ZnO/Metall/ZnO-Filme (Metall = Ag, Pt, Au) für Energie

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 15575 (2022) Diesen Artikel zitieren

1016 Zugriffe

3 Zitate

Details zu den Metriken

In dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Metalle (Ag, Pt und Au) auf die ZnO/Metall/ZnO-Proben untersucht, die über ein RF/DC-Magnetron-Sputtersystem auf ein Glassubstrat aufgetragen werden. Die strukturellen, optischen und thermischen Eigenschaften der so hergestellten Proben wurden systematisch für den Zweck der Speicherung und Energieerzeugung in der Industrie untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Schichten als geeignete Beschichtungen auf Gebäudefenstern für Energiespeicheranwendungen eingesetzt werden können. Unter den gleichen experimentellen Bedingungen zeigte sich, dass Au als Zwischenschicht bessere optische und elektrische Bedingungen aufweist. Dann führte die Pt-Schicht auch zu einer weiteren Verbesserung der Eigenschaften der Proben im Vergleich zu denen des Ag. Darüber hinaus zeigte die ZnO/Au/ZnO-Probe die höchste Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (68,95 %) und die höchste FOM (5,1 × 10–4 Ω−1). Daher kann es aufgrund seines niedrigen U-Werts (2,16 W/cm2 K) und seines geringen Emissionsgrads (0,45) als relativ optimale Probe für die Energieeinsparung von Gebäudefenstern angesehen werden. Durch Anlegen einer äquivalenten Spannung von 12 V an den Enden der Probe stieg schließlich die Oberflächentemperatur der Probe von 24 auf 120 °C.

Transparente leitende Oxide mit geringer Emission (Low-E) sind integraler Bestandteil transparenter leitender Elektroden in der neuen Generation von optisch-elektrischen Low-E-Geräten, die potenzielle Kandidaten für verschiedene Anwendungen wie Flachbildschirme, Plasmabildschirme, Touchscreens und organisches Licht sind -Emittierende Dioden und Solarzellen. Heutzutage sind Konstruktionen wie die energiesparende Fensterbeschichtung weit verbreitet.

Hochtransparente Low-E- und wärmereflektierende (TCOs) Dünnfilme weisen hohe Transmissions- und Reflexionsspektren im sichtbaren bzw. Infrarotbereich auf. Diese Folien können zur energiesparenden Beschichtung von Bauglas eingesetzt werden. Aufgrund ihres bemerkenswert niedrigen elektrischen Widerstands werden solche Proben auch als transparente leitfähige Filme in der Industrie verwendet, beispielsweise für Autoglas1,2,3. ITO wurde in der Industrie schon immer als häufig verwendetes TCO angesehen. Aufgrund seiner Zerbrechlichkeit, Toxizität, hohen Kosten und der begrenzten Indiumressourcen suchen Forscher nach alternativen Materialien4,5.

Aufgrund des weltweit steigenden Energieverbrauchs werden in großem Umfang Low-E-Materialien eingesetzt. Mit Low-E-Materialien beschichtete Gläser werden beispielsweise in Gebäuden als Fenster oder Türen eingesetzt, um den Energieverbrauch zu senken. Im Sommer lassen Low-E-Folien sichtbares Licht durch und verhindern, dass IR-Wellen in das Gebäude eindringen. Im Winter hingegen verhindern sie, dass die Infrarotstrahlung der Heizgeräte im Gebäude nach außen gelangt. Mit anderen Worten: Low-E-Filme haben eine hohe Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich6.

Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass dreischichtige leitfähige Elektroden aus Metalloxid/Metall/Metalloxid (O/M/O) bei Raumtemperatur eine bessere elektrische Leitfähigkeit, optische Auflösung und ein geringeres Emissionsvermögen aufweisen als ITO-Filme gleicher Dicke. In diesen Experimenten wurde die Verwendung von Metalloxiden wie ITO, ZnO, AZO, ZnS, WO3, MoO3, Nb2O5 und SnO2 als obere und untere Schicht sowie von Metallen wie Ag, Cu, Ni, Al und Pt vorgeschlagen als Zwischenschicht7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Die Forschung hat zu verbesserten elektrischen und optischen Eigenschaften in dreischichtigen Elektroden geführt, indem die Abscheidungsbedingungen wie Temperatur, Druck, Vorspannung usw. geändert wurden. Die Wahl des Dielektrikums in der oberen und unteren Schicht und des Metalls in der mittleren Schicht erfolgt entscheidend für die Veränderung der optischen und elektrischen Eigenschaften. Darüber hinaus wird ZnO in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt, darunter Flachmonitore, Gassensoren, Fotosensoren und Touchscreens17. Darüber hinaus gilt ZnO als reichlich vorhandenes, kostengünstiges und ungiftiges Material, das gegenüber Wasserstoffplasma und Hochtemperaturprozessen stabil ist. Im Jahr 2012 stellten beispielsweise Girtan et al. zeigten, dass ZnO/Ag/ZnO-Elektroden in Solarzellen eine bessere photovoltaische Leistung als ITO/Ag/ITO-Elektroden aufwiesen18.

