Пленки ZnO/металл/ZnO (металл = Ag, Pt, Au) для энергетики

Том 12 научных докладов, номер статьи: 15575 (2022 г.) Цитировать эту статью

1016 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

В этой статье исследуется влияние различных металлов (Ag, Pt и Au) на образцы ZnO/металл/ZnO, нанесенные на стеклянную подложку с помощью системы магнетронного распыления RF/DC. Структурные, оптические и термические свойства свежеприготовленных образцов систематически изучались с целью хранения и производства энергии в промышленности. Наши результаты показывают, что эти слои можно использовать в качестве подходящих покрытий на окнах зданий для хранения энергии. В тех же условиях эксперимента было показано, что вариант Au в качестве промежуточного слоя имеет лучшие оптические и электрические условия. Тогда слой Pt также привел к дальнейшему улучшению свойств образцов, а не Ag. При этом образец ZnO/Au/ZnO показал самый высокий коэффициент пропускания в видимой области (68,95%) и самый высокий FOM (5,1 × 10–4 Ом–1). Таким образом, его можно рассматривать как относительно оптимальный образец для экономии энергии окон зданий из-за его низкого значения U (2,16 Вт/см2 · К) и низкой излучательной способности (0,45). Наконец, при приложении эквивалентного напряжения 12 В к концам образца температура поверхности образца повысилась с 24 до 120 °C.

Прозрачные проводящие оксиды с низким уровнем эмиссии (low-E) являются неотъемлемой частью прозрачных проводящих электродов в новом поколении оптико-электрических устройств с низким уровнем выбросов, которые являются потенциальными кандидатами для различных применений, таких как плоские дисплеи, плазменные экраны, сенсорные экраны, органический свет. -излучающие диоды и солнечные элементы. В настоящее время распространено использование таких конструкций, как энергосберегающее покрытие окон.

Высокопрозрачные, низкоэмиссионные и теплоотражающие (TCO) тонкие пленки имеют высокие спектры пропускания и отражения в видимом и инфракрасном диапазонах соответственно. Эти пленки можно использовать в качестве покрытий строительного стекла для экономии энергии. Кроме того, такие образцы применяются в качестве прозрачных проводящих пленок в промышленности, например, в автомобильном стекле, из-за их удивительно низкого электрического сопротивления1,2,3. ITO всегда считался широко используемой совокупной стоимостью владения в промышленности. Из-за его хрупкости, токсичности, высокой стоимости и ограниченности ресурсов индия исследователи ищут альтернативные материалы4,5.

В связи с растущим потреблением энергии во всем мире широко используются материалы с низким уровнем выбросов. Например, стекла, покрытые низкоэмиссионными материалами, применяются в зданиях в качестве окон или дверей для снижения энергопотребления. Летом пленки low-E пропускают видимый свет и предотвращают проникновение ИК-волн в здание. Напротив, зимой они предотвращают попадание инфракрасного излучения, испускаемого отопительными приборами в здании, наружу. Другими словами, пленки low-E имеют высокий коэффициент пропускания в видимой области и высокий коэффициент отражения в инфракрасной области6.

Недавние исследования показали, что трехслойные проводящие электроды оксид металла/металл/оксид металла (O/M/O) имеют лучшую электропроводность, оптическое разрешение и меньшую излучательную способность, чем пленки ITO той же толщины при комнатной температуре. В этих экспериментах было предложено применять в качестве верхнего и нижнего слоев оксиды металлов, таких как ITO, ZnO, AZO, ZnS, WO3, MoO3, Nb2O5 и SnO2, а также такие металлы, как Ag, Cu, Ni, Al, Pt. в качестве промежуточного слоя7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Исследования привели к улучшению электрических и оптических свойств трехслойных электродов за счет изменения условий осаждения, таких как их температура, давление, напряжение смещения и т. д. Выбор диэлектрика в верхнем и нижнем слоях и металла в среднем слое будет решающее значение для изменения оптических и электрических свойств. Более того, ZnO широко применяется в различных промышленных приложениях, включая плоские мониторы, датчики газа, фотодатчики и сенсорные экраны17. Кроме того, ZnO высоко ценится как распространенный, недорогой, нетоксичный материал, устойчивый к водородной плазме и высокотемпературным процессам. Например, в 2012 году Гиртан и др. показали, что электроды ZnO/Ag/ZnO обладают лучшими фотоэлектрическими характеристиками, чем электроды ITO/Ag/ITO в солнечных элементах18.