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Transparente Leitende Oxide (TCO). Wofür werden TCOs benötigt? Wie kommen diese Eigenschaften zustande?

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Präsentation zum Thema: "Transparente Leitende Oxide (TCO). Wofür werden TCOs benötigt? Wie kommen diese Eigenschaften zustande?"—  Präsentation transkript:

1 Transparente Leitende Oxide (TCO)

2 Wofür werden TCOs benötigt? Wie kommen diese Eigenschaften zustande?

3 Anwendungen LCD-Bildschirme Plasmabildschirme (organische) Solarzellen OLEDs Dünnschicht Solarzellen

4 Solarzellen und OLEDs

5 Marktentwicklung von LCD-TV

6 Entwicklung des Weltenergieverbrauchs bis 2100

7 Indiumproduktion

8

9 Indiumpreise

10 Lösung Mehr Recyceln: –Problem: Dünne Schichten-> niedrige Konzentrationen von In Neuer Stoff: –Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe –Gleich hohe Leitfähigkeit –Gleich hohe Transparenz Wie kommt man zu den Eigenschaften?

11 Leitende Materialien Elektrische Leitfähigkeit: Metalle: –Elektronen als Elektronengas gut verfügbar + gute Beweglichkeit

12 Leitende Materialien Widerstände Metalle: –Eisen: 1 · Ωcm –Kupfer: 1,7 · Ωcm –Zink: 5,9 · Ωcm –Indium 8,3 · Ωcm Ladungsträgerkonzentration Kupfer: 9 · cm -3

13 Leitende Materialien Metalle –Nicht transparent

14 Sichtbares Licht Daraus folgt: Wir benötigen Material das im Bereich von 1,5eV bis 3eV keine elektronische Anregung zeigt

15 Halbleiter Besitzen Bandlücke Muss mindestens 3eV groß sein

16 Bandlücke von Stoffen

17 Halbleiter - Widerstand Problem: –Widerstand bei Raumtemperatur hoch Lösung: –Dotierung mit e - reicherem Material um die Ladungsträgerkonzentration zu erhöhen

18 n-Dotierung

19 Warum ist ITO so gut? CaF-Struktur mit 2F-Leerstellen: In 3+, O 2- In 2 O 3 :Sn Dotierungsgrad 10% Bandlücke von 3,7 eV Ladungsträgerkonzentration: cm -3 Somit geringer Widerstand: 3,5*10 -5 Ωcm Temperaturbeständigkeit bis 400°C Hohe Transparenz

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21 Warum ist ITO so gut? CaF-Struktur: In 3+, O 2- In 2 O 3 :Sn Dotierungsgrad 10% Bandlücke von 3,7 eV Ladungsträgerkonzentration: cm -3 Somit geringer Widerstand: 3,5*10 -5 Ωcm Temperaturbeständigkeit bis 400°C Hohe Transparenz

22 Transparenz

23 Sputtern

24 LSPS-Low-pressure-spray pyrolysis

25 Leitfähigkeit von verschiedenen Stoffen

26 Alternativen ZnO:Al SnO 2 :F CdO:In

27 ZnO:Al Kristall: –Wurzit-Typ, Zn 2+, O 2- Widerstand: 2,6 ·10 -4 Ωcm Probleme: –Zn sehr reaktiv –Es werden O 2 -Fehlstellen eingebaut –Sputter müssen O 2 frei sein Enges Prozessfenster

28 CdO : In Rutil-Typ: Sn 4+, O 2- Widerstand zu hoch NaCl-Typ: Cd 2+, O 2- Widerstand sehr gut: Ωcm Toxisch SnO 2 : F

29 p-dotierte TCOs

30 CuAlO 2+x Hoher Widerstand: 10 2 Ωcm Geringe Transparenz

31 Resumé Indiumzinnoxid bester Leiter Erforschung neuer Transparenter Leitender Oxide ist nötig

32 Quellen T. Minami, New n-Type Transparent Conducting Oxides, MRS Bulletin, 2000 T. Ogi, F. Iskandar, Y. Itoh and K. Okuyama, Journal of Nanoparticle Research, 2006, 8: 343–350 M. D. McCluskey and S. J. Jokela1, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 2009, 106, A. C. Tolcin, U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2009 H. Kawazoe, M. Yasukawa, H. Hyodo, M. Kurita, H. Yanagi and H. Hosono, NATURE, 1997, VOL 389, A.N. Banerjee, K.K. Chattopadhyay,Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 2005, 50, C. H. Lee and C. S. Huang, Materials Science and Engineering, 1994, 1322, B. Szyszka, A. Pflug, V. Sittinger and Stephan Ulrich, VIP, 2010, 22, 3, Sunandan Baruah and Joydeep Dutta, Sci. Technol. Adv. Mater., 2009, 10, David P. Norton, Materials Science and Engineering, 2004, R 43, 139 – 247 K. H. Wedepohl,Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, 59, 7, K. Ellmer, J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 3097 – Vorlesungsskript zum Modul ACV: Festkörperchemie II

33 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

34 Gliederung Einleitung TCOs Indium Anwendungen Fazit

35 Probleme bei der Synthese Zink sehr reaktiv:-> teilweise oxidation sehr schwierig

36 Aufbringen der Substrate Sputtern

37 LCD-Bildschirme

38 Solarzelle

39 Dünnschicht-Solarzellen

40 Probleme Indiumzinoxid bestes Material (ITO) Indiumresourcen gehen zur Neige

41 Gliederung Wofür werden TCOs benötigt? Wie kommen diese Eigenschaften zustande? Zusammenfassung

42 Bandlücke von Stoffen Diamant5,6eV In 2 O 3 3,8eV ZnO3,4eV Silizium:1,1eV

43 Widerstände in Abhängigkeit von der O 2 Konzentration


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