L’inchiostro al nano-argento promette pellicole conduttive trasparenti più efficienti
Le pellicole conduttive trasparenti (PCT) sono materiali sottili utilizzati in una serie di dispositivi elettronici comprendenti display a cristalli liquidi, display organici a emissione di luce e schermi tattili. Sono generalmente realizzate in ossido di indio-stagno (ITO, indium tin oxide) che, pur essendo un buon conduttore trasparente, è anche fragile e costoso. Un’alternativa promettente è una griglia conduttiva basata su nanoparticelle di argento ricoperte da un nanostrato protettivo di ossido di zinco. Tuttavia, l’adozione diffusa richiede lo sviluppo di inchiostri industriali e stampa a getto d’inchiostro su larga scala e ad alta velocità. Per offrire tale soluzione, un produttore di stampanti a getto d’inchiostro e un produttore di nano-inchiostri conduttivi, rispettivamente KELENN Technology (KT) e GenesInk (GNK), hanno collaborato al progetto CLEARSILVER, finanziato dall’UE. GNK ha sviluppato nanomateriali e nano-inchiostri in argento (Ag), ossido di zinco (ZnO) e ossido di zinco drogato con alluminio (AZO) mentre KT ha sviluppato una macchina per la stampa da bobina a bobina (R2R, reel-to-reel) per la produzione di PCT. Con la realizzazione di dispositivi con diodi organici a emissione di luce (OLED, organic light-emitting diode) e fotovoltaici organici (OPV, organic photovoltaic), CLEARSILVER ha dimostrato che esiste un’alternativa economicamente e tecnicamente sostenibile all’ITO. Soluzioni tipografiche per PCT Pur essendo indispensabili per il nostro mondo intelligente, utilizzate per qualsiasi congegno, dai sensori agli schermi, i problemi principali delle PCT riguardano in primo luogo la loro dipendenza dall’indio, che è raro e quindi costoso. In secondo luogo, l’ITO, che viene depositato mediante metodi di evaporazione su substrati rigidi di vetro o polimerici, non può essere modellato direttamente. Ciò significa che un’intera superficie deve essere coperta con ITO, aumentando i costi delle PCT per metro quadrato. La soluzione tipografica di CLEARSILVER per le PCT si basa su griglie di nanoparticelle d’argento ricoperte di ossido di zinco, che offre un’elevata conduttività assicurando al tempo stesso pellicole uniformi e di elevata omogeneità. Fondamentalmente, rispetto all’ITO, le nanoparticelle d’argento possono essere stampate e modellate: questo significa che è necessario depositare quantità inferiori di materiale, il che rende l’operazione più economica. Per creare i nano-inchiostri, prima è stato preparato il veicolo (solventi, leganti e additivi) e miscelato nel reattore di formulazione; successivamente, è stato aggiunto un concentrato di nanoparticelle d’argento. Sono stati eseguiti test per la reologia (flusso di materiali solidi e liquidi), la tensione superficiale, la stampabilità, le prestazioni elettriche e la resistenza di strato. La stampante a getto d’inchiostro R2R di KT, anch’essa sviluppata, alla fine ha ottenuto prestazioni di stampa ad alto rendimento con un'elevata velocità di 60 metri al secondo. Uno dei risultati da mettere in evidenza è la capacità di Ink Smart Jet I di produrre inchiostro su una scala industriale di 25 litri per lotto. CLEARSILVER è riuscito a produrre dimostratori OLED e OPV, basati su PCT con elevate percentuali di trasparenza (70-85 %), in collaborazione con il partner di progetto Fraunhofer FEP. Oltre il 70 % dei dispositivi OLED ha funzionato bene, ottenendo ampie aree di emissione di luce in test realizzati con una luminanza di 1 000 candele per metro quadrato. Tutti i dispositivi OPV prodotti hanno funzionato con un’efficienza di conversione dell’energia (PCE, power conversion efficiency) pari al 70 % delle prestazioni delle PCT basate su ITO, persino prima dell’ottimizzazione del processo. «Le prestazioni dei dimostratori CLEARSILVER stampati corrispondevano a quelle dei dimostratori PCT basati su ITO preparati con tecniche classiche», afferma la dott.ssa Rita Faddoul, responsabile R&S presso GenesInk. «Come indica l’analisi del ciclo di vita preparata dall’istituto Leitat nell’ambito del progetto, CLEARSILVER offre al mercato dell’UE una soluzione PCT ecocompatibile ed economica, che promette di sostituire l’ITO». Oggi GNK commercializza quattro inchiostri per la stampa a getto d’inchiostro adattati per le applicazioni OLED e OPV disponibili sul mercato. Il team sta attualmente lavorando all’ulteriore ottimizzazione del processo (stampa, deposizione, presa) per migliorare le prestazioni del dispositivo finale.
Parole chiave
CLEARSILVER, fotovoltaico, diodo organico a emissione luminosa, nano-argento, nano-ossido di zinco, pellicola conduttiva trasparente, schermo tattile, ossido di indio-stagno, display a cristalli liquidi, nano-inchiostro, stampa