Bisher wurden die optischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften der drei Metalle Au, Pt und Ag in Dreischichtstrukturen aus ZnO/Metall/ZnO zur Verwendung in Energiespeicherbeschichtungen auf Gebäudefenstern nicht verglichen. In dieser Studie untersuchten und verglichen wir die optischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften von transparenten leitfähigen ZnO/Metall/ZnO-Elektroden unter Berücksichtigung der Ag-, Au- und Pt-Metalle in der Mittelschicht unter denselben Abscheidungsbedingungen, um den optimalen Zustand zu erreichen . Außerdem werden diese mehrschichtigen Elektroden mit einzelnen ZnO-Elektroden verglichen. Zu diesem Zweck werden FESEM- und RBS-Analysen durchgeführt, um die Dicke und Konzentration der Elemente der Proben zu bewerten. Darüber hinaus werden durch Messung des UV-Vis-NIR-Spektrums jeder Probe die Energielücke und ihre optischen Eigenschaften untersucht; und schließlich werden mit der Simulationssoftware Window7.8 die thermischen Eigenschaften jeder Probe untersucht. Um die so vorbereiteten Proben für den Einsatz in der Industrie zu bewerten und zu vergleichen, haben wir drei wichtige Parameter berechnet; Emissionsgrad, Gütezahl und U-Wert. Wenn das Glas Wärme oder Lichtenergie aufnimmt, wird diese entweder durch den Luftstrom nach außen übertragen oder von der Glasoberfläche reflektiert. Die Fähigkeit eines Materials, Energie abzustrahlen, wird als Emissionsgrad bezeichnet. Meistens emittieren oder strahlen Fensterprodukte Wärme (langwellige Ferninfrarotenergie) ab, was für die Energieeinsparung von Bedeutung ist. Daher wäre eine Verbesserung ihrer Isoliereigenschaften durch eine Verringerung ihrer Wärmeabgabe möglich.

In diesem Zusammenhang wurde der U-Wert als gutes Maß für die Isoliermenge vorgeschlagen, der die Wärmeübertragungsrate in einem Fensterprodukt angibt (W/m2 °C). Dieser Parameter umfasst die konduktive, konvektive und strahlende Wärmeübertragung eines Systems. Wie man daraus ableiten kann, ist die Wärmeflussrate umso geringer, je kleiner der U-Wert eines Materials ist. Darüber hinaus kann durch die Berechnung des Gesamt-R-Werts der Wärmewiderstand einer Probe dargestellt werden, der der Kehrwert des Gesamt-U-Werts ist (R = 1/U)19.

Die ZnO-Probe wurde mit der Abscheidungstechnik eines RF-Magnetron-Sputtergeräts (Nanostructured Coatings Co. DST3-T) mit dem ZnO-Target (99,995 % Reinheit) und einer RF-Leistung von 80 W auf ein Glassubstrat aufgetragen. Das Substrat befand sich in einem Abstand von 75 mm vom Ziel entfernt. Die ZnO-Abscheidungszeit in der oberen und unteren Schicht beträgt 200 s mit HF-Leistung. Im Fall der mittleren Schicht wurden Au-, Ag- und Pt-Metalle mit reinen Metalltargets (99,995 % Reinheit) in einem Winkel von Null abgeschieden, und die Abscheidungszeit betrug 40 s mit Gleichstrom; Die Proben sind jeweils als S1, S2 und S3 nominiert.

Vor jeder Abscheidung erreichte der Kammerdruck 5 × 10–3 Torr, und Metalle und ZnO-Targets wurden 5 Minuten lang vorgesputtert.

