La electrónica orgánica puede hacer una contribución decisiva a la descarbonización y, al mismo tiempo, ayudar a reducir el consumo de materias primas raras y valiosas. Para ello, no solo es necesario seguir desarrollando los procesos de fabricación, sino también idear soluciones técnicas para el reciclaje ya en la fase de laboratorio. Los científicos de materiales de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ahora están promoviendo esta estrategia circular junto con investigadores del Reino Unido y EE. UU. en el
Los componentes electrónicos orgánicos, como los módulos solares, tienen varias características excepcionales. Se pueden aplicar en capas extremadamente finas sobre materiales de soporte flexibles y, por lo tanto, tienen una gama de aplicaciones más amplia que los materiales cristalinos. Dado que sus sustancias fotoactivas se basan en el carbono, también contribuyen a reducir el consumo de materiales raros, costosos y, en ocasiones, tóxicos, como el iridio, el platino y la plata.
Los componentes electrónicos orgánicos están experimentando un gran crecimiento en el campo de las tecnologías OLED en particular, y sobre todo para las pantallas de televisión o de ordenador. « Por un lado, esto es progreso, pero por el otro, causa algunos problemas », dice el Prof. Dr. Christoph Brabec, Presidente de Ciencia de Materiales (Materiales en Electrónica y Tecnología Energética) en FAU y Director del Instituto Helmholtz Erlangen. -Nürnberg para Energías Renovables (HI ERN). Como científico de materiales, Brabec ve el peligro de incorporar permanentemente tecnología respetuosa con el medio ambiente en una arquitectura de dispositivo que no es sostenible en general. Esto no solo afecta a los dispositivos electrónicos, sino también a los sensores orgánicos en los textiles que tienen una vida útil extremadamente corta. Brabec : « La investigación aplicada en particular ahora debe marcar el rumbo para garantizar que los componentes electrónicos y todas sus partes individuales dejen una huella ecológica lo más pequeña posible durante todo su ciclo de vida ».
Síntesis más eficiente y materiales más robustos
El mayor desarrollo de la propia electrónica orgánica es fundamental aquí, ya que los nuevos materiales y los procesos de fabricación más eficientes conducen a la reducción de gastos y energía durante la producción. « En comparación con los polímeros simples, el proceso de fabricación de la capa fotoactiva requiere cantidades significativamente mayores de energía, ya que se deposita en el vacío a altas temperaturas », explica Brabec. Por lo tanto, los investigadores proponen procesos más económicos y más respetuosos con el medio ambiente, como la deposición de soluciones a base de agua y la impresión mediante procesos de inyección de tinta. Brabec : « Un gran desafío es desarrollar materiales funcionales que puedan procesarse sin solventes tóxicos que son dañinos para el medio ambiente ». En el caso de las pantallas OLED, la impresión inkjet también ofrece la posibilidad de sustituir metales preciosos como el iridio y el platino por materiales orgánicos.
Además de su eficiencia, la estabilidad operativa de los materiales es decisiva. Se requiere una encapsulación compleja para proteger las capas de carbono depositadas al vacío de los módulos solares orgánicos, que pueden representar hasta dos tercios de su peso total. Combinaciones más robustas de materiales podrían contribuir a ahorros significativos en materiales, peso y energía.
Planificación del proceso de reciclaje en el laboratorio.
Para hacer una evaluación realista de la huella ambiental de la electrónica orgánica, se debe considerar todo el ciclo de vida del producto. En términos de producción, los sistemas fotovoltaicos orgánicos aún están rezagados con respecto a los módulos de silicio convencionales, pero se emite un 30% menos de CO2 durante el proceso de fabricación. Apuntar a niveles máximos de eficiencia no lo es todo, dice Brabec : « 18 por ciento podría tener más sentido ambientalmente que 20, si es posible fabricar el material fotoactivo en cinco pasos en lugar de ocho ».
Además, la vida útil más corta de los módulos orgánicos también es relativa si se mira más de cerca. Aunque los módulos fotovoltaicos basados en silicio duran más, son muy difíciles de reciclar. « La biocompatibilidad y la biodegradabilidad se convertirán cada vez más en criterios importantes, tanto para el desarrollo de productos como para el diseño de envases », dice Christoph Brabec. « Realmente debemos comenzar a tener en cuenta el reciclaje en el laboratorio ». Esto significa, por ejemplo, utilizar sustratos que puedan reciclarse fácilmente o que sean tan biodegradables como las sustancias activas. El uso de lo que se conoce como diseños multicapa desde la fase de diseño del producto podría garantizar que varios materiales se puedan separar y reciclar fácilmente al final del ciclo de vida del producto. Brabec : « Este enfoque de la cuna a la cuna será un requisito previo decisivo para establecer la electrónica orgánica como un componente importante en la transición a la energía renovable ».