WO2016203140A1 - Procédé et dispositif de caractérisation d'un schéma d'encapsulation transparent - Google Patents

Procédé et dispositif de caractérisation d'un schéma d'encapsulation transparent Download PDF

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WO2016203140A1
WO2016203140A1 PCT/FR2016/051392 FR2016051392W WO2016203140A1 WO 2016203140 A1 WO2016203140 A1 WO 2016203140A1 FR 2016051392 W FR2016051392 W FR 2016051392W WO 2016203140 A1 WO2016203140 A1 WO 2016203140A1
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WO
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calcium
sample
image
characterization
water
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/051392
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English (en)
Inventor
Stéphane Cros
Patrick BOLDRIGHINI
Manuel Hidalgo
Original Assignee
Arkema France
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
Application filed by Arkema France, Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Arkema France
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for characterizing a transparent encapsulation scheme of a component that can be damaged by water.
  • Some components may be corroded by moisture. This is particularly the case of organic electronic components, which can find their applications in the field of photovoltaic power generation.
  • FIG. 1 represents a known configuration of flexible encapsulation of such a component, comprising two barrier films B, positioned on either side of the component D, and an adhesive A making it possible to maintain the barrier films on the component and to encapsulate laterally.
  • the term "encapsulation scheme" refers to the set of elements deployed to isolate the component from oxygen and water present in the environment, generally in the form of vapor. The choice of an encapsulation scheme adapted to a given component or application is an important step in the complete design of an application system. To guide this choice, we know of the document
  • the observation of the transformation of the peripheral edges of the thin calcium layer into a transparent material makes it possible to easily determine the lateral penetration distance of the water, and more generally the water permeation characteristic of 1 'encapsulant.
  • the present invention aims to overcome certain disadvantages of the state of the art presented above.
  • the invention proposes a method for characterizing a transparent encapsulation scheme for a component that can be damaged by water, the method comprising:
  • each measurement step comprising the acquisition of an image of a light radiation transmitted through the sample and the processing of this image to estimate the residual amount of calcium in the sample at each of these moments;
  • an image selection step corresponding to an estimated residual quantity of calcium strictly comprised between 40% and 100% of the initial quantity to establish an ordered image sequence
  • a step of determining a water permeation characteristic of the encapsulation scheme from the sequence of ordered images is performed between each measurement step, the sample is stored in a controlled atmosphere having a determined aging temperature and relative aging humidity.
  • a calibration step is performed establishing a calibration relationship binding a thickness of a calibration calcium layer and a mean gray level of an image of that layer.
  • the calibration step comprises preparing a plurality of calibration samples each comprising a controlled thickness calibration calcium layer and acquiring images of light radiation transmitted through each calibration sample.
  • the calibration step comprises:
  • the calibration step comprises acquiring an image of light radiation transmitted through of a reference material and the average gray level of this image is determined to establish a reference gray level.
  • the measuring step comprises acquiring an image of a light radiation transmitted through the reference material, the average gray level of this image is determined which is compared to the reference gray level.
  • the preparation step comprises drying the elements making up the sample.
  • the preparation step comprises degassing the sample at a temperature exceeding the aging temperature.
  • the preparation step comprises forming the calcium layer over an overall area of a surface of the substrate, a peripheral portion of the substrate remaining free.
  • the image processing during the first measurement step comprises determining the overall area corresponding to the extent of the calcium layer of the sample.
  • the step of determining a permeation characteristic comprises determining the amount of total water that has diffused at each moment through the encapsulation scheme.
  • the step of determining a permeation characteristic comprises determining an amount of water that has diffused orthogonally at each moment through the encapsulation scheme.
  • the step of determining a permeation characteristic comprises determining a quantity of water that has diffused laterally at each moment through the encapsulation scheme by making the difference between the total amount of water and the quantity of water having diffused orthogonally.
  • the encapsulation scheme consists of two barrier layers and an adhesive and wherein the preparation step comprises the preparation of at least two samples whose adhesives have different thicknesses.
  • the determining step comprises determining the permeation of the barrier layers, the permeation of the adhesive and the permeation at the interfaces between the barrier layers and the adhesive.
  • the images are formed of pixels, and the method comprises acquiring an image of a scale indicator to determine the dimensions of a pixel of the images.
  • the invention also proposes a device for characterizing a circuit for encapsulation of a component that can be damaged by water, the characterization device being formed of an opaque chamber comprising:
  • image processing means for estimating the residual amount of calcium in the sample - Image selection means corresponding to an estimated residual amount of calcium of the sample strictly between 40% and 100% of the initial amount.
  • the sample is included in a sample holder consisting of two metal frames secured against each other and between which the sample is held.
  • the inner walls of the opaque chamber are able to absorb the radiation emitted by the source.
  • the opaque chamber is equipped with means for controlling its atmosphere temperature and humidity.
  • Figure 1 shows a configuration of encapsulation of the state of the art of a component may be damaged by water
  • FIG. 2 represents the succession of the steps composing a method of characterization of an encapsulation scheme according to the invention
  • FIGS. 3a and 3b show an example of an encapsulation scheme that is the subject of the characterization method according to the invention
  • FIG. 4 represents a series of images of a sample, whose moments of shooting are separated by 24 hours;
  • FIG. 5 represents a device for characterizing an encapsulation scheme according to the invention.
  • FIG. 6 represents the sequence of tasks composing an optional calibration step of the method and of the characterization device according to the invention.
  • FIG. 7 graphically represents measurement points associating a thickness of a calcium layer and a mean gray level of an image of this layer in an exemplary implementation of an optional calibration step.
  • FIG. 8 is a graphical representation of the measurements made during a process according to the invention.
  • FIGS. 9 and 10 are examples of permeation measurements carried out using a process according to the invention.
  • FIG. 2 represents the succession of the steps composing a method of characterization of an encapsulation scheme according to the invention. In this figure, the optional steps appear dashed.
  • the process shown in Figure 1 comprises a step of preparing a sample.
  • a sample 1 formed of a calcium layer 2 disposed on a transparent substrate 3 and placed inside the encapsulation diagram 4 that is to be characterized.
  • a particular example of such a sample 1 is shown in FIGS. 3a (in section) and 3b (in top view), corresponding to a particular example of characterization of an encapsulation scheme of a cell.
  • flexible organic photovoltaic and comprising a transparent substrate 3 and flexible PET substantially square shape and having a side of about 5 cm.
  • the calcium layer 2 may be formed on a central portion of a surface of the transparent substrate 3 by physical vapor deposition (PVD) of the "Physical Vapor Deposition" under high vacuum.
  • PVD physical vapor deposition
  • a peripheral portion of the transparent substrate 3 remains preferentially free of any deposit.
  • the calcium layer can extend over a global area Zb also square about 4.5 cm side, leaving free a peripheral zone of about 0.5 cm on the substrate.
  • the thickness of the calcium layer 2 is typically between 100 and 150 nanometers thick.
  • the calcium layer 2 has an initial amount of calcium, which can be determined during a measurement step as will be presented later.
  • the preparation step of the sample 1 also comprises the application of the encapsulation scheme 4 that it is desired to characterize on the assembly formed of the transparent substrate 3 and the calcium layer 2.
  • the encapsulation scheme 4 may be composed of two barrier films 4a, 4b of defined composition and an adhesive 4c of a specific composition.
  • the barrier films may for example be coated with the adhesive and laminated on either side of the assembly formed by the substrate 3 and the calcium layer 2, but any other method of applying the encapsulation diagram 4 may suit.
  • the production of sample 1 takes place in a dry environment, for example inside a device such as a glove box. Sample measurement
  • a characterization method also comprises a plurality of permeation measurement steps on the sample 1, carried out at successive times.
  • the time between two successive instants separating two measuring steps is adjusted to the diffusion dynamics of the water through the encapsulation diagram 4 so that the sequence of measurements is well representative of the phenomena that take place. square.
  • the sample 1 it is possible to choose to store the sample 1, between each measuring step, in a controlled aging atmosphere having a relative aging humidity and a determined aging temperature.
  • the relative humidity and the aging temperature determined can be chosen at 85% and 65 ° C. respectively.
  • the instants of two successive measurement steps it is possible to separate the instants of two successive measurement steps. a duration between one hour and two hours.
  • the spectral composition of this radiation is chosen according to the intended field of application, in corresponds to the range of wavelengths for which the encapsulation scheme 4 is considered transparent. Care is also taken to choose the spectral composition of this radiation to preserve the opacity / transparency properties of metallic / degraded calcium.
  • the light radiation has a spectral composition that includes at least the visible domain. It has been seen in the introduction that calcium, in its metallic form as deposited on the transparent substrate 3, forms an opaque material. As the water enters the sample 1 through the encapsulation scheme, the water reacts with the metal calcium from layer 2 to decompose it and form a calcium hydroxide which is him transparent.
  • the water can propagate in the sample in a direction defined by the plane of the calcium layer 2 and laterally decompose the calcium layer 2. This permeation component is designated by the term “lateral permeation”. Water can also propagate in a direction orthogonal to the plane defined by the calcium layer 2 and decompose this layer in its thickness. This permeation component is designated by the term “orthogonal permeation”.
  • the extent and thickness of the metallic calcium layer 2 on the substrate affect the transmission of light radiation through the sample 1. More precisely, the light radiation will be blocked in the presence of a relatively large thickness of metallic calcium. which will lead to a dark zone corresponding to the captured image. And the light radiation will pass in the presence of a relatively low thickness of metallic calcium, which will lead to a clear area corresponding to the captured image. In general, the light radiation transmitted through the sample (and therefore the average level of transparency of the sample) makes it possible to determine the amount of metallic calcium present in the sample.
  • the conversion of the level of transparency of the image 5 to the amount of calcium to estimate the amount of residual calcium present in the sample can be realized from multiple ways, for example by application of the law of Beert-Lambert (connecting the absorption of light to the properties of the media it passes through) or by providing a particular calibration step as will be detailed later.