Es ist erwähnenswert, dass die Kammer dreimal mit Ar-Gas (Reinheit 99,995 %) geflasht wurde, um etwaige Verunreinigungen zu entfernen. Nach der Vorbereitung der Proben wurden die Vierpunktsondentechnik und das Ultraviolett-Visible-Near-IR-Spektrophotometer (UV-Vis-NIR) (JASCO V-670) verwendet, um den Schichtwiderstand bzw. die optischen Eigenschaften der Proben zu bestimmen.

Um die Elementkonzentration und Dicke jeder Schicht zu bewerten, wurde eine Rutherford-Rückstreuspektrometrie (RBS)-Analyse unter Verwendung eines Heliumstrahls mit 2 MeV Energie durchgeführt. Das Experiment wurde an einer 15° linken Spurlinie des Teheraner Vandograph-Labors in einer herkömmlichen Pixie-Kammer durchgeführt. Zur Erfassung der gestreuten Partikel wurde ein Oberflächenbarrieredetektor im Winkel von 165° verwendet. Der gemeldete Datenfehler im Zusammenhang mit der Anpassung, den Querschnittsdaten, der Strahlenergie und der Messung der einfallenden Last beträgt 10 %. Die Gesamtdicke der Mehrschichtfilme wurde mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM)-Querschnitt (Zeiss Sigma 300-HV) bestimmt.

Abbildung 1 zeigt 2-MeV-RBS-Spektren von ZnO/Metall/ZnO-Proben für verschiedene Metalle (Ag, Au, Pt). Entsprechend der Form der von der SIMNRA-Software simulierten Diagramme sind sie gut an experimentelle Daten angepasst. Dadurch können Dicke und Konzentration des Materials entsprechend bestimmt werden. Diese Kurven liefern die Rückstreuenergien der einfallenden Teilchen für alle Proben. Der Kanalbereich bei 500–600 bzw. 600–700 nm enthält einen Peak im Zusammenhang mit Zn-, Au-, Ag- und Pt-Metallen. Die Tiefe des Tals zwischen den Zn-Au- und Zn-Pt-Signalen ist gleich, und das Tal zwischen den Zn-Ag-Signalen wird verringert, während die Durchdringung zwischen den Schichten erhöht wird20. Die Dicken wurden als Monoschicht (1015 Atome/cm2) berechnet, was einer räumlichen Atomdichte entspricht und eine gleichmäßige Schichtverteilung voraussetzt. Wenn wir die nominale Stöchiometrie der bekannten Atomdichte (5,9 × 1022 Atome/cm3 für Au, 5,8 × 1022 Atome/cm3 für Ag und 6,6 × 1022 Atome/cm3 für Pt) berücksichtigen, kann die Dicke leicht ermittelt werden nm-Maßstab. Die aus der RBS-Analyse ermittelten Flächendichten der Au-, Ag- und Pt-Metalle in der Mittelschicht betragen 25,5, 32,2 bzw. 27,31 (× 1015 Atome/cm2). Unter der Annahme, dass die Schicht gleichmäßig ist, beträgt die Dicke der Au-, Ag- und Pt-Metallschichten in den S1-, S2- und S3-Proben 4,08, 5,44 bzw. 4,09 nm21.

RBS-Spektren (experimentell und simulativ) von Proben.

Abbildung 2 zeigt die Querschnitts-FESEM-Bilder aller Proben. Unter den gleichen experimentellen Bedingungen wurde festgestellt, dass die Dicken der S1-, S2- und S3-Proben 77, 61 bzw. 63 nm betragen.

FESEM-Querschnittdiagramm der Proben.

