Индий олово оксид свойства

Содержание
  1. Оксид индия и олова — Indium tin oxide
  2. СОДЕРЖАНИЕ
  3. Материал и свойства
  4. Общее использование
  5. Альтернативные методы синтеза и альтернативные материалы
  6. Допированные соединения
  7. Углеродные нанотрубки
  8. Графен
  9. Проводящие полимеры
  10. Аморфный оксид индия – цинка
  11. Гибрид наночастицы серебра и ITO
  12. Альтернативные методы синтеза
  13. Ленточный процесс литья
  14. Лазерное спекание
  15. Условия окружающего газа
  16. Химическая стружка для очень тонких пленок
  17. Ограничения и компромиссы
  18. Преимущества
  19. Примеры исследований
  20. Здоровье и безопасность
  21. Утилизация отходов
  22. Оксид индия и олова — Indium tin oxide
  23. СОДЕРЖАНИЕ
  24. Материал и свойства
  25. Общее использование
  26. Альтернативные методы синтеза и альтернативные материалы
  27. Допированные соединения
  28. Углеродные нанотрубки
  29. Графен
  30. Проводящие полимеры
  31. Аморфный оксид индия – цинка
  32. Гибрид наночастицы серебра и ITO
  33. Альтернативные методы синтеза
  34. Ленточный процесс литья
  35. Лазерное спекание
  36. Условия окружающего газа
  37. Химическая стружка для очень тонких пленок
  38. Ограничения и компромиссы
  39. Преимущества
  40. Примеры исследований
  41. Здоровье и безопасность
  42. Утилизация отходов

Оксид индия и олова — Indium tin oxide

Индий оксид олова ( ITO ) представляет собой трехкомпонентную композицию из индия , олова и кислорода в различных пропорциях. В зависимости от содержания кислорода он может быть описан как керамический или сплав . Оксид индия и олова обычно встречается в виде насыщенной кислородом композиции с содержанием 74% In, 18% O 2 и 8% Sn по весу. Насыщенные кислородом композиции настолько типичны, что ненасыщенные композиции называют кислородно-дефицитным ITO . В тонких слоях он прозрачный и бесцветный, а в массе от желтоватого до серого цвета. В инфракрасной области спектра он действует как металлическое зеркало.

Оксид индия и олова является одним из наиболее широко используемых прозрачных проводящих оксидов из-за его электропроводности и оптической прозрачности , а также легкости, с которой он может быть нанесен в виде тонкой пленки. Как и в случае всех прозрачных проводящих пленок, необходимо найти компромисс между проводимостью и прозрачностью, поскольку увеличение толщины и концентрации носителей заряда увеличивает проводимость пленки, но снижает ее прозрачность.

Тонкие пленки оксида индия и олова обычно наносятся на поверхности путем физического осаждения из паровой фазы . Часто используется электронно-лучевое испарение или ряд методов напыления .

СОДЕРЖАНИЕ

Материал и свойства

ITO представляет собой смешанный оксид индия и олова с температурой плавления в диапазоне 1526–1926 ° C (1800–2200 K , 2800–3500 ° F) в зависимости от состава. Наиболее часто используемый материал имеет состав около In 4 Sn. Материал представляет собой полупроводник n-типа с большой шириной запрещенной зоны около 4 эВ. ITO прозрачен для видимого света и имеет относительно высокую электропроводность.

ITO имеет низкое электрическое сопротивление

10 -4 Ом · см, а тонкая пленка может иметь оптическое пропускание более 80%.

Эти свойства используются с большим преимуществом в приложениях с сенсорным экраном, таких как мобильные телефоны .

Общее использование

Оксид индия и олова (ITO) — это оптоэлектронный материал, который широко применяется как в исследованиях, так и в промышленности. ITO можно использовать для многих приложений, таких как плоские дисплеи, интеллектуальные окна, электроника на полимерной основе, тонкопленочные фотоэлектрические элементы, стеклянные двери морозильных камер супермаркетов и архитектурные окна. Более того, тонкие пленки ITO для стеклянных подложек могут быть полезны для стеклянных окон для экономии энергии.

Зеленые ленты ITO используются для производства электролюминесцентных, функциональных и полностью универсальных ламп. Кроме того, тонкие пленки ITO используются в основном в качестве антибликовых покрытий, а также для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) и электролюминесценции, где тонкие пленки используются в качестве проводящих прозрачных электродов.

ITO часто используется для изготовления прозрачного проводящего покрытия для дисплеев, таких как жидкокристаллические дисплеи , OLED- дисплеи, плазменные дисплеи , сенсорные панели и приложения для электронных чернил . Тонкие пленки ITO также используются в органических светодиодах , солнечных элементах , антистатических покрытиях и экранированиях от электромагнитных помех. В органических светодиодах ITO используется в качестве анода (слой инжекции дырок).

Пленки ITO, нанесенные на лобовые стекла, используются для размораживания лобовых стекол самолетов. Тепло создается за счет приложения напряжения к пленке.