  • FIG. 4 represents a series of images of a sample 1, the instants of which are separated by 24 hours.
  • the lateral and orthogonal degradation of the initially opaque metallic calcium layer 2 is observed, and the increase of its transparency in time resulting from the degradation in the direction of its thickness.
  • the invention takes advantage of this phenomenon and proceeds, during each measuring step, to the processing of the captured image to estimate the residual amount of calcium in the sample 1. It is possible to deduce from this measurement the quantity of water having penetrated through the encapsulation scheme 4 in each of the instants of the measuring steps.
  • the image processing step for determining the amount of residual metal calcium is carried out as follows.
  • a preliminary step for example integrated in the first step of measuring the plurality of measurement steps, defines a global zone of the image 5, more opaque than its periphery, and corresponding to the initial extent of the metallic calcium layer 2.
  • the average level of transparency of the sample at the level of the defined global zone (such as, for example, the average gray level of the image 5 in this zone) makes it possible to determine the initial quantity of calcium carried by the sample.
  • the average level of transparency of the image 5 of the sample 1 is measured at the level of the global zone defined once and for all during the first step, and it is deduced from this mean level of transparency the residual amount of calcium metal in layer 2 of sample 1.
  • a plurality of images of the sample 1 taken at successive instants of a duration of time during which the calcium of the layer 2 of the sample could be degraded by the water having diffused through the encapsulation scheme 4 and whose transparency could be affected.
  • Each image 5 is associated, among others, at the moment of its capture, and the residual amount of calcium determined during the processing of the measuring step. This collection of timestamped information is called "measures”.
  • the characterization method therefore comprises a step of selecting the images of the sample 1 having a residual amount of calcium estimated strictly between 40% and 100% of the initial quantity, to establish a sequence of images. ordered.
  • each image 5 is associated with the moment of its shooting thus making it possible to order the measurements chronologically.
  • the selection step retains the images of sample 1 whose residual amount of calcium is strictly less than the initial amount of calcium. In other words, in the selected measurements, a minimal amount of water diffused through the encapsulation scheme 4 and initiated degradation of the metallic calcium layer 2.
  • this selection step only the images of sample 1 having a residual amount of calcium estimated to be strictly between 40% and 100% of the initial amount and for which a degradation of the entire contour of the initial layer of calcium 2. If this layer 2 has a rectangular or square shape, it will be for example to note its degradation on each of its four sides to retain the image in the selection.
  • this information is used to establish a water permeation characteristic of the encapsulation scheme 4 from the measurements from the sequence of ordered images.
  • FIG. 8 is a graphical representation of the measurements taken during a process according to the invention.
  • the x-axis represents the time (in days) and the y-axis represents the total quantity of water (in grams) that has diffused through an encapsulation diagram 4 to characterize and reacted with the metallic calcium.
  • Each measurement point represented on this graph therefore corresponds to the amount of water reacted with the calcium of sample 1 at a given instant.
  • This figure clearly shows three zones, designated I, II and III. Zones I and III respectively correspond to the initiation and the final saturation of the permeation phenomenon.
  • Zone II corresponds to the measurements adopted during the selection step, and this figure shows the linear approximation line of these measurements whose slope defines the overall permeation coefficient K of the encapsulation scheme, of the order of 6 10 A -6 g / day in this figure.
  • the characterization method according to the invention can be implemented to finely characterize an encapsulation scheme.
  • the total amount of water may be decomposed into a first quantity of water that has diffused orthogonally through the encapsulation scheme.
  • This first quantity of water is connected to the degraded thickness of the calcium layer 2, and more precisely to the volume defined by the difference between the initial thickness of the metal calcium layer 2 and the residual thickness of this layer, by not not taking into account its lateral degradation, that is to say considering that the calcium layer extends over the entire global zone and is not affected by lateral permeation.
  • This first quantity of water allows to establish an orthogonal permeation characteristic, Ko, expressed in gram of water / m A 2 / per day where the normalization surface corresponds to the surface of the global zone of the calcium layer.
  • the last image of the sequence of ordered images is processed to determine a final central zone (more opaque than its periphery) corresponding to the final extent of the metallic calcium layer 2.
  • this final central zone is reliable and does not incorporate zones which have been possibly degraded by the lateral permeation of the water, it can be subtracted from it a peripheral contour extending over a predetermined distance, for example. example 1mm.
  • the degree of transparency of the portion of the image defined by the final central zone (for example the average gray level of the portion of the image corresponding to this portion) is measured. zoned). From this measurement, the estimated average thickness of the residual calcium layer can be deduced, and as just presented, the quantity of water having diffused orthogonally through the encapsulation scheme.
  • the total amount of water may also be decomposed into a second amount of laterally diffused water simply obtained by difference between the total amount of water and the amount of water that has diffused orthogonally. Similar to the previous case, this second quantity of water makes it possible to establish a characteristic of lateral permeation K1, expressed for example in gram of water / day.
  • the method of characterization according to the invention also makes it possible to distinguish between the quantity of water having diffused laterally through the solid part of the adhesive 4c and the quantity of water having diffused laterally at the interfaces between the adhesive 4c and the barrier films 4a, 4b.
  • the lateral permeation coefficients of each of the samples Kli and K12 can be determined, and it is possible to determine therefore of the following set of equations, making it possible to identify the interface and mass lateral permeation coefficients Klil, Klbl and Kli2 and Klb2 of each sample:
  • the invention also proposes a device 6 for characterizing an encapsulation scheme 4 for a device that may be damaged by water.
  • This characterization device 6 is constituted, as shown diagrammatically in FIG. 5, of an opaque chamber 7 to minimize the impact of ambient light on the measurements, inside which a source of radiation 8 is arranged, an image sensor 9, and a support 10 for receiving a sample placed between the radiation source and the image sensor.
  • the image sensor is associated with processing means 11a and selection 11b, such as for example a computer provided with its respective processing and selection programs, preferably arranged outside the opaque chamber 7.
  • a flat base 12 positioned in the opaque chamber 7 can receive the radiation source 8 which can take the form of, for example, a light panel whose radiation (intensity, wavelength, ...) is determined.
  • the base is provided with a support foot 13 on which the image sensor 9 can be fixed, its optics being directed towards the source of radiation 8.
  • the Sample 1 can be mounted on a sample holder.
  • the sample holder consists of two frames secured to one another by their main faces between which is positioned and maintained the sample 1. This configuration is advantageous in that it makes it possible to keep exposed the main and lateral surfaces of the sample 1 in the open air, and not to block or disturb the diffusion of the water through the encapsulation diagram 4.
  • the sample holder is formed an opaque material and not likely to degrade during storage thereof in the controlled atmosphere of aging. It can for example be aluminum.
  • the two frames of the sample holder define a central opening for exposing the calcium layer 2 of the sample 1 to the light rays.
  • this central opening has larger dimensions than the dimensions of the calcium layer 2. so that a transparent spacing is reserved between the contour of the calcium layer and the contour of the central opening of the frame. This transparent spacing makes it easier to process the images acquired during the measuring steps. In this case, these images 5 exhibit a strong contrast between this transparent zone and the opaque or semi-transparent zone of the sample 1, which facilitates the identification of the contour of this zone, and in particular of the overall zone during the first step of measurement.
  • the support 10 may take the form of a peripheral spacer, placed on the luminous panel, on which the sample holder can be arranged. This prevents the direct contact of the sample holder and the sample 1 with the surface of the light panel, and prevents the formation of scratches or marks on this surface.
  • the support 10 consists of an opaque peripheral band, for example foamed rubbers, whose dimensions correspond to that of the sample holder, so that once it is positioned on the support, only the radiation transmitted through the sample can propagate in the opaque chamber 7 to the image sensor 9. This limits the lateral diffusion of the radiation of the source 8, this diffusion can, by reflection, come to disrupt measures.
  • an opaque peripheral band for example foamed rubbers
  • the opaque chamber 7 is provided with means for controlling its atmosphere in terms of temperature and humidity. It is then possible to perform the aging treatment of the sample 1 directly in the device 6 of characterization. It is not necessary to have a dedicated oven, or to handle, between two measurements, the sample between the device 6 of characterization and this oven. The characterization process can then be fully automated.
  • the sample holder and the spacer may be replaced by a carousel constituted for example by a circular plate containing a plurality of notches able to receive a plurality of samples 1.
  • the rotation of the carousel, through a controlled stepper motor, allows the samples to be successively exposed to the light radiation.
  • control means of the characterization device 6 and the set of calculation means for implementing the characterization method can be integrated on a dedicated microprocessor unit to thus form an autonomous characterization equipment.
  • FIG. 6 represents the sequence of tasks composing an optional calibration step of the method and of the characterization device 6.
  • this calibration step aims to establish a calibration relationship linking a thickness of a calcium layer and a mean gray level of an image of this layer.
  • This calibration step avoids deploying a physics-based approach to establish this relationship, this approach may be approximate because it does not take into account the precise characteristics of the device 6 of characterization on which the method is implemented (source of the light radiation 8, image sensor 9).
  • the calibration step comprises preparing a plurality of calibration samples each comprising a calibration calcium layer of controlled and distinct thickness.
  • the calcium layer may be formed by evaporation on a previously prepared glass substrate, in the inert atmosphere of a confined space, such as a "glove box" type device.
  • the thickness of the calcium layer can be controlled using a quartz microbalance disposed in the evaporation chamber.
  • the assembly formed by the calcium layer and the glass substrate may be assembled to a second glass substrate to encapsulate the calibration calcium layer.
  • An ultraviolet-sensitive adhesive may be disposed at the periphery of either one of the substrates prior to assembly to complete the lateral encapsulation of the layer.
