Screen Printing Technology for Energy Devices

Screen printing is a widely used process in printed electronics, as this process is very flexible with regard to the materials that can be used. In addition, a minimum resolution of approximately 30 µm is sufficiently high. The ink film thickness, which can be controlled over a wide range, is an extremely important advantage of the process. Depending on the viscosity, layer thicknesses of several hundred nanometres up to several hundred micrometres can be realised.

The conversion and storage of energy became an increasingly important topic in recent years. Since regenerative energy sources, such as photovoltaics or wind energy, often supply energy intermittently, appropriate storage systems must be available. This applies to large installations for the power supply of society, but also in the context of autarkic sensors, such as those used in the Internet of Things or domestic/industrial automation. A combination of micro-energy converters and energy storage devices is an adequate concept for providing energy for such applications.

In this thesis the above mentioned keywords are addressed and the feasibility of printed thermoelectric energy converters and supercapacitors as energy storage devices are investigated. The efficiency of thermoelectric generators (TEG) is low, but in industrial environments, for example, a large amount of unused low temperature heat energy can be found. If the production costs of TEGs are low, conversion of this unused heat energy can contribute to increasing system efficiency.

Additionally, printing of supercapacitor energy storage devices increases the usability of the TEG. It is appropriate to use both components as complementary parts in an energy system.

Den tekniska tillämpningen av skärm- och stencilutskrift har varit toppmoderna i årtionden. Som en del av den subtraktiva produktionsprocessen av tryckta kretskort spelar exempelvis skärm- och stencilutskrift en viktig roll. I slutet av 1900-talet har ett annat fält öppnat med organisk elektronik. Sedan dess har allt fler funktionella lager producerats med hjälp av tryckmetoder. Tryckta elektronikanordningar erbjuder egenskaper som ger nästan all frihet till kreativiteten i produktutvecklingen. Flexibilitet, låg vikt, användning av giftfria material, enkelt bortskaffande och ett enormt antal enheter på grund av produktionsprocessen är några av de framträdande nyckelord som hör till detta område.

Skärmtryck är en allmänt använd process i tryckt elektronik, eftersom processen är mycket flexibel med avseende på material som kan användas. Dessutom är en minsta upplösning på cirka 30 µm tillräckligt bra. Bläckfilmens tjocklek, som kan styras över ett brett område, är en extremt viktig fördel med processen. Beroende på viskositeten kan skikttjockleken på flera hundra nanometer upp till flera hundra mikrometer realiseras.

Energikonvertering och lagring har blivit ett allt viktigare ämne de senaste åren. Eftersom regenerativa energikällor, såsom fotovoltaik eller vindkraft, ofta levererar energi intermittent, måste lämpliga lagringssystem vara tillgängliga. Detta gäller stora installationer för samhällets strömförsörjning, men också inom ramen för autarkiska sensorer, som de som används i saker av saker eller inhemsk / industriell automation. En kombination av mikroenergiomvandlare och energilagringsenheter är ett lämpligt koncept för att tillhandahålla energi för sådana applikationer.

I denna avhandling behandlas ovan nämnda nyckelord. Genomförbarhet av tryckta termoelektriska energiomvandlare och superkapacitorer som energilagringsenheter undersöks. Effektiviteten hos termoelektriska generatorer (TEG) är låg, men i industriella miljöer kan exempelvis en stor mängd oanvänd låg temperatur värmeenergi hittas. Om produktionskostnaderna för TEG är låga kan konvertering av denna oanvända värmeenergi bidra till ökad systemeffektivitet. Dessutom ökar utskrift av superkapacitorer användbarheten hos TEG. Det är lämpligt att använda båda komponenterna.