'analisi del ciclo di vita (LCA) condotta nel progetto, le celle solari sono commercialmente e ambientalmente valide solo se sia l'efficienza che la durata sono sufficientemente alte. Combinando la produzione di barriere ed elettrodi invece di usare due substrati di plastica separati, i costi di produzione possono essere ulteriormente ridotti e i dispositivi resi più sottili e flessibili.I dispositivi optoelettronici hanno strati attivi di poche centinaia di nanometri - meno dell'1% del diametro di un capello umano - e anche piccoli difetti di superficie o particelle di polvere invisibili possono ridurre l'efficienza del dispositivo o portare a un'area luminosa disomogenea e a una breve durata.

Know-how di 15 partner di cinque nazioni europee
Il progetto TREASORES ha riunito le competenze di nove aziende e sei istituti tecnologici di cinque paesi ed è stato guidato da Frank Nüesch dei Laboratori federali svizzeri per la prova dei materiali e la ricerca (Empa). "Non vedo l'ora di vedere i primi prodotti commerciali del progetto sul mercato quest'anno", dice Nüesch.
Anche Michael Niggemann, CTO del produttore di celle solari Eight19 a Cambridge è entusiasta: "Il progetto TREASORES è stato un successo per Eight19, poiché ha dato importanti contributi alla riduzione dei costi di produzione delle nostre celle solari. Abbiamo così fatto un passo decisivo verso la commercializzazione delle celle solari organiche - basate su una tecnologia che è stata sviluppata in Europa".

Il progetto di ricerca è stato sostenuto finanziariamente dal Settimo programma quadro dell'Unione europea, numero di contratto 314068.