  • Imaging is then carried out of light radiation transmitted through the calibration samples on the device 6 for characterization, and in particular through calcium layers of controlled and distinct thicknesses.
  • the images of these layers are processed to record their average gray levels (that is, the average of the gray levels of each pixel in the image).
  • FIG. 7 graphically represents measurement points associating calcium thickness and average gray levels in an exemplary implementation of this calibration step.
  • a first level of average gray corresponds to a ceiling calcium thickness beyond which the calcium layer is considered opaque. It is not possible to accurately determine the thickness of a calcium layer exceeding this ceiling thickness using the average gray level measured in the image.
  • a second average gray level corresponds to a floor thickness below which the calcium layer is considered to be transparent.
  • the calibration step therefore comprises selecting the first and second average gray level, and establishing a linear calibration relationship using measurements between this first level and second level to connect a gray level. medium and a layer thickness.
  • This linear calibration relation has the advantage of taking into account all the technical characteristics of the constituent elements of the method and the device 6 of characterization (characteristics of the lamp, the image sensor, opacity of the chamber, etc. ). It will also be noted that a linear relationship between the gray level of a pixel and the thickness of the layer at this pixel is also advantageous because it makes it possible to estimate the average thickness of the calcium layer ( and therefore the amount of calcium) by determining the average gray level of the pixels of an image.
  • the determination of the ceiling thickness and the calcium floor thickness makes it possible to guide the choice of the thickness of the calcium layer 2 formed on the transparent substrate 3 to form the characterization sample 1, at during the preparation stage of this sample.
  • We will thus preferably choose a thickness close to this ceiling thickness to take advantage of any the possible extent of the gray-scale transparency measurement.
  • the calibration step may also include the acquisition of an image, in the device 6 characterization, a reference material.
  • the average gray level of this image is determined to define a reference gray level.
  • the reference material is preferably made of a semi-transparent material, for example a gray-tinted plastic film, stable over time.
  • the reference material can be stored in a dark room to ensure the stability of this transparency over time.
  • the reference material is placed in the opaque chamber 7 of the device 6 and its image is acquired. This image is processed to determine its average gray level. By comparing this average gray level with the average reference gray level, the validity of the calibration relationship can be determined. In particular, if the average gray level differs from the reference gray level of a predetermined quantity (which may correspond to a standard deviation of measurement where a multiple of this standard deviation), the calibration relation is no longer valid. The origin of this variation can come for example from the instability of the light intensity produced by the radiation source 8. Small variations in the gray level of the reference material can be corrected by adjusting the image sensor parameters. 9, or image processing, but it is generally preferable, even in this case, to establish a new calibration relationship according to the technique presented above.
  • an image is acquired in the device 6 for characterizing a scale indicator.
  • the image of this scale indicator makes it possible to determine the dimensions of the pixels constituting the image. This information may be useful during the various image processing operations that take place during the process, in particular to express in units of length the dimensions and / or the surfaces of the calcium layer 2 of the sample 1 represented on the images.
  • the scale indicator may be an object or a mark whose dimensions are known. It can be carried by the sample 1 of characterization, in a zone not disturbing the measurements, but preferably the scale indicator is carried by the reference material.
  • the reliability of the characterization method can also be improved by ensuring that, at the end of the preparation step, the sample 1 contains only a minimal amount of water. Indeed, the water possibly incorporated in the sample 1 or in the elements making up the sample 1 contributes to degrade the calcium of the layer without this water corresponding to water having diffused through the encapsulation scheme. 4 to characterize. This amount of initial water therefore disturbs the measurements.
  • the preparation step may comprise the drying of the various elements making up the sample 1 before assembly.
  • the encapsulation diagram is formed of two barrier films 4a, 4b and an adhesive 4c as has been proposed by way of example above
  • the transparent substrate 3 the two barrier films 4a are dried.
  • 4b and 4c adhesive This treatment may consist of a baking at 80 ° C for at least 48 hours of these elements.
  • the adhesive 4c is in liquid form and does not lend itself to drying by steaming, a bubbler can be used to circulate a dry gas in this liquid adhesive.
  • the preparation step of the sample 1 may comprise degassing of the sample 1 in order to extract the water that would still be present therein.
  • This treatment can be carried out by exposing the sample 1 to a temperature permitting the exo diffusion of the water in vapor form, preferably at a temperature exceeding the aging temperature of the samples. This ensures that the aging treatment will not contribute to the diffusion of water in the sample which is not representative of the permeation properties of the encapsulation scheme.
  • Degassing can be achieved by placing sample 1 on a hot plate at the selected temperature for at least 24 hours, or by annealing sample 1 in this inert atmosphere and drying for at least eight hours.
  • the calcium layer 2 has a thickness chosen to exceed the calcium ceiling thickness (determined during the calibration step) of a specific size. This excess calcium thickness is intended to absorb the residual water of the sample and degrade this excess calcium thickness in transparent material.
  • the sample 1 contains a quantity of water insufficient to significantly disturb the measurement.
  • the thickness of the calcium layer 2 is chosen so that at the end of this preliminary reaction, the remaining thickness of the calcium layer 2 corresponds substantially to the ceiling calcium thickness.
  • the thickness of the calcium layer 2 of the sample 1 can be chosen to exceed the ceiling thickness by 60 nm.
  • this thickness can be chosen to exceed 90 nm ceiling thickness.
  • this thickness can be chosen to exceed the ceiling thickness by an even larger value.
  • the initial amount of calcium in sample 1 corresponds to the amount of calcium in its metallic form present in the calcium layer 2 after it has reacted with the water initially contained in sample 1.
  • the present invention has been used to determine the relative importance of the different permeation routes present in a conventional encapsulation scheme of an organic photovoltaic cell. This study was carried out using commercially available materials, to form an encapsulation scheme 4 according to Figures 3a, 3b.
  • Two sets of samples 1 have been prepared.
  • the barrier films used for all samples were an Oike 25T VX - 2PO reference film.
  • the adhesive was a 3M 467MP or 468MP type pressure-sensitive film, following the series of samples 1, which are the same adhesive, but of respective thicknesses of 0.05 mm and 0.125 mm. All samples 1 were encapsulated between two adhesive coated barrier films and laminated within an inert atmosphere glove box using a standard roll for the lamination step.
  • the orthogonal permeation per unit area for each of the samples is shown in Fig. 9.
  • the lateral permeation for each of the samples is shown in Fig. 10. Good repeatability of the measurements is observed.
  • the table below represents the average percentages, for each of the two sets of samples, of the degraded calcium according to the permeation pathways.
  • the method and the characterization device 6 according to the invention form particularly useful and reliable solutions for the characterization of encapsulation schemes 4 which can be complex. They make it possible in particular to characterize the water permeation at the level of the interfaces existing between the different elements of the encapsulation scheme 4 and at the level of each of these elements.
  • the term "transparent” should not be interpreted restrictively to a transparency vis-à-vis visible radiation, and we can adapt the wavelength of light radiation to the nature of the materials of the encapsulation scheme 4.
  • the encapsulation scheme 4 which is the subject of the characterization is an applicable scheme "as is" to a device likely to degrade with water.
  • a transparent encapsulation scheme for the purposes of the characterization, to determine a permeation characteristic of an element, such as an adhesive, which will be used in combination with other possibly non-transparent elements to form the encapsulation scheme of the final application.
  • the invention relies on the determination of the residual amount of calcium in the sample after the initial layer has been degraded by the water having diffused through the encapsulation scheme.
  • This residual amount of calcium can be expressed in different equivalent forms, for example by volume, by mol, by weight.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation d'un schéma d'encapsulation (4) transparent d'un composant susceptible d'être détérioré par de l'eau, le procédé comportant une étape de préparation d'un échantillon (1) formé d'une couche de calcium (2) sur une surface d'un substrat transparent (3) à l'intérieur du schéma d'encapsulation (4), la couche de calcium (2) présentant une quantité initiale de calcium; une pluralité d'étapes de mesure en des instants successifs, chaque étape de mesure comportant l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers de l'échantillon (1) et le traitement de cette image pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon (1) en chacun de ces instants; une étape de sélection des images correspondant à une quantité résiduelle estimée de calcium strictement comprise entre 40% et 100% de la quantité initiale pour établir une séquence d'images ordonnées; une étape de détermination d'une caractéristique de perméation à l'eau du schéma d'encapsulation (4) à partir de la séquence d'images ordonnées.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CARACTERISATION D'UN SCHEMA
D'ENCAPSULATION TRANSPARENT
DOMAINE DE L'INVENTION
L' invention concerne un procédé et un dispositif de caractérisation d'un schéma d' encapsulation transparent d'un composant susceptible d'être détérioré par l'eau. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Certains composants sont susceptibles d'être corrodés par l'humidité. C'est notamment le cas des composants électroniques organiques, qui peuvent trouver leurs applications dans le domaine de la production d'énergie photovoltaïque .
Il est alors usuel, comme cela est illustré dans le document intitulé « Material challenge for flexible organic devices », Jay lewis, Volume 9, Issue 4, April 2006, Pages 38- 45, de protéger le composant de son environnement en l'encapsulant dans un matériau ou une combinaison de matériaux formant barrière à la diffusion de l'eau et de l'oxygène, principaux gaz impliqués dans les processus de dégradation. Pour les applications dans le domaine photovoltaïque et plus généralement dans le domaine optoélectronique, ces matériaux doivent être transparents.
