Detta examensarbete har utförts vid Tekniska högskolan vid Linköpings universitet, i samarbete med Acreo Swedish ICT AB. Acreo är ett forskningsinstitut som sysslar med forskning inom bl.a. optik, elektronik och informationsteknologi. Examensarbetet har gått ut på att designa konstruera elektronik som ska kunna läsa av en passiv fuktsensoretikett, som är konstruerad med tryckt elektronik. Dessa etiketter ska kunna placeras inuti väggar på husbyggen, för att på ett enkelt sätt kontrollera fukthalten och på så vis kunna förebygga kostsamma fuktskador. Arbetet har bestått av komponenttester, kretsschemaritande, kretskortsdesign och programmering av mikrodatorer. Allt detta har i slutändan lett fram till en enkel prototyp som kan läsa av fuktsensoretiketterna. / This bachelor thesis has been written at Linköping University in collaboration with Acreo Swedish ICT AB. Acreo is a research institute that performs applied research in optics, electronics and information technology. The goal of the thesis has been to design and construct electronics that can read a passive humidity sensor label, which is produced with printed electronics. These labels are to be placed inside walls at construction sites, to provide an easy method of determining the level of moisture inside the walls, and thereby prevent costly damages due to moisture. The work has consisted of component tests, schematic design, PCB design and programming of microprocessors. This project has led to a working prototype of a humidity sensor label reader.

In today’s society many non-renewable and environmentally harming energy sources are used to facilitate people’s everyday energy demands. This causes ecosystems to break down, global temperatures to rise, pollution and many more critical long lasting problems. By replacing non-renewable energy sources and taking advantage of the 100% renewable energy source, light, these problems will diminish. This project has been in collaboration with a company called Epishine who develop indoor organic solar cell devices to be able to replace conventual battery driven electrical devices with solar power harvested from indoor light. Since there is no good existing contacting solution, for Epishine to be able to enter the market, a contact solution between their solar cell device and the electrical devices it will power has to be developed. This thesis focuses on developing, designing, testing and evaluating the performance of new contact solutions for encapsulated flexible organic printed solar cells with the feasibility, viability, scalability and durability in focus. This project was conducted by first performing a literature study, thereafter, establishing a baseline for future referencing of new contact solutions and the main part, developing new concepts and evaluating them. By using the design thinking method, an iterative process could take place, allowing for a constant flow of new ideas whilst testing concepts throughout the project. The baseline tests were successful and the hypothesis of organic materials degrading over time was confirmed. From the many sub-concepts and production methods for a new contacting solution, two concepts showed promising results and were merged into one main concept. Two devices were created with the new concept, one functional device and one showing the design. To conclude, the thesis resulted in a functional solar cell device with a new contact solution which shows great potential and a new production method which enables all organic printed electronics to be design and developed in a more compact and component dense design. This production method is beneficial to not only Epishine, but everywhere where printed electronics are used and need to be optimized due to restrictions such as space and weight. / I dagens samhälle används många icke-förnybara energikällor för att underlätta människans vardagliga behov men skadar samtidigt miljön. Detta leder till att hela ekosystem fallerar, den globala temperaturen stiger, giftiga ämnen släpps fria och flera kritiska, långvariga problem skapas. Genom att byta ut icke-förnybara energikällor och istället dra nytta av den 100 % förnybara energikällan, ljus, kommer dessa ovanstående problem att minska. Detta projekt har varit i samarbete med ett företag vid namn Epishine som utvecklar organiska solcellsenheter för inomhusbruk, för att kunna ersätta konventionella batteridrivna elektriska apparater med solenergi tillvaratagen av inomhusbelysning. I dagsläget finns det ingen bra kontaktlösning mellan solcellsenheten och den apparat den ska driva, vilket är ett av Epishines större problem i nuläget, som hindrar dem från att kunna slå igenom på marknaden. Denna avhandling fokuserar på att utveckla, designa, testa och utvärdera prestandan av nya kontaktlösningar för inkapslade flexibla organiska solceller. Projektet började med en litteraturstudie, därefter etablerades en ”baseline” för att kunna jämföra de nya kontaktlösningarna. Största delen av rapporten handlar om att utveckla och testa nya kontaktlösningar för att sedan utvärdera dem. Genom att använda ”Design thinking” processen, kunde en iterativ process äga rum, vilket möjliggjorde ett konstant flöde med nya idéer som genererades samtidigt som koncept och prototyper utvecklades och utvärderades. Resultaten av ”baseline”-testerna var framgångsrika och hypotesen om att de konduktiva egenskaperna av organiska material försämras med tiden bekräftades. Från alla delkoncept och potentiella produktionsmetoderna för en ny kontaktlösning visade två koncept lovande resultat och slogs därför samman till ett huvudkoncept. Två olika solcellsenheter skapades med den nya kontaktlösningen implementerad. En funktionell enhet skapades och en enhet som visar layouten och designen. Sammanfattningsvis resulterade avhandlingen i en funktionell solcellsenhet med en ny kontaktlösning som visar stor potential samt en ny produktionsmetod som gör att all organisk tryckt elektronik kan designas och tillverkas i en mer kompakt och komponenttät design. Denna produktionsmetod är en fördel inte bara för Epishine utan också överallt där tryckt elektronik används och behöver optimeras i form av utrymme och vikt.

