OLED, E-paper e celle Solari: i materiali organici per il futuro

Verso la fine degli anni ottanta e inizio degli anni novanta ha iniziato a farsi strada nei laboratori di ricerca internazionali una nuova tecnologia: l’elettronica organica. I dispositivi a semiconduttore organico utilizzano come elemento attivo non più un semiconduttore inorganico come il silicio o l’arseniuro di gallio, bensì una serie di materiali molecolari come polimeri coniugati o piccole molecole. L’optoelettronica organica è commercialmente attraente in quanto le sostanze attive, basate sui composti organici del carbonio, possiedono una potente combinazione di proprietà semiconduttive e di materiale, tra cui quelle di essere flessibili e facilmente depositabili su larghe aree. Questo può avvenire a costi ridotti, sia in soluzione liquida come veri e propri inchiostri o paste o attraverso semplici processi di evaporazione. È possibile quindi usare metodi tipici dell’industria della stampa, come la serigrafia o la stampa a getto di inchiostro per la fabbricazione di componenti elettronici.

*Gli schermi OLED*

La prima applicazione commerciale in questo campo è stato l’Organic Light Emitting Diode (OLED). Questo dispositivo fu inventato dalla Kodak per quanto riguarda le piccole molecole (depositate per evaporazione) e dal gruppo di Prof. Sir Richard Friend all’università di Cambridge per i LED a polimeri (depositati attraverso tecniche di stampa come l’ink jet). Siccome è possibile sintetizzare molecole con efficienza di emissione di luce molto alta e che emettono in diverse regioni dello spettro del visibile (i.e. diversi colori), questi materiali vengono utilizzati per la fabbricazione di schermi piatti (come quelli a LCD). Oggi display OLED che hanno una grossa brillantezza e nessun problema di angolo di visione si trovano in apparecchiature elettroniche come molti mp3 players e anche in alcuni telefoni cellulari come quelli della Samsung. È notizia recente (dicembre 2007) il lancio sul mercato giapponese della prima televisione OLED a piccole molecole da parte della Sony. Questa è spessa solo 3 mm nella sua parte più sottile come si vede nell’immagine. Un fattore su cui la Sony ha puntato per la vendita è anche l’efficienza energetica di questo tipo di schermo rispetto alle altre tecnologie a schermo piatto. Varie compagnie, incluse la Cambridge Display Tecnology (oggi Sumitomo) e la Seiko-Epson hanno mostrato prototipi anche molto grandi (40 pollici) di schermi piatti in cui i polimeri elettroluminescenti sono depositati per ink jet printing. Inoltre, varie realtà stanno oggi lavorando sullo sviluppo di OLED che emettono luce bianca. Questi un giorno, sotto forma di piastrelle molto sottili da applicare sui soffitti o pareti, potrebbero rimpiazzare le normali lampadine normalmente utilizzate oggi per l’illuminazione interna di ambienti.

*E-paper, la carta elettronica*

Altri particolari vantaggi dei semiconduttori polimerici anche detti “plastici” sono la loro flessibilità meccanica e il fatto che non necessitano di alte temperature durante i processi di costruzione dei dispostivi. Diventa quindi possibile utilizzare substrati plastici come il PET (lo stesso materiale delle bottiglie di plastica) e fabbricare elettronica su larga area su fogli di questo materiale che non sono solo flessibili ma in alcuni casi possono essere addirittura arrotabili. Due compagnie nate agli inizi di questo decennio stanno sviluppando metodi per la fabbricazione di elettronica su substrati flessibili con lo scopo di produrre carta elettronica (e-paper): qualcosa che assomiglia alla carta sia visivamente che meccanicamente ma con cui è possibile far variare il contenuto della pagina digitalmente. La Plastic Logic Ltd di Cambridge ha ricevuto 100 milioni di dollari nel gennaio del 2007 per costruire una linea di produzione pilota di carta elettronica a Dresda. Questo tipo di “schermo” ha il grosso vantaggio di essere bi-stabile: necessita di energia solo quando si cambia il testo o l’immagina visualizzata (un po’ come sfogliare le pagine). È quindi particolarmente adatta per applicazione portatili in quanto è estremamente clemente sul consumo delle batterie. La Polymer Vision (una spin-out della Philips) ha recentemente annunciato che entro la fine dell’anno produrrà telefonini equipaggiati proprio con uno schermo estraibile e-paper (i.e. librofonino) e che questo verrà commercializzato, per primo, da un’azienda italiana, la TIM.

*Celle fotovoltaiche e materiali organici*

Il grande potenziale dei materiali organici per la produzione di dispositivi su larga area ha uno sbocco evidente nel campo della produzione di energia solare. In generale, le superfici coinvolte in un tipico impianto fotovoltaico sono di parecchi metri quadri e abbassare i costi è fondamentale affinché il solare possa divenire una sorgente d’energia diffusa. L’interesse per lo sviluppo di celle fotovoltaiche usando nuove tecnologie organiche, come quelle a semiconduttori polimerici, a piccole molecole o ibride (come le celle a pigmento – Dye Solar Cells) è sempre più forte a livello internazionale sia da parte dei centri di ricerca pubblici che di quelli industriali tra cui la Konarka Technologies, G24 Innovations, DyeSol (con cui il Polo Solare Organico della Regione Lazio ha stretto rapporti), Aisin Seki, e Sharp. Affinché si possa passare dalla fase prototipale a quella industriale, bisogna continuare ad aumentare le efficienze, i tempi di vita e mettere a punto metodi di fabbricazione industrializzabili per pannelli di larga area. I progressi ottenuti in questi ultimi anni dalla comunità internazionale sono notevoli. Questo mese (i.e. febbraio 2008) una riunione organizzata da ORGAPVNET (un network europeo) a Linz organizzata per discutere dello status attuale e del futuro di questo tipo di tecnologie fotovoltaiche, ha visto la partecipazione di oltre 300 addetti ai lavori con anche una nutrita presenza da parte di diverse realtà italiane.

_Thomas M. Brown_
Polo Solare Organico della Regione Lazio