La figure 1 représente une configuration connue d' encapsulation flexible d'un tel composant, comprenant deux films barrières B, positionnés de part et d'autre du composant D, et un adhésif A permettant de maintenir les films barrières sur le composant et de l'encapsuler latéralement. D'une manière générale, on appelle « schéma d' encapsulation » l'ensemble des éléments déployés pour isoler le composant de l'oxygène et de l'eau présent dans l'environnement, généralement sous forme de vapeur. Le choix d'un schéma d' encapsulation adapté à un composant ou une application donnée est une étape importante dans la conception complète d'un système applicatif. Pour guider ce choix, on connaît du document
« Evaluation and modeling of edge seal material for photovoltaic application » de M.D Kempe, IEEE Photovoltaic Specialists Conférence, Juin 2010, une technique d'évaluation d'un matériau d' encapsulation latérale. Cette technique consiste à déposer une couche mince de calcium sur un substrat de verre, laminer l'ensemble sur un second substrat de verre, et protéger les bords de cet assemblage de la pénétration latérale de l'eau à l'aide d'un encapsulant à caractériser. Le calcium, opaque dans sa forme métallique, réagit très fortement avec l'eau pour former un hydroxyde transparent :
Ca + 2H20 -> Ca(OH)2 + H2
Selon le document cité, l'observation de la transformation des bords périphériques de la couche mince de calcium en un matériau transparent permet de facilement déterminer la distance de pénétration latérale de l'eau, et plus généralement la caractéristique de perméation à l'eau de 1' encapsulant .
La technique exposée dans ce document est toutefois limitée à l'évaluation de la perméation latérale d'un matériau encapsulant en combinaison avec le verre. Cette technique n'est pas adaptée lorsque le schéma d' encapsulation est flexible et composé de deux films barrières placés à l'aide d'un adhésif de part et d'autre du composant, comme cela est représenté sur la figure 1, il serait souhaitable de pouvoir caractériser plus finement une caractéristique de perméation à l'eau de chacun de ces éléments. Il serait également souhaitable de pouvoir évaluer la compatibilité des matériaux utilisés dans un tel schéma d' encapsulation mixte, les interfaces entre les éléments du schéma pouvant former une voie de pénétration latérale de l'eau que les techniques connues ne peuvent évaluer. OBJET DE L' INVENTION
La présente invention vise à remédier à certains inconvénients de l'état de la technique présenté ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION
En vue de la réalisation de cet objet, l'invention propose un procédé de caractérisation d'un schéma d' encapsulation transparent d'un composant susceptible d'être détérioré par de l'eau, le procédé comportant :
- une étape de préparation d'un échantillon formé d'une couche de calcium sur une surface d'un substrat transparent à l'intérieur du schéma d' encapsulation, la couche de calcium présentant une quantité initiale de calcium ;
- une pluralité d'étapes de mesure en des instants successifs, chaque étape de mesure comportant l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers de l'échantillon et le traitement de cette image pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon en chacun de ces instants ;
- une étape de sélection des images correspondant à une quantité résiduelle estimée de calcium strictement comprise entre 40% et 100% de la quantité initiale pour établir une séquence d'images ordonnées ;
- une étape de détermination d'une caractéristique de perméation à l'eau du schéma d' encapsulation à partir de la séquence d'images ordonnées. Selon d'autres caractéristiques de cette méthode, non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : entre chaque étape de mesure, l'échantillon est entreposé dans une atmosphère contrôlée présentant une température de vieillissement et une humidité relative de vieillissement déterminées. préalablement aux étapes de mesure, on réalise une étape de calibration établissant une relation de calibration liant une épaisseur d'une couche de calcium de calibration et un niveau de gris moyen d'une image de cette couche. l'étape de calibration comprend la préparation d'une pluralité d'échantillons de calibration comprenant chacun une couche de calcium de calibration d'épaisseur contrôlée et l'acquisition des images d'un rayonnement lumineux transmis au travers de chaque échantillon de calibration . l'étape de calibration comprend :
la sélection d'un premier niveau de gris moyen correspondant à une épaisseur plafond de calcium au- delà de laquelle la couche de calcium de calibration est considérée opaque ;
la sélection d'un second niveau de gris moyen correspondant à une épaisseur plancher de calcium en deçà de laquelle la couche de calcium de calibration est considérée entièrement transparente ;
l'établissement d'une relation linéaire entre un niveau de gris moyen compris entre le premier niveau et le second niveau et une épaisseur de couche de calcium. l'épaisseur de la couche de calcium de l'échantillon est choisie pour excéder l'épaisseur plafond de calcium d'une grandeur déterminée, qui peut par exemple être de 60nm. l'étape de calibration comprend l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers d'un matériau de référence et on détermine le niveau de gris moyen de cette image pour établir un niveau de gris de référence. l'étape de mesure comprend l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers du matériau de référence, on détermine le niveau de gris moyen de cette image que l'on compare au niveau de gris de référence. l'étape de préparation comprend le séchage des éléments composant l'échantillon. l'étape de préparation comprend le dégazage de l'échantillon à une température excédant la température de vieillissement. l'étape de préparation comprend la formation de la couche de calcium sur une zone globale d'une surface du substrat, une partie périphérique du substrat restant libre . le traitement de l'image au cours de la première étape de mesure comprend la détermination de la zone globale correspondant à l'étendue de la couche de calcium de 1 ' échantillon . l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination de la quantité d'eau totale ayant diffusé en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation . l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination d'une quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation . l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination d'une quantité d'eau ayant diffusé latéralement en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation en procédant à la différence entre la quantité d'eau totale et la quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement . le schéma d' encapsulation est constitué de deux couches barrières et d'un adhésif et dans lequel l'étape de préparation comprend la préparation d' au moins deux échantillons dont les adhésifs présentent des épaisseurs différentes. l'étape de détermination comprend la détermination de la perméation des couches barrières, la perméation de l'adhésif et la perméation aux interfaces entre les couches barrières et l'adhésif.
• les images sont formées de pixels, et le procédé comprend l'acquisition d'une image d'un indicateur d'échelle pour déterminer les dimensions d'un pixel des images .
L' invention propose également un dispositif de caractérisation d'un schéma d' encapsulation d'un composant susceptible d'être détérioré par l'eau, le dispositif de caractérisation étant formé d'une chambre opaque comprenant :
- une source de rayonnement ;
- un capteur d' image orienté vers la source de rayonnement ;
- un support pour recevoir un échantillon, entre la source de rayonnement et le capteur d'image, l'échantillon étant formé d'une couche de calcium présentant une quantité initiale de calcium sur une surface d'un substrat transparent à l'intérieur du schéma d' encapsulation ;
- des moyens de traitement d' image pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon - des moyens de sélection d' images correspondant à une quantité résiduelle estimée de calcium de l'échantillon strictement comprise entre 40% et 100% de la quantité initiale.
Selon d'autres caractéristiques de cette méthode, non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
• l'échantillon est compris dans un porte-échantillon constitué de deux cadres métalliques solidarisés l'un contre l'autre et entre lesquels est maintenu 1 ' échantillon .
• les parois internes de la chambre opaque sont aptes à absorber le rayonnement émis par la source.
• la chambre opaque est munie de moyens de contrôle de son atmosphère en température et en humidité. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L' invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l'invention, en référence aux figures ci- jointes parmi lesquelles :
la figure 1 représente une configuration d' encapsulation de l'état de la technique d'un composant susceptible d'être détérioré par l'eau ;
la figure 2 représente la succession des étapes composant un procédé de caractérisation d'un schéma d ' encapsulation conforme à l'invention ;
les figures 3a et 3b représentent un exemple de schéma d' encapsulation objet de la méthode de caractérisation selon l'invention ;
- la figure 4 représente une série d'images d'un échantillon, dont les instants de prises de vue sont séparés de 24 heures ; la figure 5 représente un dispositif de caractérisation d'un schéma d ' encapsulation conforme à 1 ' invention .
la figure 6 représente la séquence des tâches composant une étape optionnelle de calibration du procédé et du dispositif de caractérisation conforme à l'invention ;
- la figure 7 représente graphiquement des points de mesure associant une épaisseur d'une couche de calcium et un niveau de gris moyen d'une image de cette couche dans un exemple de mise en œuvre d'une étape optionnelle de calibration .
la figure 8 est une représentation graphique des mesures réalisées au cours d'un procédé conforme à 1 ' invention .
- Les figures 9 et 10 sont des exemples de mesures de perméation réalisées à l'aide d'un procédé conforme à 1 ' invention .
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
La figure 2 représente la succession des étapes composant un procédé de caractérisation d'un schéma d ' encapsulation conforme à l'invention. Sur cette figure, les étapes optionnelles apparaissent en pointillées.
Préparation de l'échantillon
Le procédé représenté sur la figure 1 comporte une étape de préparation d'un échantillon. A l'issue de cette étape, on dispose d'un échantillon 1 formé d'une couche de calcium 2 disposée sur un substrat transparent 3 et placée à l'intérieur du schéma d ' encapsulation 4 que l'on cherche à caractériser . Un exemple particulier d'un tel échantillon 1 est représenté sur les figures 3a (en coupe) et 3b (en vue de dessus) , correspondant à un exemple particulier de caractérisation d'un schéma d ' encapsulation d'une cellule photovoltaïque organique flexible, et comportant un substrat transparent 3 et flexible en PET de forme sensiblement carrée et présentant un côté d'environ 5 cm. La couche de calcium 2 peut être formée sur une partie centrale d'une surface du substrat transparent 3 par dépôt physique en phase vapeur (PVD selon l'acronyme anglo-saxon de « Physical Vapor Déposition ») sous vide poussé. Une partie périphérique du substrat transparent 3 reste préférentiellement libre de tout dépôt. Dans le cas d'un substrat transparent 3 carré de 5 cm de côté, la couche de calcium peut s'étendre sur une zone globale Zb également carrée d'environ 4,5 cm de côté, laissant donc libre une zone périphérique d'environ 0,5 cm sur le substrat.
L'épaisseur de la couche de calcium 2 est typiquement comprise entre 100 et 150 nanomètres d'épaisseur. La couche de calcium 2 présente une quantité initiale de calcium, qui peut être déterminée au cours d'une étape de mesure comme cela sera présenté par la suite.