Forskningsinstitutet RISE, Research Institutes of Sweden, har ettprojekt som kallas IoT Low Energy och syftar till att utvecklalågenergisensorer i kombination med artificiell intelligens. Måletmed detta kandidatarbete var att ta fram digitala designunderlagpå en kapsling av elektronik åt ett system bestående av ensensornod och en central enhet. Sensornoden kopplas sammanmed en kraftmätande skosula, där registrerade data sedan skickastrådlöst till den centrala enheten som i sin tur är sammankoppladmed en smarttelefon där uppmätt data kan avläsas. Detta hargenomförts via metoder såsom riskanalys, funktionsanalys,kravspecifikation samt urval från en klassisk designprocess i formav handgjorda skisser, brainstorming, omvärldsanalys och digitalaskisser. Processen har skett parallellt med framtagningen avelektroniken hos RISE, vilket har gett frihet i hur systemet harkunnat designats. Givna mått på elektroniken tillhandahölls medmöjlighet att utforma den efter designen på kapslingen. Arbetetsyftade ej till att ta fram en färdig produkt, utan de slutgiltigadigitala designunderlagen består av renderade CAD-modeller istudiomiljö samt foton på systemet i verklig miljö. / RISE, the Research Institutes of Sweden, has a project called IoTLow Energy which aims to develop low energy sensors incombination with artificial intelligence. The aim of this thesis wasto produce a digital design for an encapsulation of electronics for asystem consisting of a sensor node and a central unit. The sensornode is connected to a force measuring shoe sole, where registereddata can be sent wirelessly to the central unit, which is connectedto a smartphone where measured data can be read. This has beendone through methods such as risk analysis, function analysis,technical specification and a selection from a classic design processas handmade sketches, brainstorming, analysis of the surroundingworld and digital sketches. The process has taken place in parallelwith the project at RISE, which has offered freedom in how thesystem could be designed. The dimensions of the electronic wereprovided by RISE, with the possibility to construct it according tothe design of the encapsulations. The work did not aim to producea finished product, but the final digital design documents consistof rendered CAD models in a studio environment and photos ofthe system in a real environment.

The increasing demand for digitalization has spurred the need for novel and sustainable designs of electronic devices like sensors. Advanced additive print technologies, organic inks, and bio-based substrates in device fabrication exhibit promising potential for reducing energy and raw material consumption, thereby alleviating environmental impacts. One such innovation is the novel method of laser graphitization in designing devices like printed humidity sensors. This study focuses on evaluating the environmental impacts of implementing this novel technique in the field of printed electronics. In particular, the thesis conducts a cradle-to-gate life cycle assessment (LCA) of producing a resistive-type humidity sensor from a forest-based wood ink using laser graphitization. The sensor is based on the design that was demonstrated in the lab facilities at the Research Institutes of Sweden (RISE), Norrköping. The assessment is at a lab-scale production of making 1mm2 area of a laser-induced graphitized (LIG) sensor, excluding usage, disposal, or recycling phases. The results highlight impacts from electricity usage as the primary contributor to the overall environmental impacts, across the production process, followed by the impacts from material usage. The impact share distribution from these two hotspots identifies opportunities in the process that need to be prioritized for immediate actions. Sensitivity analyses varying the sensor layer thickness and the electricity mix of the laboratory facilities reveal insightful impact trends. The results from scenario analyses show the LIG sensor to have much lower environmental impacts than that of a sensor with silver electrodes and carbon-based sensing ink. They also show potential for achieving economies of scale from the mass production of LIG sensors. The data inventory for the processes and components of the sensor stands as a crucial part of this study, relying heavily on literature, assumptions, and proxy data. While these may reveal some uncertainties and limitations, the study nonetheless, serves as an important reference for future research concerning similar databases and a cradle-to-grave LCA of the sensor. / Den ökade efterfrågan för digitalisering har skapat behov av nya och hållbara designs av elektroniska enheter som sensorer. Avancerade lager printteknologier, organiskt bläck och biobaserat substrat i enhetstillverkning visar lovande potential för att reducera energi och rå materielkonsumtion och därmed minskning av miljöpåverkan. En sådan innovation är den nya metoden