Der Schichtwiderstand aller Proben wird mit einer Vierpunktsonde gemessen, die in Tabelle 1 aufgeführt ist. Der Schichtwiderstand der Proben unter den gleichen Bedingungen und der gleichen Dauer der Beschichtung zeigt, dass der Widerstand der einschichtigen ZnO-Probe sehr hoch ist hoch. Das Vorhandensein der mittleren Metallschicht verringert den elektrischen Widerstand. Wie die Streifenstruktur zeigt, können diese Strukturen als Verbindung von Metall mit einem Halbleiter betrachtet werden. Bei der Untersuchung der Struktur von ZnO/Metall wurde nach dem Bonden keine Barriere für die Übertragung der Elektronen vom Metall auf den Halbleiter gefunden; Die Elektronen werden leicht von der Metallschicht auf das ZnO übertragen und umgekehrt. In diesem Fall erhöht sich die Ladungsträgerdichte durch die Injektion von Elektronen vom Metall in den Halbleiter oder umgekehrt20,22. Der Schichtwiderstand der Probe mit Ag-Metall ist höher als der der mit Au- und Pt-Metallen beschichteten Proben; während in den meisten Artikeln über Dreischichtstrukturen Ag-Metall in der Mittelschicht verwendet wurde und ein geringer Widerstand erwähnt wird. Ag wächst im Volmer-Weber-Modus (Inselmodus) auf Oxidsubstraten. Der hohe Widerstand in der Probe mit Ag-Metall ist wahrscheinlich auf das Vorhandensein separater Inseln auf der Oberfläche des Ag-Metalls zurückzuführen, und für das Verschwinden und den Zusammenhalt dieser Inseln ist eine weitere Ag-Beschichtung erforderlich. Gemäß den Ergebnissen unseres vorherigen Artikels23 wird Ag bei Dicken unter 10 nm als diskontinuierliche Insel abgeschieden. Dies weist darauf hin, dass für eine dreischichtige Struktur mit unterschiedlichen Metallen mehr Ag als für Au und Pt erforderlich ist, was kostengünstiger ist.

Die Transmissions- und Reflexionsspektren der Proben wurden in den Wellenlängen von 190–2700 nm bereitgestellt (siehe Abb. 3). In Abb. 3a, die sich auf das Transmissionsdiagramm der Proben bezieht, sind die Peaks der Probe mit verschiedenen Metallen dargestellt bei unterschiedlichen Wellenlängen lokalisiert; so dass die Peaks von S1, S2 und S3 bei 626, 400 und 380 nm liegen und eine Durchlässigkeit von 71, 72 bzw. 57 % haben.

Die Transmissions- und Reflexionsspektren.

Aufgrund der Bedeutung der Transmission im Bereich von 400–800 nm in der Industrie und ihres besseren Vergleichs für Proben mit unterschiedlichen Metallen wird der Transmissionskoeffizient (Tav) für jede Probe für sichtbares (Tvis), solares (Tsolar) und berechnet NIR (TNIR)-Region, siehe Tabelle 2.

Der Transmissionskoeffizient ergibt sich wie folgt:

wobei V(λ) und T(λ) jeweils die spektrale Lichtausbeute und die Transmission der Proben sind19,23.

Die Tvis-Werte der S1-, S2- und S3-Proben betragen 68,95, 58,76 bzw. 47,54 %; Der höchste Wert gehört zur S1-Stichprobe.

Der Vergleich der Reflexion im IR-Bereich für dreischichtige ZnO/Metall/ZnO-Elektroden unter Berücksichtigung verschiedener Metalle im gleichen Herstellungsprozess wurde nicht untersucht. Der Infrarotreflexionsgrad ist einer der wichtigsten Parameter von Elektroden für den industriellen Einsatz. In dieser Studie wurde erstmals der Vergleich des Reflexionsgrads dieser Elektroden im IR-Bereich untersucht.

Gemäß Abb. 3b beträgt die Reflexion der S1-, S2- und S3-Proben im nahen Infrarotbereich 19, 35 bzw. 36 % bei einer Wellenlänge von 1700 nm. Die ZnO-Einzelschicht weist in diesem Bereich den niedrigsten Reflexionsgrad auf. Tabelle 2 zeigt die durchschnittliche Reflexion im Sonnen- und Nahinfrarotbereich, die mit Gl. berechnet wird. (1), mit dem Unterschied, dass der Anteil der Reflexion im Sonnen- und Infrarotbereich durch den Anteil der Transmission ersetzt wurde.

Sowohl Leitfähigkeits- als auch Transparenzparameter sind in der Branche sehr wichtig. Für einen besseren Vergleich der Eigenschaften von Metalloxid/Metall/Metalloxid-Dreischichtelektroden wird der Parameter „Figure of Merit“ verwendet, der sich aus der folgenden Gleichung24 berechnen lässt.