L'étape de préparation de l'échantillon 1 comporte également l'application du schéma d' encapsulation 4 que l'on souhaite caractériser sur l'ensemble formé du substrat transparent 3 et de la couche de calcium 2.
À titre d'exemple, et comme cela est représenté sur la figure 3a et 3b, le schéma d ' encapsulation 4 peut-être composée de deux films barrières 4a, 4b de composition déterminée et d'un adhésif 4c de composition déterminée. Les films barrières peuvent par exemple être enduits de l'adhésif et laminés de part et d'autre de l'ensemble formé par le substrat 3 et la couche de calcium 2, mais toute autre méthode d'application du schéma d' encapsulation 4 peut convenir. La réalisation de l'échantillon 1 se déroule dans un environnement sec, par exemple à l'intérieur d'un dispositif de type boite à gant. Mesure de l'échantillon
Un procédé de caractérisation conforme à l'invention comporte également une pluralité d'étapes de mesures de perméation sur l'échantillon 1, réalisées en des instants successifs. D'une manière générale, la durée entre deux instants successifs séparant deux étapes de mesure est ajustée à la dynamique de diffusion de l'eau au travers du schéma d ' encapsulation 4 de sorte que la séquence des mesures soit bien représentative des phénomènes qui prennent place.
Pour accélérer la vitesse de diffusion de l'eau dans l'échantillon 1 et donc réduire la durée totale du procédé de caractérisation, on peut choisir d'entreposer l'échantillon 1, entre chaque étape de mesure, dans une atmosphère de vieillissement contrôlée présentant une humidité relative de vieillissement et une température de vieillissement déterminées. A titre d'exemple, l'humidité relative et la température de vieillissement déterminées peuvent être respectivement choisies à 85 % et à 65 °C. Dans ce cas, et pour un niveau de performance attendue du schéma d' encapsulation de l'ordre de 10A-5 à 10A-7 gramme d'eau par jour, on peut séparer les instants de deux étapes successives de mesure d'une durée comprise entre une heure et deux heures.
Au cours de chaque étape de mesure, on procède à l'acquisition d'une image 5 d'un rayonnement lumineux transmis au travers de l'échantillon 1. La composition spectrale de ce rayonnement est choisie selon le domaine d'application visé, en correspondance avec la gamme de longueurs d'onde pour laquelle le schéma d' encapsulation 4 est considéré comme transparent. On veille également à choisir la composition spectrale de ce rayonnement pour préserver les propriétés d'opacité/transparence du calcium métallique/dégradé. Ainsi, pour les applications dans le domaine du photovoltaïque, le rayonnement lumineux présente une composition spectrale qui comprend au moins le domaine du visible. On a vu en introduction que le calcium, dans sa forme métallique telle que déposée sur le substrat transparent 3, forme un matériau opaque. Au fur et à mesure de la pénétration de l'eau dans l'échantillon 1 au travers du schéma d' encapsulation, l'eau réagit avec le calcium métallique de la couche 2 pour le décomposer et former un hydroxyde de calcium qui est quant à lui transparent.
L'eau peut se propager dans l'échantillon selon une direction définie par le plan de la couche de calcium 2 et décomposer latéralement la couche de calcium 2. On désigne cette composante de perméation par l'expression « perméation latérale ». L'eau peut également se propager selon une direction orthogonale au plan défini par la couche de calcium 2 et décomposer cette couche dans son épaisseur. On désigne cette composante de perméation par l'expression « perméation orthogonale ».
L'étendue et l'épaisseur de la couche de calcium métallique 2 sur le substrat affectent la transmission du rayonnement lumineux au travers de l'échantillon 1. Plus précisément, le rayonnement lumineux sera bloqué en présence d'une épaisseur relativement importante de calcium métallique ce qui conduira à une zone sombre en correspondance sur l'image 5 captée. Et le rayonnement lumineux sera passant en présence d'une épaisseur relativement faible de calcium métallique, ce qui conduira à une zone claire en correspondance sur l'image 5 captée. D'une manière générale, le rayonnement lumineux transmis au travers de l'échantillon (et donc le niveau moyen de transparence de l'échantillon) permet de déterminer la quantité de calcium métallique présent dans l'échantillon.
La conversion du niveau de transparence de l'image 5 en quantité de calcium pour estimer la quantité de calcium résiduelle présent dans l'échantillon peut être réalisée de multiples manières, par exemple par application de la loi de Beert-Lambert (reliant l'absorption de la lumière aux propriétés des milieux qu'elle traverse) ou en prévoyant une étape particulière de calibration comme cela sera détaillé par la suite.
A titre d' illustration, la figure 4 représente une série d'images 5 d'un échantillon 1, dont les instants de prises de vue sont séparés de 24 heures. On observe la dégradation latérale et orthogonale de la couche de calcium métallique 2, initialement opaque, et l'augmentation de sa transparence dans le temps résultant de la dégradation dans la direction de son épaisseur.
L'invention tire profit de ce phénomène et procède, au cours de chaque étape de mesure, au traitement de l'image 5 captée pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon 1. On peut déduire de cette mesure la quantité d'eau ayant pénétré au travers du schéma d' encapsulation 4 en chacun des instants des étapes de mesure.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement simple et efficace, l'étape de traitement de l'image pour déterminer la quantité de calcium métallique résiduelle est réalisée de la manière suivante. Au cours d'une étape préliminaire, par exemple intégrée à la première étape de mesure de la pluralité d'étapes de mesures, on définit une zone globale de l'image 5, plus opaque que sa périphérie, et correspondant à l'étendue initiale de la couche de calcium 2 métallique. Le niveau moyen de transparence de l'échantillon au niveau de la zone globale définie (comme par exemple le niveau de gris moyen de l'image 5 dans cette zone) , permet de déterminer la quantité initiale de calcium portée par l'échantillon. Au cours de chacune des étapes de mesure qui suivent, on relève le niveau moyen de transparence de l'image 5 de l'échantillon 1 au niveau de la zone globale définie une fois pour toutes lors de la première étape, et on déduit de ce niveau moyen de transparence la quantité résiduelle de calcium métallique de la couche 2 de l'échantillon 1.
À l'issue de cette pluralité d'étapes de mesure de perméation, on dispose donc d'une pluralité d'images 5 de l'échantillon 1 prises en des instants successifs d'une durée de temps au cours de laquelle le calcium de la couche 2 de l'échantillon a pu être dégradé par l'eau ayant diffusé à travers le schéma d ' encapsulation 4 et dont la transparence a pu être affectée. Chaque image 5 est associée, entre autres, à l'instant de sa prise de vue, et à la quantité résiduelle de calcium déterminée au cours du traitement de l'étape de mesure. On appelle « mesures » cette collection d'informations horodatées .
Sélection des mesures
Afin d'établir une caractéristique de perméation fiable du schéma d ' encapsulation 4, il est nécessaire de ne préserver que les mesures correspondant à un régime établi du phénomène de diffusion de l'eau. Or, l'amorçage de ce phénomène au bord de l'échantillon 1 et la fin de ce phénomène lors de la dégradation complète de la couche de calcium 2 peuvent former des évolutions transitoires d'initiation et/ou de saturation qui ne sont pas représentatives de la caractéristique de perméation à l'eau du schéma d ' encapsulation 4, mais des artefacts liés aux conditions expérimentales.
Selon l'invention, le procédé de caractérisation comprend donc une étape de sélection des images 5 de l'échantillon 1 présentant une quantité résiduelle de calcium estimée strictement comprise entre 40 % et 100% de la quantité initiale, pour établir une séquence d'images ordonnées.
Par séquences d'images ordonnées, on signifie que chaque image 5 est associée à l'instant de sa prise de vue permettant ainsi d'ordonner chronologiquement les mesures. L'étape de sélection retient les images 5 de l'échantillon 1 dont la quantité résiduelle de calcium est strictement inférieure à la quantité initiale de calcium. En d'autres termes, dans les mesures sélectionnées, une quantité minimale d'eau a diffusé à travers le schéma d ' encapsulation 4 et a engagé la dégradation de la couche de calcium 2 métallique .
Dans un mode préféré de mise en œuvre de cette étape de sélection, on ne retient que les images 5 de l'échantillon 1 présentant une quantité résiduelle de calcium estimée strictement comprise entre 40 % et 100% de la quantité initiale et pour lesquelles on observe une dégradation du contour entier de la couche initiale de calcium 2. Si cette couche 2 présente une forme rectangulaire ou carrée, il s'agira par exemple de constater sa dégradation sur chacun de ses quatre côtés pour retenir l'image dans la sélection.
À l'issue de cette étape, on dispose donc d'une série réduite de mesures comprenant les images 5 sélectionnées, l'instant de leurs prises de vue, et la quantité résiduelle de calcium estimée dans l'échantillon 1 à cet instant de prise de vue . Caractérisation du schéma d' encapsulation
Dans une étape suivante, on exploite ces informations pour établir une caractéristique de perméation à l'eau du schéma d ' encapsulation 4 à partir des mesures issues de la séquence d'images ordonnées.
On peut, par exemple, au cours de cette étape, déterminer en premier lieu la quantité d'eau totale ayant diffusé en chacun des instants de mesure à travers le schéma d ' encapsulation 4. Cette donnée peut être aisément obtenue en déterminant tout d'abord la quantité de calcium métallique qui a été dégradée, par différence entre la quantité initiale de calcium et la quantité résiduelle du calcium estimée à un instant de mesure. La quantité d'eau totale à cet instant de mesure peut être dérivée de la quantité de calcium dégradée en notant que la relation d ' hydroxydation nécessite 2 molécules d'eau pour hydroxyder un élément de calcium.
