FR3130824A1 - Composition photopolymérisable adhésive pour l’encapsulation de dispositifs électroniques ou optoélectroniques - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à des compositions photopolymérisables adhésives utilisées dans l’encapsulation de dispositifs électroniques et optoélectroniques, en particulier des dispositifs électroniques et optoélectroniques flexibles, par exemple des cellules photovoltaïques, afin de les protéger contre la perméation aux gaz et à l’humidité.
Figure 3
Description
La présente invention se rapporte à des compositions photopolymérisables adhésives utilisées dans l’encapsulation de dispositifs électroniques et optoélectroniques, en particulier des dispositifs électroniques et optoélectroniques flexibles, par exemple des cellules photovoltaïques organiques, afin de les protéger contre la perméation aux gaz et à l’humidité.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Il existe différents types de dispositifs électroniques ou optoélectroniques, notamment les dispositifs électroniques ou optoélectroniques rigides ou flexibles.
Les dispositifs électroniques ou optoélectroniques rigides peuvent être de différentes natures selon les applications considérées, telles que les applications affichage (par exemple les OLED et les QLED), photovoltaïques (par exemple les semi-conducteurs à base de silicium, les CIGS, les CDTE, les semi-conducteurs organiques, les semi-conducteurs de type Pérovskite) ou capteurs.
Les dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles peuvent être définis selon les mêmes exemples d’application mais pour des technologies de semi-conducteurs compatibles avec l’usage de substrats flexibles tels les appareils à diodes électroluminescentes organiques (OLED), les cellules photovoltaïques organiques (OPV), les cellules silicium amorphe (a-Si), les CIGS, les semi-conducteurs de type pérovskite, les transistors organiques (OFET) ou les capteurs organiques utilisant des semi-conducteurs organiques.
Les dispositifs électroniques ou optoélectroniques sont des dispositifs sensibles à de multiples facteurs, par exemple à la lumière, à la chaleur, à l’oxygène (à l’air), à l’humidité, à la pression, aux chocs, etc. Afin d’assurer une efficacité et un rendement optimaux et d’obtenir une durabilité satisfaisante, il convient donc de les protéger et de les isoler de leur environnement. Cette protection devra être d’autant plus efficace que les matériaux constituants seront sensibles à l’atmosphère, notamment à l’eau et à l’oxygène. C’est particulièrement le cas lors de l’usage de semi-conducteurs organiques, par exemple les semi-conducteurs de type pérovskite ou les semi-conducteurs CIGS.
Différentes techniques d’encapsulation ont été mises en œuvre. Celles-ci comprennent généralement l’enrobage du dispositif par une composition adhésive pour obtenir un dispositif enrobé, puis le laminage du dispositif enrobé entre deux capots pour obtenir un dispositif encapsulé. Le choix de la composition adhésive et des capots sera fonction des dispositifs à encapsuler. En outre, en fonction de la composition et des capots utilisés, les modules électroniques ou optoélectroniques obtenus auront des propriétés spécifiques, notamment en termes de poids, d’épaisseur, de transparence/opacité, de rigidité/flexibilité, de perméation/étanchéité aux gaz et aux liquides, de résistance aux chocs et/ou de durabilité/vieillissement.
Au vu de l’agencement sous forme de couches, deux types de perméation peuvent être observées, une perméation orthogonale au niveau de la surface externe des capots entre lesquels sont intercalés les dispositifs enrobés, et une perméation latérale au niveau du bord libre de l’adhésif au sein du matériau d’enrobage ainsi qu’à l’interface des deux capots.
La protection du dispositif contre la perméation latérale est assurée notamment par l’adhésif ou matériau d’enrobage, dont l’efficacité peut dépendre de différents facteurs, notamment sa formulation chimique, son procédé d’application, son épaisseur (proportionnelle à la surface d’échange avec l’environnement), son interface avec les capots, sa résistance aux contraintes d’usage, etc. Les propriétés de l’adhésif doivent donc être optimisées pour minimer voire supprimer la perméation latérale, pour assurer une efficacité et un rendement optimaux et pour obtenir une durabilité satisfaisante.
Les cellules photovoltaïques flexibles (par exemple les cellules organiques, pérovskite, CIGS, CDTE) représentent une alternative particulièrement intéressante aux cellules photovoltaïques rigides à base de silicium, en ce qu’elles peuvent être fabriquées selon des procédés continus et de haute cadence (procédé rouleau à rouleau) et peuvent convenir à des applications nécessitant flexibilité ou conformabilité ou un faible poids. Elles sont également moins fragiles (usage de capots flexibles) et moins sensibles à la casse.
Les cellules photovoltaïques flexibles peuvent par exemple être obtenus par impression à basse température d’une couche active mince (matériau organique ou pérovskite ayant des propriétés semi-conductrices) déposée sur un substrat de support polymérique flexible.
