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Dans un écran, une des électrodes est forcément transparente et si l'on veut accéder aux écrans souples, celle-ci se doit de l'être aussi ! Une nouvelle génération d'électrodes transparentes a été mise au point par les chercheurs du Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO - CNRS/Université de Bordeaux/INP) et de l'institut allemand Fraunhofer-COMEDD. Plus simple et moins onéreux, le procédé de fabrication est basé sur une encre de polymère conducteur. Cette innovation, décrite dans la revue Angewandte, devrait avoir un impact considérable sur les nouvelles technologies basées sur les écrans tactiles, l'éclairage et le photovoltaïque flexibles ou encore l'électronique imprimée.
Exemple d'une Oled flexible produite sur un substrat organique et fonctionnant avec des électrodes transparentes.
Les diodes sont fabriquées par le Fraunhofer Comedd et l'électrode transparente est préparée au LCPO.
© LCPO / Fraunhofer Comedd
On en rêve depuis quelques années: l'arrivée de terminaux à écran OLED flexibles, voire pliables, de papiers peints ou de peintures électroniques, ou encore de panneaux photovoltaïques pouvant prendre toutes sortes de formes. Ces innovations ont en commun l'utilisation d'électrodes qui doivent être à la fois transparentes et flexibles. La solution technique actuellement la plus répandue recourt à de l'oxyde d'indium-étain (ITO, de l'anglais indium tin oxide). Celui-ci doit être déposé en couches minces pour conserver ses propriétés de transparence optique et sa flexibilité est limitée. Par ailleurs, son procédé de fabrication est onéreux en raison des contraintes techniques et de la rareté de l'indium. Plusieurs alternatives sont à l'étude, notamment la création d'un film de polyéthylène téréphtalate (PET) imprégné de nanotubes de carbone mais pour le moment, aucune solution ne s'est encore substituée à celle à base d'ITO.
Le LCPO et le Fraunhofer COMEDD ont mis au point des électrodes transparentes à partir d'une encre de polymère conducteur, le PEDOT, déposée sur un film polymère flexible. Contrairement à la technique à base d'oxyde d'indium-étain qui est encore couramment utilisée, ces électrodes transparentes offrent une plus grande flexibilité et ont l'avantage de pouvoir être fabriquées sur une grande surface par impression sur un substrat flexible de type PET.
En effet, le dépôt de l'encre peut se faire par différentes techniques d'impression (nébulisation, rouleau-à-rouleau, raclette, jet d'encre...) à condition d'ajuster la viscosité de l'encre, notamment via la variation de la concentration. L'encre conductrice utilisée est à base de matière organique facile d'accès et à bas coût. De plus, les films de cette matière organique sont plus flexibles (souples) et moins rugueux que l'oxyde d'indium-étain. Enfin, le procédé de fabrication est plus facile à mettre en œuvre.
Cette nouvelle génération d'électrode ouvre la voie à la fabrication de films OLED, de cellules photovoltaïques organiques ou de capteurs sur de grandes surfaces souples qui pourront servir à de multiples applications pour l'affichage, les écrans tactiles, l'éclairage ou le photovoltaïque flexibles ou encore l'électronique imprimée.
Le LCPO a collaboré avec le groupe chimique français Arkema pour développer la composition et la méthode de fabrication de ces électrodes transparentes. Le Fraunhofer COMEDD a quant à lui travaillé avec la société allemande Tridonic sur les techniques d'encapsulation et d'intégration de ces électrodes à des OLEDs et des cellules photovoltaïques organiques.
Ces résultats sont issus d'un projet franco-allemand de collaboration entre le LCPO et le Fraunhofer-COMEDD dédié aux électrodes transparentes organiques. Le projet, nommé 'IMAGE' a reçu le soutien financier de l'Agence nationale de la recherche en France (ANR) et du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche en Allemagne (BMBF) dans le cadre d'un appel à projets Institut Carnot-Fraunhofer. Le consortium franco-allemand est désormais en relation avec ses premiers partenaires industriels pour commercialiser cette technologie.
Référence
Anna I. Hofmann, Wiljan T. T. Smaal, Muhammad Mumtaz, Dimitrios Katsigiannopoulos, Cyril Brochon, Falk Schütze, Olaf R. Hild, Eric Cloutet, Georges Hadziioannou
An Alternative Anionic Polyelectrolyte for Aqueous PEDOT Dispersions: Toward Printable Transparent Electrodes
Angew. Chem. Int. Ed., 1 juin 2015 DOI:10.1002/anie.201503024
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