Par régression linéaire à partir de ces données, on peut alors établir un coefficient de perméation global du schéma d' encapsulation 4, K, exprimé en gramme d'eau/jour. La figure 8 est une représentation graphique des mesures réalisées au cours d'un procédé conforme à l'invention. L'axe des abscisses représente le temps (en jour) et l'axe des ordonnées représente la quantité d'eau totale (en gramme) ayant diffusé à travers un schéma d ' encapsulation 4 à caractériser et ayant réagi avec le calcium métallique. Chaque point de mesure représenté sur ce graphique correspond donc à la quantité d'eau ayant réagi avec le calcium de l'échantillon 1 à un instant donné. Cette figure fait clairement apparaître trois zones, désignées I, II et III. Les zones I et III, correspondent respectivement à l'amorçage et à la saturation finale du phénomène de perméation. La zone II correspond aux mesures retenues au cours de l'étape de sélection, et on a fait apparaître sur cette figure la droite d' approximation linéaire de ces mesures, dont la pente définit le coefficient K de perméation globale du schéma d' encapsulation, de l'ordre de 6 10A-6 g/jour sur cette figure.
Le procédé de caractérisation conforme à l'invention peut être mis en œuvre pour caractériser finement un schéma d ' encapsulation .
La quantité d'eau totale peut être décomposée en une première quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement à travers le schéma d' encapsulation . Cette première quantité d'eau est reliée à l'épaisseur dégradée de la couche de calcium 2, et plus précisément au volume défini par la différence entre l'épaisseur initiale de la couche de calcium métallique 2 et l'épaisseur résiduelle de cette couche, en ne tenant pas compte de sa dégradation latérale, c'est-à-dire en considérant que la couche de calcium s'étend sur toute la zone globale et est nullement impactée par la perméation latérale. Cette première quantité d'eau permet établir une caractéristique de perméation orthogonale, Ko, exprimée en gramme d' eau/mA2/par jour où la surface de normalisation correspond à la surface de la zone globale de la couche de calcium . Dans le détail, on traite la dernière image 5 de la séquence d' images ordonnées pour déterminer une zone centrale finale (plus opaque que sa périphérie) correspondant à l'étendue finale de la couche de calcium 2 métallique. Pour s'assurer que la définition de cette zone centrale finale soit fiable et n'incorpore pas de zones ayant été éventuellement dégradées par la perméation latérale de l'eau, on peut lui retrancher un contour périphérique s 'étendant sur une distance prédéterminée, par exemple 1mm. Pour chacune des images 5 de la séquence d'images ordonnées, on mesure le degré de transparence de la portion de l'image définie par la zone centrale finale (par exemple le niveau de gris moyen de la portion de l'image correspondant à cette zone). On peut déduire de cette mesure, l'épaisseur moyenne estimée de la couche de calcium résiduelle, et comme cela vient d'être présenté, la quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement à travers le schéma d' encapsulation .
La quantité d'eau totale peut être également décomposée en une seconde quantité d'eau ayant diffusé latéralement, simplement obtenue par différence entre la quantité d'eau totale et la quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement. Similairement au cas précédent, cette seconde quantité d'eau permet d'établir une caractéristique de perméation latérale Kl, exprimée par exemple en gramme d'eau/jour.
Dans le cas particulier d'un schéma d ' encapsulation 4 constitué de 2 films barrières 4a, 4b et d'un adhésif 4c, la méthode de caractérisation conforme à l'invention permet également de faire une distinction entre la quantité d'eau ayant diffusé latéralement au travers de la partie massive de l'adhésif 4c et la quantité d'eau ayant diffusé latéralement au niveau des interfaces entre l'adhésif 4c et les films barrières 4a, 4b.
Pour cela, on forme l'hypothèse que la caractéristique de perméation latérale Kl s'exprime sous la forme :
Kl = Kli + Klb
Où Kli représente la contribution des interfaces et Klb la contribution de la partie massive de l'adhésif. On forme également l'hypothèse que la contribution de la partie massive est liée à l'épaisseur d'adhésif, en d'autres termes pour deux échantillons similaires et présentant chacun une épaisseur El et E2 d'adhésif, les contributions respectives massives à la perméation latérale Klbl et Klb2, satisfont la relation Klbl/El = Klb2/E2.
En mettant en œuvre un procédé de caractérisation conforme à l'invention sur deux échantillons dont les couches d'adhésif 2 présentent des épaisseurs différentes El et E2, on peut déterminer les coefficients de perméation latérale de chacun des échantillons Kli et K12, et on dispose donc du jeu d'équations suivant, permettant d'identifier les coefficients de perméation latérale d'interface et massique Klil, Klbl et Kli2 et Klb2 de chaque échantillon :
Kli = Klil + Klbl
K12 = Kli2 + Klb2
Klbl/El = Klb2/E2
Dispositif de caractérisation Pour mettre en œuvre le procédé de caractérisation qui vient d'être décrit, l'invention propose également un dispositif 6 de caractérisation d'un schéma d ' encapsulation 4 pour un dispositif susceptible d'être détérioré par l'eau. Ce dispositif 6 de caractérisation est constitué comme cela est représenté schématiquement sur la figure 5, d'une chambre opaque 7 pour minimiser l'impact de la lumière ambiante sur les mesures, à l'intérieur de laquelle sont disposés une source de rayonnement 8, un capteur d'image 9, et un support 10 pour recevoir un échantillon placé entre la source de rayonnement et le capteur d'image. Le capteur d'image est associé à des moyens de traitement lia et de sélection 11b, comme par exemple un ordinateur muni de ses programmes respectifs de traitement et de sélection, préférentiellement disposés à l'extérieur de la chambre opaque 7.
Un socle plan 12 positionné dans la chambre opaque 7 peut recevoir la source de rayonnement 8 qui peut prendre la forme, par exemple, d'un panneau lumineux dont le rayonnement (intensité, longueur d'onde,...) est déterminé. Le socle est muni d'un pied de maintien 13 sur lequel peut être fixé le capteur images 9, son optique étant orientée vers la source de rayonnement 8. Pour faciliter la manipulation et le positionnement de l'échantillon 1 sur son support 10, l'échantillon 1 peut être monté sur un porte-échantillon. Dans un exemple particulier de mise en œuvre, le porte-échantillon est constitué de deux cadres solidarisés l'un à l'autre par leurs faces principales entre lesquelles est positionné et maintenu l'échantillon 1. Cette configuration est avantageuse en ce qu'elle permet de maintenir exposées à l'air libre les surfaces principales et latérales de l'échantillon 1, et ne pas bloquer ou perturber la diffusion de l'eau au travers du schéma d' encapsulation 4. De préférence, le porte-échantillon est formé d'un matériau opaque et non susceptible de se dégrader au cours de l'entreposage de celui-ci dans l'atmosphère contrôlée de vieillissement. Il peut par exemple s'agir d'aluminium. Les deux cadres du porte-échantillon définissent une ouverture centrale permettant d'exposer aux rayonnements lumineux la couche de calcium 2 de l'échantillon 1. De préférence, cette ouverture centrale présente des dimensions plus importantes que les dimensions de la couche de calcium 2 de sorte qu'un espacement transparent est réservé entre le contour de la couche de calcium et le contour de l'ouverture centrale du cadre. Cet espacement transparent permet de faciliter le traitement des images 5 acquises au cours des étapes de mesure. Ces images 5 présentent en effet dans ce cas un fort contraste entre cette zone transparente et la zone opaque ou semi transparente de l'échantillon 1 ce qui facilite l'identification du contour de cette zone, et notamment de la zone globale au cours de la première étape de mesure.
Le support 10 peut prendre la forme d'une entretoise périphérique, placée sur le panneau lumineux, sur laquelle on peut disposer le porte-échantillon. On évite ainsi la mise en contact direct du porte-échantillon et de l'échantillon 1 avec la surface du panneau lumineux, et on prévient la formation de rayures ou de marques sur cette surface.
Dans un exemple particulier de réalisation, le support 10 est constitué d'une bande périphérique opaque, par exemple de caoutchoucs mousses, dont les dimensions correspondent à celle du porte-échantillon, si bien qu'une fois que celui-ci est positionné sur le support, seul le rayonnement transmis au travers de l'échantillon peut se propager dans la chambre opaque 7 vers le capteur d'image 9. On limite ainsi la diffusion latérale du rayonnement de la source 8, cette diffusion pouvant, par réflexion, venir perturber les mesures.
De manière avantageuse, la chambre opaque 7 est munie de moyens de contrôle de son atmosphère en température et en humidité. Il est alors possible de réaliser le traitement de vieillissement de l'échantillon 1 directement dans le dispositif 6 de caractérisation . Il n'est donc pas nécessaire de disposer d'une étuve dédiée, ni de manipuler, entre deux mesures, l'échantillon entre le dispositif 6 de caractérisation et cette étuve. Le procédé de caractérisation peut alors être entièrement automatisé.
Dans une variante de réalisation non représentée du dispositif 6 de caractérisation, le porte-échantillon et 1' entretoise peuvent être remplacés par un carrousel constitué par exemple d'un plateau circulaire contenant une pluralité d'encoches pouvant recevoir une pluralité d'échantillons 1. La rotation du carrousel, par l'intermédiaire d'un moteur pas-à- pas commandé, permet d'exposer successivement les échantillons au rayonnement lumineux. Cette variante permet par exemple de mettre en œuvre de manière automatisée le procédé de caractérisation avec plusieurs échantillons 1.
Enfin, l'ensemble des moyens de commandes du dispositif 6 de caractérisation et l'ensemble des moyens de calcul pour la mise en œuvre de la méthode de caractérisation peuvent être intégrés sur une unité à microprocesseur dédiée pour former ainsi un équipement de caractérisation autonome.
Afin d'améliorer la fiabilité du procédé de caractérisation conforme à l'invention, celui-ci peut être complété par des étapes optionnelles dont la description suit.