L’encapsulation d’un dispositif électronique ou optoélectronique flexible peut être réalisée au moyen d’un capot peu perméable aux gaz, en particulier à la vapeur d’eau et à l’oxygène, qui doit être au moins autant flexible que le dispositif qu’il protège afin de ne pas devenir un facteur limitant la flexion de celui-ci, ou qu’il doit présenter une flexibilité contrôlée lorsque, par exemple, l’encapsulation est utilisée pour limiter sciemment le rayon de courbure du dispositif et pour éviter son endommagement.
Il existe donc un réel besoin de fournir une composition adhésive permettant l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques ayant des propriétés satisfaisantes, en particulier des propriétés adhésives, optiques, thermiques, électriques, barrières aux gaz, élastiques et de résistance satisfaisantes. Il existe également le besoin de fournir une composition adhésive adaptée à l’encapsulation de dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles. Il existe également le besoin de fournir une composition adhésive permettant l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant un photo-vieillissement (par exemple un jaunissement) limité dans le temps. Il existe également le besoin de fournir une composition adhésive permettant l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant une perméation latérale aux gaz et à l’eau limitée dans le temps. Il existe également le besoin de fournir une composition adhésive permettant l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques assurant une efficacité et un rendement optimaux et présentant une durabilité satisfaisante.
L’invention concerne en premier lieu une composition photopolymérisable adhésive comprenant, par poids total de la composition photopolymérisable adhésive :
- de 20 à 35 % d’au moins un copolymère à blocs ;
- de 45 à 75 % d’au moins un monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse (Tg) d’au moins 85°C ;
- de 2 à 15 % d’au moins un monomère alkoxysilane (méth)acrylate ; et
- de 0.1 à 5 % d’au moins un photo-amorceur.
- de 20 à 35 % d’au moins un copolymère à blocs ;
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- de 2 à 15 % d’au moins un monomère alkoxysilane (méth)acrylate ; et
- de 0.1 à 5 % d’au moins un photo-amorceur.
Dans des modes de réalisation, le copolymère à blocs est choisi parmi le groupe consistant en les copolymères à blocs comprenant au moins un bloc M et au moins un bloc B ; ledit bloc M désignant un bloc polymère comprenant au moins 50% en poids de méthacrylate de méthyle ; et le bloc B désignant un bloc polymère élastomérique incompatible avec le bloc M, et dont la température de transition vitreuse est inférieure à 20°C.
Dans des modes de réalisation, le monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse d’au moins 85°C est choisi parmi le groupe consistant en le méthacrylate de méthyle, le tert-butyl méthacrylate, le phényl-méthacrylate, l’isopropyl méthacrylate, l’isobornyl méthacrylate, l’isobornyl acrylate, le cyclohexyl méthacrylate, le 4-ter-butylcyclohexyl méthacrylate, le dihydrodicyclopentadienyl acrylate et leurs mélanges.
Dans des modes de réalisation, le monomère alkoxysilane (méth)acrylate est choisi parmi le groupe consistant en les monomères trialkoxysilane (méth)acrylates.
Dans des modes de réalisation, la composition photopolymérisable adhésive comprend en outre au moins un monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse inférieure à 0°C, un monomère d’acide méthacrylique, au moins un oligomère uréthane (méth)acrylate, au moins un diluant réactif monofonctionnel et leurs mélanges.
Dans des modes de réalisation, le monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse inférieure à 0°C, si présent, est choisi parmi le groupe consistant en l’acrylate de butyle, l’acrylate d’éthyle, l’acrylate de propyle, l’acrylate d’héxyle, l’acrylate d’octyle, l’acrylate de dodécyle, l’acrylate d’isopropyle, l’acrylate d’isobutyle, l’acrylate d’isodécyle, l’acrylate de 2-éthylhéxyle, l’acrylate de 2-propylhéptyle, le méthacrylate d’isodécyle, le méthacrylate de dodécyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle et leurs mélanges.
L’invention concerne en deuxième lieu un produit adhésif comprenant la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre et un récipient opaque la contenant.
L’invention concerne en troisième lieu un adhésif obtenu par le procédé comprenant les étapes suivantes :
- application d’une composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre sur au moins un capot et/ou un dispositif électronique ou optoélectronique ;
- photopolymérisation de la composition photopolymérisable adhésive appliquée pour obtenir un adhésif polymérisé ; et
- optionnellement mise en forme de l’adhésif polymérisé.
- application d’une composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre sur au moins un capot et/ou un dispositif électronique ou optoélectronique ;
- photopolymérisation de la composition photopolymérisable adhésive appliquée pour obtenir un adhésif polymérisé ; et
- optionnellement mise en forme de l’adhésif polymérisé.