Je größer die FOM-Menge ist, desto transparenter wird die leitfähige Elektrode. Die FOM-Werte der Proben sind in Tabelle 3 aufgeführt. Gemäß den genannten Werten bezieht sich die maximale Menge an FOM auf die S1-Probe mit dem Wert 5,1 × 10–4 Ω−1.

Transparente leitfähige Elektroden mit niedrigem Emissionsgrad sind eine hauchdünne, farblose, ungiftige Beschichtung, die in Fensterglas zur Verbesserung der Energieeffizienz verwendet wird. Solche Fenster sind bemerkenswert sicher und werden unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz im modernen Zuhause immer standardisierter. Low-E-Fenster verhindern, dass Infrarotlicht von außen in das Glas eindringt. Darüber hinaus speichern diese Fenster Heiz-/Kühlenergie. Der Emissionsgrad hängt vom Rsh ab und kann im Wellenlängenbereich von 780–2700 nm mit der folgenden Gleichung6,19,20 ermittelt werden

Darüber hinaus kann für Proben mit den äquivalenten Wellenlängen λ > 3 µm und Rsh ˂˂ Z0 auch wie folgt ermittelt werden:

Dabei ist Z0 die Impedanz des Vakuums (377 Ω). Die erfassten Emissionsgraddaten für alle Proben sind in Tabelle 3 aufgeführt. Der minimale Emissionsgrad bezieht sich auf die S1-Probe und beträgt 0,45.

Der Absorptionskoeffizient (α) wurde für den direkten Übergang mithilfe der folgenden Gleichung25 ermittelt:

wobei h und A die einfallende Strahlungsenergie bzw. eine Konstante darstellen. Das direkte Eg wird durch Extrapolieren der linearen Teile der Diagramme auf eine Absorption von Null (αhυ = 0) ermittelt. Die Eg-Änderungen für das ZnO/Metall/ZnO-Mehrschichtsystem sind in Abb. 4 dargestellt. Gemäß den Ergebnissen der Berechnung der Bandlückenenergie beträgt die Energielücke der ZnO-Probe 3,31 eV, was für ZnO abnimmt /M/ZnO (M = Au, Ag und Pt) Dünnschichtproben. Diese Bandlückenänderungen in Dreischichtstrukturen mit unterschiedlichen Metallen stimmen mit den Transmissionsänderungen im sichtbaren Bereich überein, sodass die Durchlässigkeit der ZnO-Einzelschicht maximal war, und es ist ersichtlich, dass die Bandlücke für diese Probe ebenfalls maximal ist. Außerdem ist die Durchlässigkeit der S1-Probe höher als die der S2-Probe und die Bandlücke der S3-Probe ist minimal26.

Optische Bandlückenenergie aller Proben.

Zur Untersuchung der Erwärmungseinwirkungen von Proben wird deren elektrothermisches Verhalten untersucht und in Abb. 5 dargestellt. Zu diesem Zweck wurden mit einem Elektronenstrahlverdampfer Silberkontakte auf beiden Seiten der Proben beschichtet. Anschließend wurde durch Anlegen einer bestimmten Spannung für 300 s die maximale Temperatur der erzeugten Wärme zwischen den Kontakten mit einer Wärmekamera gemessen. Gemäß Abb. 5 weist die Temperatur der S1-Probe bei einer Spannungsänderung von 4 auf 12 V einen starken Temperaturanstieg von 35 auf 120 °C auf, während dieser Temperaturanstieg bei der S3-Probe geringer ausfällt ( von 30 auf 80 °C), und die S2-Probe zeigte keine Temperaturänderung mit steigender Spannung.

Temperatur der ZnO/Metall/ZnO-Mehrschicht-Dünnschichtheizung in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung.

Dabei kann der Wärmeverlust durch Leitung und Strahlung von der Rückseite vernachlässigt werden, da das Glassubstrat kein guter Wärmeleiter ist. Daher lässt sich der wichtigste Weg des Wärmeverlusts, nämlich die Luftkonvektion, gemäß der folgenden Formel27 ermitteln:

Qg ist die bei der Leistung P für eine Zeitdauer von Δt erzeugte Wärme, hconv ist der konvektive Wärmeübertragungskoeffizient, Aconv ist die Oberfläche und ts und ti sind die Sättigungs- bzw. Anfangstemperaturen. Wie man daraus schließen kann, steigt die Sättigungstemperatur mit der Spannungserhöhung und der Widerstandsabnahme. Die S1-Probe hat einen geringeren Schichtwiderstand und mehr hconv als die S3-Probe. Aus diesem Grund ist in Abb. 5 zu sehen, dass die Wärmeerzeugung in der S1-Probe bei einer bestimmten Spannung im Vergleich zu der der S1-Probe deutlich erhöht ist S3-Beispiel. Die Temperatur der S2-Probe sank, wahrscheinlich aufgrund ihres hohen Widerstands, nicht unter 4 bis 12 V.