Calibration
La figure 6 représente la séquence des tâches composant une étape optionnelle de calibration du procédé et du dispositif 6 de caractérisation. D'une manière générale, cette étape de calibration vise à établir une relation de calibration liant une épaisseur d'une couche de calcium et un niveau de gris moyen d'une image de cette couche. Cette étape de calibration évite de déployer une approche fondée sur les lois de la physique pour établir cette relation, cette approche pouvant être approximative, car elle ne prend pas en compte les caractéristiques précises du dispositif 6 de caractérisation sur lequel est mis en œuvre le procédé (source du rayonnement lumineux 8, capteur d'image 9) .
L'étape de calibration comprend la préparation d'une pluralité d'échantillons de calibration comprenant chacun une couche de calcium de calibration d'épaisseur contrôlée et distincte. La couche de calcium peut être formée par évaporation sur un substrat de verre préalablement préparé, dans l'atmosphère inerte d'un espace confiné, tel qu'un dispositif du type « boite à gant ». L'épaisseur de la couche de calcium peut être contrôlée à l'aide d'une microbalance à quartz, disposée dans la chambre d' évaporation . L'ensemble formé par la couche de calcium et le substrat de verre peut être assemblé à un second substrat de verre afin d'encapsuler la couche de calcium de calibration. Un adhésif sensible aux rayonnements ultra-violets peut être disposé en périphérie de l'un ou l'autre des substrats avant leurs assemblages afin de parfaire 1 ' encapsulation latérale de la couche. On procède ensuite à l'acquisition d'images d'un rayonnement lumineux transmis à travers les échantillons de calibrations sur le dispositif 6 de caractérisation, et notamment au travers des couches de calcium d'épaisseurs contrôlées et distinctes. Les images de ces couches sont traitées pour relever leurs niveaux de gris moyen (c'est-à- dire la moyenne des niveaux de gris de chacun des pixels de l'image) . La figure 7 représente graphiquement des points de mesure associant épaisseur de calcium et niveaux de gris moyen dans un exemple de mise en œuvre de cette étape de calibration.
On observe sur cette figure qu'un premier niveau de gris moyen (proche d'une valeur de 50) correspond à une épaisseur plafond de calcium au-delà de laquelle la couche de calcium est considérée comme opaque. Il n'est pas possible de déterminer avec précision l'épaisseur d'une couche de calcium excédant cette épaisseur plafond à l'aide du niveau de gris moyen mesuré sur l'image. Similairement , on observe qu'un second niveau de gris moyen (proche d'une valeur de 200) correspond à une épaisseur plancher en deçà de laquelle la couche de calcium est considérée comme transparente.
On observe finalement qu'entre le premier niveau de gris moyen et le second niveau de gris moyen, la relation liant un niveau de gris moyen et une épaisseur de couches de calcium peut être correctement approximée par une relation linéaire .
L'étape de calibration comprend donc la sélection du premier et du second niveau de gris moyen, et l'établissement d'une relation linéaire de calibration à l'aide des mesures comprises entre ce premier niveau et second niveau pour relier un niveau de gris moyen et une épaisseur de couche.
Cette relation linéaire de calibration présente l'avantage de prendre en compte l'ensemble des caractéristiques techniques des éléments constitutifs du procédé et du dispositif 6 de caractérisation (caractéristiques de la lampe, du capteur d'images, opacité de la chambre,...) . On notera également qu'une relation linéaire entre le niveau de gris d'un pixel et l'épaisseur de la couche au niveau de ce pixel, est également avantageuse, car elle permet d'estimer l'épaisseur moyenne de la couche de calcium (et donc la quantité de calcium) en déterminant le niveau de gris moyen des pixels d'une image.
De manière avantageuse, la détermination de l'épaisseur plafond et de l'épaisseur plancher de calcium permet de guider le choix de l'épaisseur de la couche de calcium 2 formée sur le substrat transparent 3 pour constituer l'échantillon 1 de caractérisation, au cours de l'étape de préparation de cet échantillon. On choisira ainsi de préférence une épaisseur proche de cette épaisseur plafond pour profiter de toute l'étendue possible de la mesure de transparence par niveaux de gris .
Pour s'assurer de la validité au cours du temps de la relation de calibration et identifier les éventuelles dérives du dispositif 6 ou de la méthode de caractérisation, l'étape de calibration peut également comprendre l'acquisition d'une image, dans le dispositif 6 de caractérisation, d'un matériau de référence. On détermine le niveau de gris moyen de cette image pour définir un niveau de gris de référence. Le matériau de référence est préférentiellement constitué d'une matière semi-transparente, par exemple un film plastique teinté de gris, stable dans le temps. Le matériau de référence peut être entreposé dans une chambre sombre pour assurer la stabilité de cette transparence au cours du temps.
Au cours des étapes de mesure (et préférentiellement à l'initiation de chacune de ces étapes), on dispose le matériau de référence dans la chambre opaque 7 du dispositif 6 et on procède à l'acquisition de son image. On traite cette image pour déterminer son niveau de gris moyen. En comparant ce niveau de gris moyen au niveau de gris moyen de référence, on peut déterminer la validité de la relation de calibration. En particulier, si le niveau de gris moyen diffère du niveau de gris de référence d'une grandeur prédéterminée (qui peut correspondre à un écart type de mesure où un multiple de cet écart type), la relation de calibration n'est plus valide. L'origine de cette variation peut provenir par exemple de l'instabilité de l'intensité lumineuse produite par la source de rayonnement 8. De faibles variations du niveau de gris du matériau de référence peuvent être corrigées en ajustant les paramètres du capteur d'images 9, ou des traitements des images, mais il est généralement préférable, même dans ce cas, de procéder à l'établissement d'une nouvelle relation de calibration selon la technique présentée précédemment.
Dans une option particulièrement utile du procédé selon l'invention, on procède à l'acquisition d'une image dans le dispositif 6 de caractérisation d'un indicateur d'échelle. L'image de cet indicateur d'échelle permet de déterminer les dimensions des pixels constituant l'image. Cette information peut être utile au cours des différents traitements d'images ayant lieu au cours du procédé, notamment pour exprimer en unité de longueur les dimensions et/ou les surfaces de la couche de calcium 2 de l'échantillon 1 représentée sur les images 5. L'indicateur d'échelle peut être un objet ou une marque dont les dimensions sont connues. Il peut être porté par l'échantillon 1 de caractérisation, dans une zone ne perturbant pas les mesures, mais préférentiellement l'indicateur d'échelle est porté par le matériau de référence.
Minimisation de la quantité d'eau initiale dans l'échantillon
La fiabilité de la méthode de caractérisation peut également être améliorée en s 'assurant que, à l'issue de l'étape de préparation, l'échantillon 1 ne contient qu'une quantité d'eau minimale. En effet, l'eau éventuellement incorporée dans l'échantillon 1 ou dans les éléments composant l'échantillon 1 contribue à dégrader le calcium de la couche sans que cette eau ne corresponde à de l'eau ayant diffusée à travers le schéma d' encapsulation 4 à caractériser. Cette quantité d'eau initiale vient donc perturber les mesures.
Ainsi, l'étape de préparation peut comprendre le séchage des différents éléments composant l'échantillon 1 avant leur assemblage. Par exemple, lorsque le schéma d ' encapsulation est formé de deux films barrières 4a, 4b et d'un adhésif 4c comme cela a été proposé à titre d'exemple précédemment, on procède au séchage du substrat transparent 3, des deux films barrière 4a, 4b et de l'adhésif 4c. Ce traitement peut consister en un étuvage à 80 °C au moins pendant 48 heures de ces éléments. Lorsque l'adhésif 4c est sous forme liquide et ne se prête pas au séchage par étuvage, on peut utiliser un barboteur pour faire circuler un gaz sec dans cet adhésif liquide. En complément, ou alternativement au séchage, l'étape de préparation de l'échantillon 1 peut comprendre le dégazage de l'échantillon 1 afin d'y extraire l'eau qui y serait encore présente. Ce traitement peut être conduit en exposant l'échantillon 1 à une température permettant 1 ' exo diffusion de l'eau sous forme de vapeur, préférentiellement à une température excédant la température de vieillissement des échantillons. On s'assure ainsi que le traitement de vieillissement ne contribuera pas à la diffusion d'eau dans l'échantillon qui ne serait pas représentative des propriétés de perméation du schéma d' encapsulation .
Le dégazage peut être obtenu en plaçant l'échantillon 1 sur une plaque chauffante à la température choisie pendant 24 heures au moins, ou en procédant au recuit de l'échantillon 1 dans cette atmosphère inerte et sèche pendant au moins huit heures . II n'est toutefois pas toujours possible de complètement éliminer l'eau de l'échantillon par les traitements de dégazage ou de séchage présentés ci-dessus. En conséquence, et selon une option particulièrement avantageuse de l'étape préparation de l'échantillon 1, la couche de calcium 2 présente une épaisseur choisie pour excéder l'épaisseur plafond de calcium (déterminée au cours de l'étape de calibration) d'une grandeur déterminée. Cette épaisseur de calcium en excès est prévue pour absorber l'eau résiduelle de l'échantillon et dégrader cette épaisseur de calcium en excès en matière transparente. À l'issue de cette réaction préliminaire, l'échantillon 1 contient une quantité d'eau insuffisante pour perturber de manière significative la mesure. De plus, l'épaisseur de la couche de calcium 2 est choisie pour qu'à l'issue de cette réaction préliminaire, l'épaisseur restante de la couche de calcium 2 corresponde sensiblement à l'épaisseur plafond de calcium. Pour des éléments de l'échantillon 1 séchés selon la technique exposée précédemment, l'épaisseur de la couche de calcium 2 de l'échantillon 1 peut être choisie pour excéder de 60 nm l'épaisseur plafond. Pour des éléments qu'il est plus difficile de sécher (comme par exemple les adhésifs liquides) , cette épaisseur peut être choisie pour excéder de 90 nm l'épaisseur plafond. Pour des matériaux particulièrement difficiles à sécher, cette épaisseur peut être choisie pour excéder l'épaisseur plafond d'une valeur encore plus importante.