L’invention concerne en quatrième lieu un module électronique ou optoélectronique comprenant l’assemblage d’une série de couches comprenant, dans cet ordre :
- un premier capot ;
- un premier adhésif tel que décrit ci-contre ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre;
- un dispositif électronique ou optoélectronique flexible;
- un deuxième adhésif tel que décrit ci-contre ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre; et
- un deuxième capot.
- un premier capot ;
- un premier adhésif tel que décrit ci-contre ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre;
- un dispositif électronique ou optoélectronique flexible;
- un deuxième adhésif tel que décrit ci-contre ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre; et
- un deuxième capot.
Dans des modes de réalisation, le dispositif électronique ou optoélectronique flexible est choisi parmi les diodes électroluminescentes organiques, les cellules photovoltaïques organiques, les transistors organiques, ou les capteurs organiques.
Dans des modes de réalisation, le dispositif électronique ou optoélectronique flexible est un dispositif de type pérovskite.
L’invention concerne en cinquième lieu un procédé d’obtention du module tel que décrit ci-contre, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- la fourniture d’un dispositif électronique ou optoélectronique ;
- la fourniture d’une composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre ;
- la fourniture d’un premier capot ;
- la fourniture d’un deuxième capot ;
- l’application de couches de composition photopolymérisable adhésive sur la surface du dispositif et/ou sur des surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ;
- le laminage du dispositif et des couches de composition photopolymérisable adhésive entre les surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ; et
- la photopolymérisation des couches de composition photopolymérisable adhésive.
- la fourniture d’un dispositif électronique ou optoélectronique ;
- la fourniture d’une composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre ;
- la fourniture d’un premier capot ;
- la fourniture d’un deuxième capot ;
- l’application de couches de composition photopolymérisable adhésive sur la surface du dispositif et/ou sur des surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ;
- le laminage du dispositif et des couches de composition photopolymérisable adhésive entre les surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ; et
- la photopolymérisation des couches de composition photopolymérisable adhésive.
L’invention concerne en sixième lieu l’utilisation de la composition photopolymérisable adhésive telle que décrite ci-contre, ou de l’adhésif tel que décrit ci-contre, pour l’encapsulation de dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles.
Les inventeurs ont démontré de manière surprenante que la composition photopolymérisable adhésive selon la présente invention, après application et photopolymérisation, présente des propriétés tout à fait satisfaisantes, voire excellentes, en particulier des propriétés adhésives, optiques, thermiques, électriques, barrières, élastiques et de résistance.
De plus, l’invention présente également un ou de préférence plusieurs des avantages suivants :
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques ayant des propriétés satisfaisantes, en particulier des propriétés adhésives, thermiques, optiques, électriques, barrières aux gaz, élastiques et de résistance satisfaisantes
- l’encapsulation satisfaisante de dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles ;
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant un photo-vieillissement (par exemple un jaunissement) limité dans le temps
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant une perméation latérale aux gaz et à l’eau limitée dans le temps ; et
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques assurant une efficacité et un rendement optimaux et présentant une durabilité satisfaisante.
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques ayant des propriétés satisfaisantes, en particulier des propriétés adhésives, thermiques, optiques, électriques, barrières aux gaz, élastiques et de résistance satisfaisantes
- l’encapsulation satisfaisante de dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles ;
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant un photo-vieillissement (par exemple un jaunissement) limité dans le temps
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques présentant une perméation latérale aux gaz et à l’eau limitée dans le temps ; et
- l’obtention de modules électroniques ou optoélectroniques assurant une efficacité et un rendement optimaux et présentant une durabilité satisfaisante.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Claims (13)
- Composition photopolymérisable adhésive comprenant, par poids total de la composition photopolymérisable adhésive :
de 20 à 35 % d’au moins un copolymère à blocs ;
de 45 à 75 % d’au moins un monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse (Tg) d’au moins 85°C ;
de 2 à 15 % d’au moins un monomère alkoxysilane (méth)acrylate ; et
de 0.1 à 5 % d’au moins un photo-amorceur. - Composition photopolymérisable adhésive, selon la revendication 1, selon laquelle le copolymère à blocs est choisi parmi le groupe consistant en les copolymères à blocs comprenant au moins un bloc M et au moins un bloc B ;
ledit bloc M désignant un bloc polymère comprenant au moins 50% en poids de méthacrylate de méthyle ; et
le bloc B désignant un bloc polymère élastomérique incompatible avec le bloc M, et dont la température de transition vitreuse (Tg) est inférieure à 20°C. - Composition photopolymérisable adhésive, selon l’une des revendications précédentes, selon laquelle le monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse d’au moins 85°C est choisi parmi le groupe consistant en le méthacrylate de méthyle, le tert-butyl méthacrylate, le phényl-méthacrylate, l’isopropyl méthacrylate, l’isobornyl méthacrylate, l’isobornyl acrylate, le cyclohexyl méthacrylate, le 4-ter-butylcyclohexyl méthacrylate, le dihydrodicyclopentadienyl acrylate et leurs mélanges.