Um die durch das Material fließende Wärmemenge abzuschätzen, müssen die Tvis-, Rvis-, Tsolar-, Rsolar-, TNIR-, RNIR- und Emissionsgradwerte der Proben berechnet werden28. Tvis und Rvis sind die Transmissions- und Reflexionsrate im Bereich von 400 < λ < 800 nm, Tsolar, Rsolar sind die Transmissions- und Reflexionsrate im Bereich von 250 < λ < 2500 nm und TNIR, RNIR sind die Rate von Transmission und Reflexion im Bereich 780 < λ < 2500 nm; Alle sind in Tabelle 2 aufgeführt. In dieser Studie haben wir zur Berechnung des U-Werts jeder Probe mit der Software Window7.8 ein Doppelverglasungssystem simuliert, das aus zwei Glasschichten mit einer Dicke von 4 mm und einer Dicke von 1 mm besteht Spaltschicht, die Argongas enthält. Die U-Werte aller Proben sind in Tabelle 3 aufgeführt. Ohne die ZnO/Metall/ZnO-Beschichtung auf Doppelglasfenstern beträgt der U-Wert 2,730 W/m2 K. Allerdings nach dem Abscheidungsprozess des transparenten Durch die leitfähige Elektrodenbeschichtung sank der U-Wert deutlich. Die Probe S1 (ZnO/Au/ZnO) hat den niedrigsten und die Probe S2 (ZnO/Ag/ZnO) den höchsten U-Wert aufgrund ihres hohen Schichtwiderstands und hohen Emissionsvermögens.

In dieser Arbeit werden die strukturellen, optischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften von ZnO/Metall/ZnO-Dreischichtfilmen untersucht, bei denen Au-, Ag- und Pt-Metalle mithilfe der Magnetron-Sputtertechnik in der Mittelschicht auf einem Glassubstrat abgeschieden werden . Die strukturellen Eigenschaften der Proben wurden mithilfe von RBS- und FESEM-Analysen untersucht. Darüber hinaus wurden die optischen Eigenschaften des Materials durch Messung seines Transmissions- und Reflexionsspektrums im Bereich von 190–2700 nm untersucht. Der niedrigste Widerstandswert vor und nach dem Glühen steht im Zusammenhang mit der ZnO/Au/ZnO-Probe, gefolgt von der höchsten Wärmeerzeugung durch Anlegen einer Spannung. Die Transmissions- und Reflexionsspektren der Proben zeigen, dass die höchsten Werte der durchschnittlichen Transmission im sichtbaren Bereich und des Reflexionsvermögens bei der Wellenlänge von 1700 nm jeweils mit den Proben ZnO/Au/ZnO und ZnO/Pt/ZnO zusammenhängen. Außerdem haben die FOM-Werte in der ZnO/Au/ZnO-Probe einen Maximalwert von 5,1 × 10–4 Ω−1. Die FOM-Werte von ZnO/Ag/ZnO- und ZnO/Pt/ZnO-Proben betragen 0,136 × 10–4 bzw. 0,105 × 10–4 (Ω−1). Die Emissionsgrade Tav und R1700 wirken sich sehr effektiv auf die Wärmeübertragungsrate durch das Material (U-Wert) aus. Beispielsweise weist die ZnO/Au/ZnO-Probe den niedrigsten U-Wert von 2,16 W/m2 K auf. Den bereitgestellten Analysen und Berechnungen zufolge weisen ZnO/Au/ZnO- und ZnO/Pt/ZnO-Proben eine bessere Leistung bei der Wärmeerzeugung auf durch Anlegen einer Spannung und Verringerung der Wärmeübertragung durch Materie und des Emissionsvermögens als bei ZnO/Ag/ZnO.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Wang, D., Xiaomei, Wu. & Gao, Q. Neuartige energiesparende Fensterbeschichtung basierend auf F-dotierten TiO2-Nanokristallen mit verbesserter NIR-Abschirmleistung. Ceram. Int. 47(20), 28557–28565 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Cuce, E., Cuce, PM & Riffat, S. Dünnfilmbeschichtete Fenster für Gebäude mit niedrigem/freiem Kohlenstoffgehalt: Adaptive Steuerung solarer, thermischer und optischer Parameter. Aufrechterhalten. Energietechnologie. Bewerten. 46, 101257 (2021).