Pour des besoins de cohérence, on considérera que la quantité initiale de calcium de l'échantillon 1 correspond à la quantité de calcium dans sa forme métallique présente dans la couche de calcium 2 après que celle-ci ait réagi avec l'eau contenue initialement dans l'échantillon 1.
Exemple
La présente invention a été utilisée pour déterminer l'importance relative des différentes voies de perméation présents dans un schéma d' encapsulation usuel d'une cellule photovoltaïque organique. Cette étude a été réalisée en utilisant des matériaux disponibles dans le commerce, pour former un schéma d' encapsulation 4 conforme aux figures 3a, 3b. Deux séries d'échantillons 1 ont été préparées. Les films barrières utilisés pour tous les échantillons étaient un film de référence Oike 25T VX - 2PO. L'adhésif était un film sensible à la pression de type 3M 467MP ou 468MP, suivant la série d'échantillons 1, qui sont le même adhésif, mais d'épaisseur respective de 0,05 mm et 0,125mm. Tous les échantillons 1 ont été encapsulés entre deux films barrières revêtus d'adhésif et laminés à l'intérieur d'une boîte à gants à atmosphère inerte en utilisant un rouleau normalisé pour l'étape de lamination. Cela a créé une épaisseur totale de 0,1mm d'adhésif pour la première série d'échantillons 1 (3M 467P) et de 0,250 mm pour la seconde série d'échantillons 1 (3M 468MP) . Les constituants de l'échantillon ont été séchés à 80 °C pendant 48 heures dans une atmosphère sèche et sous vide, le retour à la température ambiante se faisant en préservant le vide. L'échantillon lui-même à été dégazé pendant 8 heures à 75° dans un dispositif de boite à gants. Les données présentées ont été ajustées de sorte que le temps est de zéro pour la première mesure correspondant à la première image de la séquence d'image ordonnée.
La perméation orthogonale par unité de surface pour chacun des échantillons est représentée sur la figure 9. La perméation latérale pour chacun des échantillons est représentée sur la figure 10. On observe la bonne répétabilité des mesures.
Le tableau ci-dessous représente les pourcentages moyens, pour chacune des deux séries d'échantillons, du calcium dégradé selon les voies de perméation.
Figure imgf000029_0001
On comprend donc bien que le procédé et le dispositif 6 de caractérisation selon l'invention forment des solutions particulièrement utiles et fiables pour la caractérisation de schémas d ' encapsulation 4 qui peuvent être complexes. Ils permettent notamment de caractériser la perméation de l'eau au niveau des interfaces existant entre les différents éléments du schéma d' encapsulation 4 et au niveau de chacun de ces éléments .
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Notamment, le terme « transparent » ne doit pas être interprété limitativement à une transparence vis-à-vis du rayonnement visible, et on pourra adapter la longueur d'onde du rayonnement lumineux à la nature des matériaux composant le schéma d' encapsulation 4.
Il n'est pas non plus nécessaire que le schéma d' encapsulation 4 qui fait l'objet de la caractérisation soit un schéma applicable « tel quel » à un dispositif susceptible de se dégrader à l'eau. On peut par exemple choisir un schéma d' encapsulation transparent pour les besoins de la caractérisation, en déterminer une caractéristique de perméation d'un élément, tel qu'un adhésif, qui sera utilisé en combinaison avec d'autres éléments éventuellement non transparents pour former le schéma d' encapsulation de l'application finale.
L'invention repose sur la détermination de la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon après que la couche initiale ait été dégradée par l'eau ayant diffusé à travers le schéma d ' encapsulation . Cette quantité résiduelle de calcium peut s'exprimer sous différentes formes équivalentes, par exemple en volume, en mole, en poids.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de caractérisation d'un schéma d' encapsulation (4) transparent d'un composant susceptible d'être détérioré par de l'eau, le procédé comportant :
- une étape de préparation d'un échantillon (1) formé d'une couche de calcium (2) sur une surface d'un substrat transparent (3) à l'intérieur du schéma d' encapsulation (4), la couche de calcium (2) présentant une quantité initiale de calcium ;
- une pluralité d'étapes de mesure en des instants successifs, chaque étape de mesure comportant l'acquisition d'une image (5) d'un rayonnement lumineux transmis au travers de l'échantillon (1) et le traitement de cette image (4) pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon (1) en chacun de ces instants ;
- une étape de sélection des images (5) correspondant à une quantité résiduelle estimée de calcium strictement comprise entre 40% et 100% de la quantité initiale pour établir une séquence d' images ordonnées ;
- une étape de détermination d'une caractéristique de perméation à l'eau du schéma d' encapsulation (4) à partir de la séquence d'images ordonnées.
Procédé de caractérisation selon la revendication 1 dans lequel, entre chaque étape de mesure, l'échantillon (1) est entreposé dans une atmosphère contrôlée présentant une température de vieillissement et une humidité relative de vieillissement déterminées.
Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel, préalablement aux étapes de mesure, on réalise une étape de calibration établissant une relation de calibration liant une épaisseur d'une couche de calcium de calibration et un niveau de gris moyen d'une image de cette couche. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel l'étape de calibration comprend la préparation d'une pluralité d'échantillons de calibration comprenant chacun une couche de calcium de calibration d'épaisseur contrôlée et l'acquisition des images d'un rayonnement lumineux transmis au travers de chaque échantillon de calibration.
Procédé de caractérisation selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel l'étape de calibration comprend :
la sélection d'un premier niveau de gris moyen correspondant à une épaisseur plafond de calcium au- delà de laquelle la couche de calcium de calibration est considérée opaque ;
la sélection d'un second niveau de gris moyen correspondant à une épaisseur plancher de calcium en deçà de laquelle la couche de calcium de calibration est considérée entièrement transparente ;
l'établissement d'une relation linéaire entre un niveau de gris moyen compris entre le premier niveau et le second niveau et une épaisseur de couche de calcium.
Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel, l'épaisseur de la couche de calcium de l'échantillon est choisie pour excéder l'épaisseur plafond de calcium d'une grandeur déterminée.
Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel la grandeur déterminée est supérieure à 60nm.
Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 5 à 7 dans lequel, l'étape de calibration comprend l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers d'un matériau de référence et on détermine le niveau de gris moyen de cette image pour établir un niveau de gris de référence.
9. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel l'étape de mesure comprend l'acquisition d'une image d'un rayonnement lumineux transmis au travers du matériau de référence, on détermine le niveau de gris moyen de cette image que l'on compare au niveau de gris de référence.
10. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de préparation comprend le séchage des éléments composant l'échantillon (1).
11. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 2 à 10 dans lequel l'étape de préparation comprend le dégazage de l'échantillon (1) à une température excédant la température de vieillissement.
12. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de préparation comprend la formation de la couche de calcium (2) sur une zone globale d'une surface du substrat (3), une partie périphérique du substrat (3) restant libre. 13. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel le traitement de l'image (5) au cours de la première étape de mesure comprend la détermination de la zone globale. 14. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination de la quantité d'eau totale ayant diffusé en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation (4).
15. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination d'une quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation (4) .
16. Procédé de caractérisation selon les deux revendications précédentes dans lequel l'étape de détermination d'une caractéristique de perméation comprend la détermination d'une quantité d'eau ayant diffusé latéralement en chacun des instants à travers le schéma d' encapsulation (4) en procédant à la différence entre la quantité d'eau totale et la quantité d'eau ayant diffusé orthogonalement. 17. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel le schéma d' encapsulation (4) est constitué de deux couches barrières (4a, 4b) et d'un adhésif (4c) et dans lequel l'étape de préparation comprend la préparation d'au moins deux échantillons (1) dont les adhésifs (4c) présentent des épaisseurs différentes.
18. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente dans lequel l'étape de détermination comprend la détermination de la perméation des couches barrières
(4a, 4b), la perméation de l'adhésif (4c) et la perméation aux interfaces entre les couches barrières (4a, 4b) et l'adhésif (4c). 19. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel les images (5) sont formées de pixels, et le procédé comprend l'acquisition d'une image d'un indicateur d'échelle pour déterminer les dimensions d'un pixel des images.
20. Dispositif de caractérisation (6) d'un schéma d' encapsulation d'un dispositif susceptible d'être détérioré par l'eau, le dispositif de caractérisation étant formé d'une chambre opaque (7) comprenant :
- une source de rayonnement (8) ;
- un capteur d' image orienté vers la source de rayonnement (9);
- un support (10) pour recevoir un échantillon (1) entre la source de rayonnement (8) et le capteur d'image (9), l'échantillon (1) étant formé d'une couche de calcium (2) présentant une quantité initiale de calcium sur une surface d'un substrat transparent (3) à l'intérieur du schéma d' encapsulation (4);
- Des moyens de traitement d'image (lia) pour estimer la quantité résiduelle de calcium dans l'échantillon ;
- Des moyens de sélection d'une image (11b) correspondant à une quantité résiduelle estimée de calcium dans l'échantillon (1) strictement comprise entre 40% et 100% de la quantité initiale.
21. Dispositif de caractérisation (6) selon la revendication précédente dans lequel l'échantillon (1) est compris dans un porte-échantillon constitué de deux cadres métalliques solidarisés l'un contre l'autre et entre lesquels est maintenu l'échantillon (1). 22. Dispositif de caractérisation (6) selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel les parois internes de la chambre opaque (7) sont aptes à absorber le rayonnement émis par la source (8) . 23. Dispositif de caractérisation (6) selon l'une des trois revendications précédentes dans lequel la chambre opaque (7) est munie de moyens de contrôle de son atmosphère en température et en humidité.
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