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Articolo pubblicato il 17-03-2005
di Andrea Barbieri e Nicola Armaroli
Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISOF-CNR), Via Gobetti 101 - 40129 Bologna BO, Italy
Numero 14 - Anno 2
17 Marzo 2005
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 OLLA illumina il futuro
La quantità di energia impiegata per l'illuminazione rappresenta una delle principali cause del con-sumo elettrico nelle società moderne. Ciò è in gran parte dovuto all'efficienza estremamente bassa delle sorgenti di luce convenzionale (lampade a incandescenza, fluorescenti od alogene). Infatti, at-tualmente, almeno il 70% dell'energia elettrica fornita viene dissipata in calore da questi dispositivi. La tecnologia basata su queste sorgenti convenzionali di illuminazione è però ormai ritenuta matura e non si prevedono ulteriori significativi aumenti nella resa di conversione energetica. Pertanto, per realizzare un sostanziale salto di qualità è necessario il passaggio ad una nuova tecnologia per l'illuminazione.
Fig.1
Immagine tratta da: IEEE Circuits & Devices Magazine, Vol. 20, No 3, pp 28-37, May/June 2004.
Negli ultimi due decenni sono emerse nuove tecnologie che hanno il potenziale per diventare la principale sorgente di luce per applicazioni generali di illuminazione: i diodi a emissione di luce i-norganici, comunemente noti come LED, ed organici (OLED). Questi dispositivi di illuminazione a stato solido (SSL) promettono di realizzare sorgenti di luce sia più efficienti che versatili. In parti-colare gli OLED sono sorgenti di luce piana ad altissima efficienza ed a colorazione variabile che potranno essere realizzati in futuro anche su substrati flessibili, aprendo la via ad una nuova serie di applicazioni, ora irrealizzabili con gli attuali dispositivi di illuminazione.
Fig.2
Quattro generazioni di tecnologie per l'illuminazione a confronto.
Il principio di funzionamento di un OLED è completamente differente da quello delle comuni lam-pade a incadescenza o fluorescenza tradizionali. Infatti i diodi a emissione di luce organici (OLED) sono dispositivi a film sottile, con uno spessore dello strato attivo tipicamente inferiore a 500 nm (cioè 500 milionesimi di millimetro). Essi hanno una struttura a sandwich e sono costuiti da un sup-porto, che può essere una lastra di vetro oppure un film plastico, da un elettrodo trasparente che funge da anodo, tipicamente un ossido di Indio e Stagno (ITO), da alcuni strati organici dello spes-sore di circa 100-200 nm, che costituiscono il materiale attivo emettitore di luce, e da un secondo elettrodo (catodo), che consiste in genere di un metallo reattivo quale Bario o Calcio ricoperto da uno strato protettivo di Alluminio o Argento. Infine il dispositivo viene sigillato con un coperchio contenente un materiale assorbente per l'acqua e l'ossigeno, inquinanti che potrebbero infiltrarsi at-traverso le coperture del dispositivo ed inficiarne la durata.
Quando si applica una tensione agli elettrodi, si ha un'iniezione di cariche positive (buche) e nega-tive (elettroni) dagli elettrodi attraverso lo strato organico attivo. Quando elettroni e buche si ricom-binano si osserva una generazione di fotoni (fenomeno noto come elettroluminescenza), che vengo-no emessi attraverso l'anodo ed il substrato trasparenti. Regolando l'energia dei fotoni emessi è possibile ottenere luce di diversi colori oppure luce bianca, data dalla combinazione dei tre colori fondamentali: rosso, verde e blu. La luminosità degli OLED viene invece regolata dalla tensione e-sterna applicata al dispositivo.
Fig.3
Schema costruttivo di un diodo emettitore di luce organico (OLED).
L'obiettivo che si propone OLLA, il consorzio nato dalla collaborazione fra 24 Centri di ricerca pubblici, Università e Partner industriali di paesi appartenenti all'Unione Europea, è la realizzazione entro il 2008 di piastrelle a base di OLED che emettano luce bianca ad alta luminosità (1,000 cd/m2), lunga durata (10,000 ore) ed alta efficienza energetica (50 lm/W). Queste caratteristiche fanno di OLLA uno dei maggiori progetti integrati di ricerca mondiali per lo sviluppo di OLED a luce bianca, in diretta competizione con iniziative analoghe, quali "Next Generation Lighting Inizia-tive" in USA e "Lighing 21" in Giappone. Il progetto OLLA, con un budget totale che si aggira su 20 M€ in 45 mesi, è stato parzialmente supportato dalla Commissione Europea per 12 M€, con un finanziamento attraverso la priorità 2 (Information Society Technologies) nell'ambito del VI Pro-gramma Quadro dell'Unione Europea.
Fig.4
Il logo del progetto OLLA
A questo progetto, che a detta del coordinatore tecnico di OLLA Dietrich Bertram "riunisce insieme i migliori soggetti in Europa che si occupano della tecnologia OLED", partecipano anche due labo-ratori di ricerca italiani: il Laboratorio Nazionale di Nanotecnologie dell'Istituto Nazionale di Fisica della Materia di Lecce (NNL-INFM) e l'Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività del Con-siglio Nazionale delle Ricerche di Bologna (ISOF-CNR). In particolare, presso i laboratori di foto-chimica di ISOF-CNR, sotto il coordinamento del Dr. Nicola Armaroli responsabile locale del pro-getto, verranno progettate e testate molecole luminescenti con particolari caratteristiche di emissio-ne ed efficienza che depositate all'interno dello strato attivo costituiscono il cuore del dispositivo OLED. I risultati ottenuti saranno condivisi con tutti i partner del consorzio e verranno utilizzati per sviluppare il dispositivo per illuminazione finale.
Gli analisti del consorzio prevedono che dopo la fine del progetto nel 2008, e nel caso in cui questo abbia successo, si potrà avere l'entrata sul mercato delle prime applicazioni generali per l'illuminazione già da 2 a 4 anni dopo, anche se questo termine potrebbe essere anticipato per alcu-ne applicazioni di nicchia. Considerando che il consumo energetico per l'illuminazione in Europa ammonta a circa 390 TWh/anno, ipotizzando un risparmio del 30% rispetto all'uso di lampade a in-candescenza ed ipotizzando una penetrazione sul mercato del 30% di queste nuove tecnologie, allo-ra si può prevedere una riduzione del consumo elettrico pari a circa 35 TWh/anno, cioè l'ammontare di energia fornita da 7 centrali elettriche di grande potenza (800 MW). Questo rispar-mio energetico avrà come conseguenza una riduzione della quantità di gas serra immessa nell'atmosfera pari a circa 25 milioni di tonnellate per anno di CO2, con effetti sicuramente benefici sull'ambiente.
Per ulteriori informazioni sul progetto OLLA vedi il sito: http://www.olla-project.org
oppure contattare: Dr. Nicola Armaroli (ISOF-CNR, Bologna)
; Andrea Barbieri (ISOF-CNR, Bologna)
e Robert Blyth (NNL-INFM, Lecce)
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Autore: Andrea Barbieri e Nicola Armaroli
Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISOF-CNR), Via Gobetti 101 - 40129 Bologna BO, Italy
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