Google Scholar

Garlisi, C. et al. Mehrschichtige Dünnschichtstrukturen für Multifunktionsglas: Selbstreinigende, entspiegelnde und energiesparende Eigenschaften. Appl. Energie 264, 114697 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Kim, JH et al. Hochflexible leitende ZnO/Ag/ZnO-Elektrode für organische photonische Geräte. Ceram. Int. 41(5), 7146–7150 (2015).

Artikel Google Scholar

Xu, R., Yang, K. & Zang, Y. Mehrschichtige transparente ZnO/Ag/ZnO-Elektrode für hocheffiziente ITO-freie Polymersolarzellen. Curr. Appl. Physik. 20(3), 425–430 (2020).

Artikel ADS Google Scholar

Zhang, C. et al. Die Verbesserung der thermischen Beständigkeit in dotierten, niedrig emittierenden ZnO/Ag/ZnO-Mehrschichtdünnfilmen. J. Alloys Compd. 832, 154983 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Yu, S. et al. Optimierung von SnO2/Ag/SnO2-Dreischichtfilmen als transparente Verbundelektrode mit hoher Gütezahl. Thin Solid Films 552, 150–154 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Dhar, A. & Alford, TL Optimierung von Nb2O5/Ag/Nb2O5-Mehrfachschichten als transparente Verbundelektrode auf flexiblem Substrat mit hoher Gütezahl. J. Appl. Physik. 112, 103113 (2012).

Artikel ADS Google Scholar

Jeong, J.-A. & Kim, H.-K. Al2O3/Ag/Al2O3-Mehrschicht-Dünnschichtpassivierung, hergestellt durch plasmaschädigungsfreies lineares Target-Sputtern für organische Leuchtdioden. Thin Solid Films 547, 63–67 (2013).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Jeon, K., Youn, H., Kim, S., Shin, S. & Yang, M. Herstellung und Charakterisierung einer mehrschichtigen transparenten WO3/Ag/WO3-Anode mit lösungsverarbeitetem WO3 für Polymer-Leuchtdioden. Nanoskalige Res. Lette. 253, 1–7 (2012).

Google Scholar

Lim, J.-W. et al. Mechanische Flexibilität von durch Rolle-zu-Rolle-Sputtern gewachsenen ZnSnO/Ag/ZnSnO-Filmen für flexible organische Photovoltaik. Jpn. J. Appl. Physik. 51, 115801 (2012).

