TREASORES : panneaux LED organiques et cellules solaires flexibles

Dans un projet d’une durée de trois ans, une équipe de chercheurs européens est parvenue à rendre apte au marché la technique d’éclairage de la prochaine génération. Ces chercheurs ont développé des modules lumineux flexibles qui peuvent être produits par impression à la manière des journaux avec un procédé roll-to-roll.

Cette technique jette les bases pour la mise sur le marché des panneaux lumineux LED et des cellules solaires de l’avenir. Ce projet, dénommé TREASORES, réunissait le savoir faire de neufs firmes et de six instituts de recherche de cinq pays européens. Sa coordination était assurée par le chercheur de l’Empa Frank Nüesch.

En novembre 2012, le projet UE TREASORES (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) avait été lancé dans le but de réduire notablement les coûts de production des composants organiques tels que ceux utilisés pour les cellules solaires et les panneaux LED. Ce projet était financé à hauteur de 9 millions d’Euro par l’Union européenne et de 6 millions supplémentaires par les moyens propres de ses différents partenaires. Il a débouché sur sept brevets, une douzaine de publications scientifiques ainsi que sur des contributions importantes pour les organisations internationales de normalisation.

Des électrodes flexibles et des feuilles barrières d’un type nouveau

Son résultat le plus important est le développement de processus de production pour différents types d’électrodes transparentes et de matériaux barrières pour la prochaine génération de l’optoélectronique qui, dans une deuxième étape, ont été mis à l’échelle pour une production industrielle. Trois de ces électrodes compatibles avec des substrats flexibles – utilisant soit des nanotubes de carbone, des fibres métalliques ou encore de minces couches d’argent – sont déjà produites commercialement ou seront lancées sur le marché cette année encore. Les sources lumineuses et les cellules solaires de la prochaine génération seront produites par des procédés roll-to-roll pour lesquels ces nouvelles électrodes sont particulièrement bien adaptées. Un rouleau de sources lumineuses OLED reproduisant le sigle du projet a été produit par le Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl und Plasmatechnik (FEP) à Dresde avec les minces électrodes d’argent développées dans ce projet par la firme Rowo Coating GmbH.

Des sources lumineuses flexibles – à la fois esthétiques et bon marché

Ces électrodes permettront à l’avenir de réduire nettement le coût des sources lumineuses et des cellules solaires mais elles demandent encore des barrières elles aussi flexibles et transparentes qui ont également été développées dans le projet TRASORES. Les électrodes de ce projet sont déjà aussi performantes et transparentes que celles de la technologie actuelle (à base d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO) et leur sont même parfois supérieures. Mais elle peuvent être produites à des coûts moindres et ne nécessitent pas d’indium dont la pénurie va bientôt se faire ressentir.

Tomasz Wanski du Fraunhofer FEP confirme que ces nouvelles électrodes permettent de réaliser sur de grandes surfaces aussi des sources lumineuses extraordinairement homogènes d’une efficacité atteignant 25 lumen par watt – soit aussi bonne que celle de composants équivalents produit avec la technologie OLED actuelle qui elle utilise un procédé plus lent feuille par feuille. Dans le cours du projet, le National Physical Laboratory en Grande Bretagne a aussi développé une nouvelle méthode d’essai pour tester la résistance à la flexion des électrodes – un essai qui pourrait conduire à l’établissement d’une nouvelle norme dans ce domaine.

Des feuilles spéciales pour protéger l’électronique de l’oxygène

Un autre succès obtenu dans ce projet est la production, l’essai et la mise à l’échelle de la production industrielle de nouvelles feuilles barrières transparentes – des feuilles de polymère qui empêchent l’oxygène et la vapeur d’eau de pénétrer dans les composants organiques et de les détruire. Les chercheurs sont parvenus à produire des barrières efficaces et bon marché que la firme suisse Amcor Flexibles Flexibles à Kreuzlingen va encore perfectionner pour les commercialiser. Ces barrières imperméables sont essentielles pour atteindre une longue durée de vie des cellules solaires et des sources lumineuses organiques. Comme l’a confirmé une analyse de cycle de vie (ACV) réalisée dans ce projet, les cellules solaires ne sont commercialement rentables et écologiquement soutenables que si leur efficience et leur durée de vie sont suffisamment élevées. La production simultanée des barrières et des électrodes, au lieu d’utiliser deux substrats polymères différents, permet de réduire encore davantage les coûts de fabrication et de rendre les composants encore plus minces et flexibles.

Le grand défi du projet était d’obtenir des substrats pour les barrières et les électrodes d’une planéité, d’un lissé et d’une propreté extrêmes. Les couches actives des composants présentent une épaisseur de quelques centaines de nanomètres seulement – soit moins de 1% du diamètre d’un cheveux – et la présence de petits défauts de surface ou de particules de poussière invisibles peuvent réduire l’efficience des composants ou conduire à des surface lumineuses inhomogènes et à une diminution de leur durée de vie.

Le savoir faire de 15 partenaires de cinq pays européens

Le projet TREASORES rassemblait le savoir faire de neuf firmes et de six instituts de technologie de cinq pays d’Europe et était placé sous la direction de Frank Nüesch du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa). «Je me réjouis de voir cette année déjà sur le marché des produits commerciaux issus de ce projet», a déclaré Nüesch.

Michael Niggemann, CTO du fabricant de cellules solaires Eight19 à Cambridge est lui aussi enthousiasmé: «Le projet TREASORES a été un succès pour Eight19, car il a fourni des contributions importantes en vue de la réduction des coûts de production de nos cellules solaires. Nous avons ainsi franchi une étape décisive vers la commercialisation de cellules solaires organiques qui reposent sur une technologie développée en Europe.»

Ce projet de recherche a bénéficié du soutien financier du septième programme cadre de recherche de l’Union européenne, sous le numéro de contrat 314068.

(Légende photo 1 : une source lumineuse flexible en LED organiques (OLED) développée dans le projet TREASORES. Des électrodes flexibles et des couches barrières imperméables à l’air sont les éléments clés de cette technologie. Cette feuille lumineuse a été produite au Fraunhofer FEP à Dresde par un procédé roll-to-roll peu coûteux. Photo: Fraunhofer FEP)

(Légende photo 2 : Des électrodes flexibles en textiles électro-conducteurs produites avec un procédé roll to roll peu coûteux ont été développées dans ce projet. Ces électrodes sont d’une grande transparence dans le domaine de la lumière visible et de l’infrarouge et se distinguent encore par leur faible résistance électrique. Photo: Sefar AG)

Auteur article : RAINER KLOSE

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