ITO также используется для различных оптических покрытий , в первую очередь для покрытий , отражающих инфракрасное излучение ( горячие зеркала ) для автомобилей, и стекол для натриевых ламп . Другие применения включают газовые датчики , антиотражающие покрытия , электросмачивание диэлектриков и брэгговские отражатели для лазеров VCSEL . ITO также используется в качестве ИК-отражателя для оконных стекол с низким энергопотреблением. ITO также использовался в качестве покрытия сенсора в более поздних камерах Kodak DCS , начиная с Kodak DCS 520, как средство увеличения отклика синего канала.

Тонкопленочные тензодатчики ITO могут работать при температурах до 1400 ° C и могут использоваться в суровых условиях, таких как газовые турбины , реактивные двигатели и ракетные двигатели .

Альтернативные методы синтеза и альтернативные материалы

Из-за высокой стоимости и ограниченного запаса индия, хрупкости и недостаточной гибкости слоев ITO, а также из-за дорогостоящего осаждения слоев, требующего вакуума, исследуются альтернативные методы получения ITO и альтернативные материалы.

Допированные соединения

Также можно использовать альтернативные материалы. Некоторые легирующие примеси переходных металлов в оксид индия, особенно молибден, дают гораздо более высокую подвижность электронов и проводимость, чем полученные с оловом. Легированные бинарные соединения, такие как легированный алюминием оксид цинка (AZO) и легированный индием оксид кадмия , были предложены в качестве альтернативных материалов. Другие неорганические альтернативы включают оксид цинка, легированный алюминием , галлием или индием (AZO, GZO или IZO).

Углеродные нанотрубки

Проводящие покрытия из углеродных нанотрубок являются перспективной заменой.

Графен

В качестве другой альтернативы на основе углерода пленки графена являются гибкими и, как было показано, обеспечивают 90% прозрачность с более низким электрическим сопротивлением, чем стандартный ITO. Тонкие металлические пленки также рассматриваются как потенциальный заменяющий материал. В настоящее время тестируется альтернатива гибридному материалу — электрод, сделанный из серебряных нанопроволок и покрытый графеном . Преимущества таких материалов заключаются в сохранении прозрачности при одновременной электропроводности и гибкости.

Проводящие полимеры

Собственно проводящие полимеры (ICP) также разрабатываются для некоторых приложений ITO. Обычно проводимость проводящих полимеров, таких как полианилин и PEDOT : PSS, ниже, чем у неорганических материалов, но они более гибкие, менее дорогие и более экологически чистые при обработке и производстве.

Аморфный оксид индия – цинка

Чтобы снизить содержание индия, уменьшить сложность обработки и улучшить электрическую однородность, были разработаны аморфные прозрачные проводящие оксиды. Один из таких материалов, аморфный оксид индия-цинка, поддерживает ближний порядок, даже если кристаллизация нарушается из-за разницы в соотношении кислорода к атомам металла между In 2 O 3 и ZnO. Оксид индия-цинка имеет некоторые свойства, сравнимые с ITO. Аморфная структура остается стабильной даже при температуре до 500 ° C, что позволяет выполнять важные этапы обработки, характерные для органических солнечных элементов . Улучшение однородности значительно повышает удобство использования материала в случае органических солнечных элементов . Области с плохими характеристиками электродов в органических солнечных элементах делают часть площади элемента непригодной для использования.

Гибрид наночастицы серебра и ITO

ITO широко используется в качестве высококачественной гибкой подложки для производства гибкой электроники. Однако гибкость этой подложки снижается по мере повышения ее проводимости. Предыдущие исследования показали, что механические свойства ITO можно улучшить за счет увеличения степени кристалличности . Легирование серебром (Ag) может улучшить это свойство, но приводит к потере прозрачности. Усовершенствованный метод внедрения наночастиц Ag (AgNP) вместо гомогенного для создания гибридного ITO оказался эффективным в компенсации снижения прозрачности. Гибридный ITO состоит из доменов одной ориентации, выращенных на AgNP, и матрицы другой ориентации. Домены прочнее, чем матрица, и служат препятствием для распространения трещин, значительно увеличивая гибкость. Изменение удельного сопротивления при увеличении изгиба значительно уменьшается в гибридном ITO по сравнению с гомогенным ITO.

Читайте также:  Руда для получения олова

Альтернативные методы синтеза

Ленточный процесс литья

ITO обычно наносится с помощью дорогостоящих и энергоемких процессов, связанных с физическим осаждением из паровой фазы (PVD). К таким процессам относится распыление , в результате которого образуются хрупкие слои. Альтернативный процесс, использующий технику на основе частиц, известен как процесс литья на ленту. Поскольку это метод, основанный на частицах, наночастицы ITO сначала диспергируются, а затем помещаются в органические растворители для стабильности. Бензил фталат пластификатора и поливиниловый бутиралом связующего , как было показано , чтобы быть полезным при подготовке наночастиц шламов . После завершения процесса литья ленты характеристика зеленых лент ITO показала, что оптимальная передача повысилась примерно до 75% с нижней границей электрического сопротивления 2 Ом · см.

