Teknologisk gennembrud for billigere belysning og fleksible solceller

I november 2012 TREASORES-projektet (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) startede med det formål at udvikle teknologier til dramatisk at reducere produktionsomkostningerne for organiske elektroniske enheder såsom solceller og LED-belysningspaneler. Finansieret med 9 millioner euro fra Europa -Kommissionen og yderligere 6 millioner euro fra projektpartnerne, projektet har siden da produceret syv patentansøgninger, et dusin fagfællebedømte publikationer og leverede input til internationale standardiseringsorganisationer.

Mest vigtigt, projektet har udviklet og opskaleret produktionsprocesser for flere nye transparente elektrode- og barrierematerialer til brug i næste generation af fleksibel optoelektronik. Tre af disse elektroder-på-fleksible substrater, der bruger enten carbon nanorør, metalfibre eller tyndt sølv bliver enten allerede fremstillet kommercielt, eller forventes at være det fra i år. De nye elektroder er blevet testet med flere typer optoelektroniske enheder ved brug af ruller på over 100 meter i længden, og fundet at være særligt velegnet til næste generations lyskilder og solceller. Rullen af ​​OLED-lyskilder med projektets logo blev lavet ved hjælp af roll-to-roll-teknikker på Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology (Fraunhofer FEP) på en tynd sølvelektrode udviklet inden for projektet af Rowo Coating GmbH. Sådanne behandlingsteknikker lover at gøre lyskilder og solceller meget billigere i fremtiden, men kræver fleksible og gennemsigtige elektroder og vanduigennemtrængelige barrierer - som også er udviklet af TREASORES-projektet. Elektroderne fra projektet er teknisk mindst lige så gode som dem, der bruges i øjeblikket (lavet af indiumtinoxid, ITO), men vil være billigere at fremstille og er ikke afhængig af import af indium. Tomasz Wanski fra Fraunhofer FEP sagde, at på grund af de nye elektroder, OLED-lyskilden var meget homogen over et stort område, opnåelse af en effektivitet på 25 lumen pr. watt - lige så god som den meget langsommere ark-til-ark-produktionsproces for tilsvarende enheder. I løbet af projektet, nye testmetoder blev udviklet af National Physical Laboratory i Storbritannien for at sikre, at elektroderne stadig ville fungere efter gentagne gange at være blevet bøjet - en test, der kan blive en standard på området.

Et yderligere resultat af projektet har været udviklingen, test og produktions-opskalering af nye tilgange til gennemsigtige barrierefolier (plastiklag, der forhindrer ilt og vanddamp i at nå de følsomme organiske elektroniske enheder). Højtydende lavprisbarrierer blev produceret, og det forventes, at det schweiziske selskab Amcor Flexibles Kreuzlingen vil tage denne teknologi i brug efter yderligere udvikling. Sådanne højtydende barrierer er afgørende for at opnå de lange levetider for enheden, der er nødvendige for kommerciel succes - som bekræftet af en livscyklusanalyse (LCA) gennemført under projektet, solceller er kun økonomisk eller økologisk værd, hvis både deres effektivitet og levetid er høj nok. Ved at kombinere produktion af barrierer med elektroder (i stedet for at bruge to separate plastsubstrater), projektet har vist, at produktionsomkostningerne kan reduceres yderligere, og enheder kan gøres tyndere og mere fleksible.

Den største udfordring projektet skulle stå over for var at gøre barrieren og elektrodefolierne ekstremt flade, glat og rent. Optoelektroniske enheder har aktive lag på kun et par hundrede nanometer (mindre end én procent af bredden af ​​et menneskehår), og selv små overfladeuregelmæssigheder eller usynligt små støvpartikler kan ødelægge enhedens udbytte eller føre til ujævn belysning og korte levetider.

TREASORES-projektet forenede ni virksomheder med seks forskningsinstitutter fra fem lande og blev ledet af Frank Nüesch fra Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa). "Jeg glæder mig meget til at se de første kommercielle produkter fremstillet af materialer fra projektet i 2016", siger Nüesch.

Michael Niggemann, Chief Technology Officer for Eight19 Ltd i Det Forenede Kongerige sagde:"TREASORES-projektet var en succes for Eight19, da det bidrog væsentligt til reduktionen i fremstillingsomkostningerne for Eight19s plastsolceller. Dette blev opnået gennem den tilpassede udvikling og opskalering af lavprisbarrierer og elektroder i projektkonsortiet. Det er et væsentligt skridt mod kommercialiseringen af ​​Eight19s organiske solcelleanlæg baseret på teknologi udviklet og produceret i Europa."

Den forskning, der fører til disse resultater, har modtaget støtte fra EU's syvende rammeprogram (FP7/2007-2013) under tilskudsaftale 314068.