Artikel ADS Google Scholar

Cattin, L. et al. Untersuchung transparenter MoO3/Ag/MoO3-Mehrschichten mit niedrigem Widerstand und Anwendung als Anode in organischen Solarzellen. Thin Solid Films 518, 4560–4563 (2010).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kim, H.-H. et al. TiInZnO/Ag/TiInZnO-Mehrschichtfilme für transparente leitende Elektroden farbstoffsensibilisierter Solarzellen. Jpn. J. Appl. Physik. 53, 032301 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Song, J.-H., Jeon, J.-W., Kim, Y.-H., Oh, J.-H. & Seong, T.-Y. Optische, elektrische und strukturelle Eigenschaften von mehrschichtigen transparenten ZrON/Ag/ZrON-Leitern für organische Photovoltaikanwendungen. Übergitter-Mikrostruktur. 62, 119–123 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Fan, JCC & Bachner, FJ Transparente Wärmespiegel für Solarenergieanwendungen. Appl. Opt. 15, 1012–1017 (1976).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Sahu, DR, Lin, S.-Y. & Huang, J.-L. ZnO/Ag/ZnO-Mehrschichtfilme für die Anwendung einer transparenten Elektrode mit sehr geringem Widerstand. Appl. Surfen. Wissenschaft. 252, 7509–7514 (2006).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Barman, B., Swami, SK & Dutta, V. Herstellung hochleitender ZnO/Ag/ZnO- und AZO/Ag/AZO-transparenter leitender Oxidschichten mittels HF-Magnetronsputtern bei Raumtemperatur. Mater. Wissenschaft. Halbleiter. Verfahren. 129, 105801 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Girtan, M. Vergleich der Eigenschaften von ITO/Metall/ITO und ZnO/Metall/ZnO als transparente Elektroden für Solarzellen der dritten Generation. Sol. Energie Mater. Sol. Zellen 100, 153–161 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Nezhad, EH, Haratizadeh, H. & Kari, BM Einfluss der Ag-Mittelschicht auf die optischen und thermischen Eigenschaften von ZnO/Ag/ZnO-Dünnfilmen auf dem Glas, das in Gebäuden als Isolierglaseinheit (IGU) verwendet wird. Ceram. Int. 45(8), 9950–9954 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Sharma, V. et al. Hochleistungsfähige strahlungsstabile mehrschichtige transparente leitfähige ZnO/Ag/ZnO-Elektrode. Sol. Energie Mater. Sol. Zellen 169, 122–131 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, Y., Miska, P., Pilloud, D., David Horwat, F. & Mücklich Pierson, JF Transmissionsverbesserung und optische Bandlückenerweiterung von Cu2O-Dünnfilmen nach Luftglühen. J. Appl. Physik. 115(7), 073505 (2014).

Artikel ADS Google Scholar

Han, H., Theodore, ND & Alford, TL Verbesserte Leitfähigkeit und Mechanismus des Ladungsträgertransports in Zinkoxid mit eingebetteter Silberschicht. J. Appl. Physik. 103(1), 013708 (2008).

Artikel ADS Google Scholar

Rabizadeh, M., Ehsani, MH & Shahidi, MM Abstimmung der optischen Eigenschaften von SnO2/Ag/SnO2-Dreischichten durch Änderung der Ag-Dicke. Infrarotphysik. Technol. 109, 103421 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Choi, D. Die Transmissionsmodulation von transparenten leitfähigen ZnO/Cu/ZnO-Elektroden, die auf Glassubstraten hergestellt wurden. Materialien 13(18), 3916 (2020).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Thabit, HA, Kabir, NA & Ahmed, NM Synthese- und Thermolumineszenzeigenschaften sowie strukturelle und optische Studien des ZnO/Ag/ZnO-Systems für dosimetrische Anwendungen. J. Lumin. 236, 118097 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Rabizadeh, M., Ehsani, MH & Shahidi, MM Abstimmung der physikalischen Eigenschaften in MoO3-Dünnfilmen, die durch DC-Sputtern abgeschieden werden. Opt. Quant. Elektron. 53(12), 1–17 (2021).

Artikel Google Scholar

Roul, MK et al. RF-Magnetron-Sputter-Mehrschichtelektrode aus Al–ZnO/Ag/Al–ZnO (AAA) für transparente und flexible Dünnschichtheizungen. J. Mater. Wissenschaft. 54(9), 7062–7071 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Rabizadeh, M. & Ehsani, MH Einfluss der Wärmebehandlung auf optische, elektrische und thermische Eigenschaften von ZnO/Cu/ZnO-Dünnfilmen für energiesparende Anwendungen. J. Ceram. Int. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.158 (2022).

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Fakultät für Physik, Semnan-Universität, Semnan, 35195-363, Iran

Mina Rabizadeh, Mohammad Hossein Ehsani und Mohammad Mahdi Shahidi

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Alle Autoren waren an (a) der Konzeption und Gestaltung bzw. Analyse und Interpretation der Daten beteiligt; (b) den Artikel verfassen oder ihn im Hinblick auf wichtige intellektuelle Inhalte kritisch überarbeiten; und (c) Genehmigung der endgültigen Fassung.

Korrespondenz mit Mohammad Hossein Ehsani.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Rabizadeh, M., Ehsani, MH & Shahidi, MM ZnO/Metall/ZnO-Filme (Metall = Ag, Pt, Au) zur Energieeinsparung bei Fensteranwendungen. Sci Rep 12, 15575 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20043-8

Zitat herunterladen

Eingegangen: 25. Mai 2022

Angenommen: 07. September 2022

Veröffentlicht: 16. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20043-8

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Zeitschrift für elektronische Materialien (2023)

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.