Дешевый и экологичный метод производства прозрачных проводящих пленок

Источник: Physorg

Прозрачные проводящие пленки настоящее время являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Они используются в смартфонах, планшетах, ноутбуках, а в более широком масштабе — в солнечных батареях. Но до сих пор их производство было дорогим и сложным. Исследователи Швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий разработали новую методику — более простую, дешевую и дружественную к окружающей среде. Обычные прозрачные проводящие пленки (transparent conductive oxide, TCO) состоят из смеси индия и оксида олова. Но индий — очень редкий и дорогой материал, который, к тому же, широко востребован и в других областях электроники. Другой вариант TCO — смесь оксида цинка с алюминием. И хотя исходные материалы дешевле, чем индий, производство является весьма сложным и энергозатратным. Пленка получается путем плазменного напыления на подложку, в высоком вакууме.

Как объясняет участник исследовательской группы г-н Харальд Хагендорфер, он и его коллеги разработали метод создания TCO без вакуума, путем нанесения на подложку смеси алюминия и солей цинка на водной основе. Еще одно преимущество новой технологии в том, что во время последней стадии производства — отвердевание пленки — подложка может быть нагрета только до 90 градусов Цельсия (вместо 400–600 градусов при обычном процессе). Это позволяет не только экономить энергию, но и использовать более теплочувствительные материалы подложки — такие, как мягкий пластик. Но самое большое преимущество разработки — совершенно другой принцип производства. В традиционном процессе пленка осаждается с использованием плазмы с высокой энергией, а при новой методике — за счет молекулярной самоорганизации. Пленка растет «сама собой» и не требует высокотемпературной обработки. Для получения превосходной проводимости нужно только краткое облучение УФ-лампой.

Стоит отметить, что ученым пришлось преодолеть одну важную проблему — алюминий цинк оксид (AZO) предпочитает расти в виде сужающихся к вершине столбиков, похожих на сталагмиты в пещерах. Но для оптимальной проводимости между «сталагмитами» не должно быть просвета. Ученые нашли простое решение — они использовали в процессе выращивания кристаллов «молекулярную крышку». Таким образом, материал мог расти только до определенной высоты, а дальше был вынужден расти не вверх, а вширь. В результате образовывалась прозрачная пленка с оптимальной проводимостью. Команда исследователей под руководством г-на Айодхья Тивари в настоящее время работает над дальнейшим улучшением AZO пленок. С точки зрения электропроводности и прозрачности они уже могут конкурировать с индийсодержащими пленками. Но для широкого использования в солнечных элементах требуется дополнительная оптимизация.