av lasergrafitisering i designenheter som printad fuktighetssensor. Denna studie har som fokus att utvärdera miljöpåverkan av ny teknik inom området tryckt elektronik. I synnerhet ska avhandlingen göra en livscykelanalys (LCA), från råvaruutvinning till slutprodukt av att producera en resistent fuktsensor från ett skogsbaserat träbläck genom lasergrafitisering. Sensorn är baserad på en design som var demonstrerad i en labbanläggning hos forskningsinstitutet RISE i Norrköping. Forskningen är analysen av laboratorieskalad produktion av 1mm2 lasergrafitiserad sensoryta, exklusive användning, bortskaffande och återvinningsfaser. Resultaten lyfter fram påverkan från elektronisk användning som den primära bidragaren till övergripande miljöpåverkan över hela produktionsprocessen, följd av påverkan från materiell användning. Påverkan från dessa två hotspots uppmärksamgör möjligheter i processen som är av prioritet för omedelbart åtgärdande. Känslighetsanalyser av de varierande sensorskiktens tjockhet och elektronisk mix i laboratoriums faciliteten, påvisar insiktsfulla påverkanstrender. Resultaten från scenarioanalyser visar att LIG sensorer har mycket lägre miljöpåverkan än sensorer med silverelektroner och kolbaserat avläsningsbläck. De visar också potential för att uppnå ekonomisk skalbarhet för massproducering av LIG-sensorer. Datalagring för processerna och komponenterna av sensorn står som kritisk del av studien, med en tung tillit på litteratur, antaganden och proxydata. Då dessa faktorer kan påvisa några osäkerheter och begränsningar så bidrar studien ändå som en viktig referens för framtida forskning berörande liknande databaser och en LCA från råvaruutvinning till sluthanteringsfasen av sensorn.

The purpose of this thesis is to develop a simple Direct Ink Writing (DIW) method for fabricating intrinsically stretchable microsupercapacitors as ef- fective on-chip energy storage devices for the emerging stretchable electron- ics. Using the printing method for fabricating intrinsically stretchable elec- tronic components remains a novel approach. In this thesis, interdigitated structures of intrinsically stretchable electrodes were printed on a stretchable thermoplastic polyurethane (TPU) substrate using a formulated ink based on Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene Sulfonate. Formulated elec- trolytes based on Poly(4-styrene Sulfonic Acid) and Phosphoric Acid were applied to the electrodes to complete the fabrication of microsupercapacitors. Cyclic Voltammetry (CV), Galvanostatic Charge-Discharge (GCD) and Elec- trochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were used to characterize the per- formance of the devices. The stretchability of the electrodes was also mea- sured. Results from CV-measurements revealed a maximum capacitance of740 µF cm−2 at a scan rate of 5 mV s−1. GCD-measurements showed a capaci- tance of 952 µF cm−2 for the same device and an equivalent series resistance of approximately 7 kΩ. The printed electrodes exhibited a stretchability of 80%. The results show the feasibility of fabricating intrinsically stretchable energystorage devices using commercially available materials and a simple 3D print- ing technique. This method could be used as a high-throughput and low-cost method for stretchable electronics applications. / Syftet med detta arbete är att utveckla en simpel Direct Ink Writing (DIW) metod för framställning av intrinsiskt sträckbara mikrosuperkondensatorer som effektiva on-chip energilagrinsenheter i kommande sträckbar elektronik. Användandet av DIW för att tillverka intrinsiskt sträckbara elektroniska kom- ponenter är ett nytt tillvägagångssätt. I detta arbete trycktes interdigiterade strukturer av intrinsiskt sträckbara elektroder på ett sträckbart termoplastiskt polyuretan (TPU) substrat genom att använda ett formulerat bläck baserat på Poly(3,4-etylendioxitiofen):Polystyren Sulfonat (PEDOT:PSS). Formuler- ade elektrolyter baserade på Poly(4-styrensulfonsyra) och Fosforsyra applicer- ades på elektroderna för att färdigställa tillverkningen av mikrosuperkonden- satorer. Cyklisk Voltammetri (CV), Galvanostatisk uppladdning-urladdning (eng. GCD) och Elektrokemisk Impedansspektroskopi (EIS) användes för att karaktärisera enheternas prestanda. Bläckets sträckbarhet uppmättes också. Resultaten från CV-mätningar visade att den maximala kapacitansen var 742µF cm−2 vid skanningsfrekvensen 5 mV s−1. Kapacitansen från GCD-mätningar var 952 µF cm−2 för samma enhet och den ekvivalenta serieresistansen var cirka 7 kΩ. Sträckbarheten som de tryckta elektroderna uppvisade var 80%. . Re- sultaten påvisar möjligheten att kunna framställa intrinsiskt sträckbara en-ergilagringsenheter genom att använda kommersiellt tillgängliga material och en simpel metod för friformsframställning. Denna metod skulle kunna använ- das för att framställa sträckbara elektroniska komponenter till låg kostnad och med hög produktionstakt.