Aluminium-dotierte Zinkoxidschichten

In der Wärmebildaufnahme ist erkennbar, dass die Glasscheibe mit transparenter low-e Beschichtung (links) einen deutlich größeren Anteil der von der Hand ausgehenden Wärmestrahlung reflektiert als die nbeschichtete Glasscheibe (rechts).
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Aluminium-Zink-Oxid-Schicht (AZO) auf einem Glassubstrat mit einer Silica-Zwischenschicht.

Prozessierung und Charakterisierung von Aluminium-dotierten Zinoxid-Schichten mit maßgeschneiderten IR-optischen, elektronischen und morphologischen Eigenschaften.

Dotierte Metalloxide besitzen einen hohen Transmissionsgrad im Sichtbaren, kombiniert mit einem hohen Reflexionsgrad im Infraroten. Aufgrund der guten Transparenz und der beträchtlichen Wärmereflexion (Abb. 1) können solche Beschichtungen zur Steigerung der Energieeffizienz in zahlreichen Anwendungsgebieten (Gebäude, Automobilbereich, industrielle Prozesse, etc.) eingesetzt werden. Eine zukunftsträchtige Alternative zu den häufig verwendeten Indium-Zinn-Oxid-Schichten (ITO) stellen hierbei Aluminium-Zink-Oxid-Schichten (AZO) dar, die ebenfalls am ZAE Bayern prozessiert und untersucht werden (Abb. 2).

Die infrarot-optischen Parameter sind eng mit den elektronischen und morphologischen Eigenschaften der Schicht korreliert. Zusätzlich zum Einsatz als transparente low-e Schichten (ein hoher thermischer Reflexionsgrad entspricht einem geringen thermischen Emissionsgrad; daher die Bezeichnung low-e) ist, aufgrund der elektronischen Eigenschaften, die Verwendung als transparente Zwischenschicht in Solarzellen von großem Interesse. Neben gesinterten Funktionsschichten auf AZO-Basis ist hierbei die Einbringung der entsprechenden funktionalen Partikel in eine organische Trägermatrix möglich, ähnlich wie bei spektral-selektiven Beschichtungen auf Folien.

Im Rahmen dieses Projektes wird ein grundlegendes physikalisches Verständnis erarbeitet, in welcher Form dotierte Elektroden-Zwischenschichten die Funktion und die Performance von organischen Solarzellen beeinflussen. Dabei wird in erster Linie der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit und des Dotierungsgrades der Zwischenschichten auf die Leerlaufspannung und die Effizienz der Solarzelle untersucht.

Dafür sind Zink-Oxid-Schichten optimal geeignet, die nasschemisch aufgebracht und dabei mit einer definierten Aluminium-Dotierung versehen werden können. Durch den Dotierungsgrad kann, neben der elektrischen Leitfähigkeit, u.a. die Austrittsarbeit variiert werden, was das Kontaktverhalten in der Solarzelle wesentlich beeinflusst. 

DFG-Projekt: DY 18-7/1

Projekttitel: Controlling the Electronic Interface Properties in Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells

 

Ansprechpartner

Dr. Jochen Manara
Tel.: +49 931 70564-346
E-Mail: Jochen.Manara@zae-bayern.de

 

Dipl. Phys. Nadine Wolf
Tel.: +49 931 70564-221
E-Mail: Nadine.Wolf@zae-bayern.de

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