- Composition photopolymérisable adhésive, selon l’une des revendications précédentes, selon laquelle le monomère alkoxysilane (méth)acrylate est choisi parmi le groupe consistant en les monomères trialkoxysilane (méth)acrylates.
- Composition photopolymérisable adhésive, selon l’une des revendications précédentes, comprenant, en outre au moins un monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse inférieure à 0°C, un monomère d’acide méthacrylique, au moins un oligomère uréthane (méth)acrylate, au moins un diluant réactif monofonctionnel et leurs mélanges.
- Composition photopolymérisable adhésive, selon la revendication 5, selon laquelle le monomère (méth)acrylate ayant une température de transition vitreuse inférieure à 0°C, si présent, est choisi parmi le groupe consistant en l’acrylate de butyle, l’acrylate d’éthyle, l’acrylate de propyle, l’acrylate d’héxyle, l’acrylate d’octyle, l’acrylate de dodécyle, l’acrylate d’isopropyle, l’acrylate d’isobutyle, l’acrylate d’isodécyle, l’acrylate de 2-éthylhéxyle, l’acrylate de 2-propylhéptyle, le méthacrylate d’isodécyle, le méthacrylate de dodécyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle et leurs mélanges.
- Produit adhésif comprenant la composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendications précédentes et un récipient opaque la contenant.
- Adhésif obtenu par le procédé comprenant les étapes suivantes :
application d’une composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendications 1 à 6 sur au moins un capot et/ou un dispositif électronique ou optoélectronique ;
photopolymérisation de la composition photopolymérisable adhésive appliquée pour obtenir un adhésif polymérisé ; et
optionnellement mise en forme de l’adhésif polymérisé. - Module électronique ou optoélectronique comprenant l’assemblage d’une série de couches comprenant, dans cet ordre :
un premier capot ;
un premier adhésif selon la revendication 8 ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendications 1 à 6;
un dispositif électronique ou optoélectronique flexible;
un deuxième adhésif selon la revendication 8 ou obtenu à partir de la composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendications 1 à 6; et
un deuxième capot. - Module électronique ou optoélectronique, selon la revendication 9, selon lequel le dispositif électronique ou optoélectronique flexible est choisi parmi les diodes électroluminescentes organiques, les cellules photovoltaïques organiques, les transistors organiques, ou les capteurs organiques.
- Module électronique ou optoélectronique, selon l’une des revendications 9 ou 10, selon lequel le dispositif électronique ou optoélectronique flexible est un dispositif de type pérovskite.
- Procédé d’obtention du module selon l’une des revendications 9 à 11, le procédé comprenant les étapes suivantes :
la fourniture d’un dispositif électronique ou optoélectronique ;
la fourniture d’une composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendications 1 à 6 ;
la fourniture d’un premier capot ;
la fourniture d’un deuxième capot ;
l’application de couches de composition photopolymérisable adhésive sur la surface du dispositif et/ou sur des surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ;
le laminage du dispositif et des couches de composition photopolymérisable adhésive entre les surfaces internes respectives des premier et deuxième capots ; et
la photopolymérisation des couches de composition photopolymérisable adhésive. - Utilisation de la composition photopolymérisable adhésive selon l’une des revendication 1 à 6, ou de l’adhésif selon la revendication 8, pour l’encapsulation de dispositifs électroniques ou optoélectroniques flexibles.
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| JP2011026551A (ja) * | 2009-05-21 | 2011-02-10 | Kaneka Corp | 紫外線硬化型粘接着剤組成物 |
| EP2566902B1 (fr) * | 2010-05-03 | 2014-06-11 | Arkema France | Matière d'encapsulation durcissable par uv |
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| A. KOVROV ET AL.: "Novel acrylic monomers for organic photovoltaics encapsulation", SOLAR ENERGY MATERIALS & SOLAR CELLS, 2020, pages 110210 |
| E. BOOKER ET AL.: "Perovskite Test: A high throughput method to screen ambient encapsulation conditions", ENERGY TECHNOLOGY, vol. 8, no. 12, 2020 |
| S. RAZZA ET AL.: "Research Update : Large-area deposition, coating, printing, and processing techniques for the upscaling of perovskite solar cell technology", APL MATERIALS, vol. 4, no. 9, 2016, XP012212028, DOI: 10.1063/1.4962478 |
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| EP4453117A1 (fr) | 2024-10-30 |
| JP2025503489A (ja) | 2025-02-04 |
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| WO2023118410A1 (fr) | 2023-06-29 |
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