Flexibla OLED-ljuskällor på transparenta elektroder utvecklade inom TREASORES. Dessa OLED:er tillverkades av Fraunhofer FEP med en roll-to-roll-process. Kredit:Fraunhofer FEP
I november 2012, TREASORES-projektet (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) startade med syftet att utveckla teknologier för att dramatiskt minska produktionskostnaderna för organiska elektroniska enheter som solceller och LED-belysningspaneler. Finansieras med 9 miljoner euro från Europeiska kommissionen och ytterligare 6 miljoner euro från projektpartnerna, projektet har sedan dess producerat sju patentansökningar, ett dussin peer-reviewed publikationer och gav input till internationella standardiseringsorganisationer.
Viktigast, projektet har utvecklat och skalat upp produktionsprocesser för flera nya transparenta elektrod- och barriärmaterial för användning i nästa generations flexibel optoelektronik. Tre av dessa elektroder-på-flexibla substrat som använder antingen kolnanorör, metallfibrer eller tunt silver antingen redan tillverkas kommersiellt, eller förväntas bli det från och med i år. De nya elektroderna har testats med flera typer av optoelektroniska enheter med rullar på över 100 meter långa, och visat sig vara särskilt lämplig för nästa generations ljuskällor och solceller. Rullen med OLED-ljuskällor med projektlogotypen gjordes med hjälp av roll-to-roll-tekniker vid Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Elektronstråle- och plasmateknologi (Fraunhofer FEP) på en tunn silverelektrod utvecklad inom projektet av Rowo Coating GmbH. Sådana bearbetningstekniker lovar att göra ljuskällor och solceller mycket billigare i framtiden, men kräver flexibla och transparenta elektroder och vattenogenomträngliga barriärer - som också har utvecklats av TREASORES-projektet. Elektroderna från projektet är tekniskt sett minst lika bra som de som används för närvarande (tillverkade av indiumtennoxid, ITO) men kommer att vara billigare att tillverka och lita inte på import av indium. Tomasz Wanski från Fraunhofer FEP sa att på grund av de nya elektroderna, OLED-ljuskällan var mycket homogen över ett stort område, uppnå en effektivitet på 25 lumen per watt - lika bra som den mycket långsammare produktionsprocessen för ark till ark för motsvarande enheter. Under projektets gång, nya testmetoder utvecklades av National Physical Laboratory i Storbritannien för att säkerställa att elektroderna fortfarande skulle fungera efter att de böjts upprepade gånger – ett test som kan bli en standard på området.
Ett ytterligare resultat av projektet har varit utvecklingen, testning och produktionsuppskalning av nya tillvägagångssätt för transparenta barriärfolier (plastskikt som hindrar syre och vattenånga från att nå de känsliga organiska elektroniska enheterna). Högpresterande lågkostnadsbarriärer producerades och det förväntas att det schweiziska företaget Amcor Flexibles Kreuzlingen kommer att ta till sig denna teknik efter ytterligare utveckling. Sådana högpresterande barriärer är avgörande för att uppnå den långa livslängden för enheten som är nödvändig för kommersiell framgång - vilket bekräftas av en livscykelanalys (LCA) som slutfördes under projektet, solceller är bara ekonomiskt eller ekologiskt lönsamma om både deras effektivitet och livslängd är tillräckligt hög. Genom att kombinera produktionen av barriärer med elektroder (istället för att använda två separata plastsubstrat), projektet har visat att produktionskostnaderna kan sänkas ytterligare och anordningarna göras tunnare och mer flexibla.
Flexibla tygelektroder framställdes i en rulle-till-rulle-process av inbyggda vävda metalltrådar. Detta resulterar i en transparent och flexibel elektrod med mycket låg elektrisk resistivitet och hög total optisk transmission genom hela det synliga och nära infraröda spektrumet. Kredit:Sefar AG
Den största utmaningen som projektet stod inför var att göra barriären och elektrodfolierna extremt platta, slät och ren. Optoelektroniska enheter har aktiva lager på bara några hundra nanometer (mindre än en procent av bredden på ett människohår), och även små ytojämnheter eller osynligt små dammpartiklar kan förstöra enhetens utbyte eller leda till ojämn belysning och korta livslängder.
TREASORES-projektet förenade nio företag med sex forskningsinstitut från fem länder och leddes av Frank Nüesch från Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa). "Jag ser mycket fram emot att se de första kommersiella produkterna tillverkade av material från projektet 2016", säger Nüesch.
Michael Niggemann, Chief Technology Officer för Eight19 Ltd i Storbritannien sa:"TREASORES-projektet var en framgång för Eight19 eftersom det gav ett betydande bidrag till minskningen av tillverkningskostnaden för Eight19s plastsolceller. Detta uppnåddes genom den skräddarsydda utvecklingen och uppskalningen av lågkostnadsbarriärer och elektroder i projektkonsortiet. Det är ett viktigt steg mot kommersialiseringen av Eight19:s organiska solcellsanläggningar baserad på teknologi utvecklad och producerad i Europa."
Forskningen som leder till dessa resultat har fått finansiering från Europeiska unionens sjunde ramprogram (FP7/2007-2013) enligt bidragsavtal 314068.