Institute of Mechanical Process Engineering and Mechanics

Strukturaufklärung maßgeschneiderter AZO-Nanokristalle und ihrer Prozessierung zu funktionalen Dünnfilmen

Als Halbleiter stellt Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) aufgrund seiner hohen Transparenz im sichtbaren Bereich, seinem geringen elektrischen Widerstand und seiner guten mechanischen Stabilität einen großen Forschungsschwerpunkt dar. Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsgebiete, wie z.B. in Dünnschicht-Solarzellen, Touch-Panels, Displays oder Leuchtdioden. AZO gilt hierbei als vielversprechende Alternative zu begrenzt verfügbaren Indium-basierten Oxiden. Durch die Erzeugung definierter Nanostrukturen in einer nichtwässrigen Flüssigphasensynthese stellt AZO in Form von flüssigen Dispersionen - als sog. transparentes leitfähiges Oxid (TCO) – außerdem eine attraktive Alternative zu Gasphasenverfahren für die Herstellung von Dünnschichten dar.

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes zwischen dem Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig und dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVM) des KIT sollen materialspezifische Eigenschaften der AZO-Nanopartikel, wie die definierte Dotierung von ZnO zur Festlegung optischer Eigenschaften (Bandlückenenergien), mit ihren strukturellen Eigenschaften (z.B. Partikelgröße, -form und -morphologie) in einem gemeinsamen Kontext betrachtet werden. Zudem gilt es die Auswirkungen auf die Funktionalität der Dünnschichten entlang der gesamten Prozesskette, beginnend bei der Synthese über die Stabilisierung bis hin zur Beschichtung, aufzuklären.

Der Schwerpunkt des IMVM liegt in der Charakterisierung struktureller Partikeleigenschaften während der Partikelsynthese auf nanoskaliger Ebene (1-100nm). Hierbei kommt die Röntgenkleinwinkelstreuung (engl. Small Angle X-Ray Scattering, SAXS) als Partikelmesstechnik durch die am IMVM entwickelte SAXS-Laborkamera zum Einsatz (siehe Abbildung 1). Die SAXS-Methode zeichnet sich insbesondere durch ihren nicht-invasiven Charakter aus, so dass neben der  quantitativen, integralen und zeitaufgelösten Erfassung  ablaufender Partikelbildungsmechanismen (Keimbildung, Partikelwachstum, Aggregation etc.) eine in-situ Analyse realisiert werden kann.

 

Abbildung 1: Institutseigene SAXS-Laborkamera zur Auflösung von Partikelsystemen auf nanoskaliger Ebene.