Лазерное спекание

Использование наночастиц ITO накладывает ограничения на выбор подложки из-за высокой температуры, необходимой для спекания . В качестве альтернативного исходного материала наночастицы сплава In-Sn позволяют использовать более широкий диапазон возможных подложек. Сначала формируется сплошная проводящая пленка сплава In-Sn, а затем окисление для обеспечения прозрачности. Этот двухэтапный процесс включает термический отжиг, который требует особого контроля атмосферы и увеличения времени обработки. Поскольку металлические наночастицы могут быть легко преобразованы в проводящую металлическую пленку под действием лазера, лазерное спекание применяется для достижения однородной морфологии продуктов. Лазерное спекание также легко и дешевле в использовании, поскольку его можно проводить на воздухе.

Условия окружающего газа

Например, использование обычных методов, но изменение условий окружающего газа для улучшения оптоэлектронных свойств, поскольку, например, кислород играет главную роль в свойствах ITO.

Химическая стружка для очень тонких пленок

Численное моделирование плазмонных металлических наноструктур показало большой потенциал в качестве метода управления светом в гидрогенизированных аморфных кремниевых (a-Si: H) солнечных фотоэлектрических элементах с тонкопленочными нанодисками . Проблема, которая возникает для фотоэлектрических устройств с плазмонными усилениями, заключается в том, что требуются «ультратонкие» прозрачные проводящие оксиды (ППО) с высоким коэффициентом пропускания и достаточно низким удельным сопротивлением для использования в качестве верхних контактов / электродов устройства. К сожалению, большая часть работ по TCO проводится на относительно толстых слоях, и несколько зарегистрированных случаев тонких TCO показали заметное снижение проводимости. Чтобы преодолеть это, можно сначала вырастить толстый слой, а затем химически сбрить его, чтобы получить цельный тонкий слой с высокой проводимостью.

Ограничения и компромиссы

Основная проблема ITO — это его стоимость. ITO стоит в несколько раз дороже оксида алюминия и цинка (AZO). Из-за более низкой стоимости и относительно хороших оптических характеристик пропускания в солнечном спектре часто выбирают AZO из прозрачного проводящего оксида (TCO). Однако ITO превосходит AZO во многих других важных категориях характеристик, включая химическую стойкость к влаге. ITO не подвержен влиянию влаги и стабилен как часть солнечного элемента из селенида меди, индия, галлия в течение 25–30 лет на крыше.

Хотя мишень для распыления или испарительный материал, который используется для нанесения ITO, значительно дороже, чем AZO, количество материала, помещаемого на каждую ячейку, довольно мало. Таким образом, штраф за ячейку также довольно невелик.

Преимущества

Основное преимущество ITO по сравнению с AZO в качестве прозрачного проводника для ЖК-дисплеев заключается в том, что ITO может быть точно вытравлен в тонкие узоры. AZO нельзя протравить так точно: он настолько чувствителен к кислоте, что имеет тенденцию к чрезмерному травлению при кислотной обработке.

Еще одно преимущество ITO по сравнению с AZO состоит в том, что если влага проникает внутрь, ITO разлагается меньше, чем AZO.

Роль ITO-стекла в качестве субстрата для клеточных культур может быть легко расширена, что открывает новые возможности для исследований роста клеток с использованием электронной микроскопии и корреляционного света.

Примеры исследований

ITO можно использовать в нанотехнологиях, чтобы открыть путь к солнечным элементам нового поколения. Солнечные элементы, изготовленные с использованием этих устройств, могут предоставить недорогие, сверхлегкие и гибкие элементы для широкого спектра применений. Из-за наноразмерных размеров наностержней квантово-размерные эффекты влияют на их оптические свойства. Подбирая размер стержней, их можно сделать так, чтобы они поглощали свет в определенной узкой цветовой полосе. Объединяя несколько ячеек со стержнями разного размера, можно собирать и преобразовывать в энергию широкий диапазон длин волн солнечного спектра. Более того, наноразмерный объем стержней приводит к значительному уменьшению количества необходимого полупроводникового материала по сравнению с обычной ячейкой.

Здоровье и безопасность

Вдыхание оксида индия и олова может вызвать легкое раздражение дыхательных путей, и его следует избегать. При длительном воздействии симптомы могут стать хроническими и привести к доброкачественному пневмокониозу . Исследования на животных показывают, что оксид индия-олова токсичен при попадании внутрь, а также оказывает негативное воздействие на почки, легкие и сердце.

В процессе добычи, производства и рекультивации рабочие потенциально подвергаются воздействию индия, особенно в таких странах, как Китай, Япония, Республика Корея и Канада, и сталкиваются с вероятностью легочного альвеолярного протеиноза , легочного фиброза , эмфиземы и гранулем . У рабочих в США, Китае и Японии были диагностированы холестериновые расщелины под воздействием индия. Было обнаружено, что in vitro наночастицы серебра, присутствующие в улучшенных ITO, проникают как через неповрежденную, так и через поврежденную кожу в эпидермальный слой . Предполагается, что неспеченные ITO вызывают сенсибилизацию, опосредованную Т-клетками : при исследовании внутрикожного воздействия концентрация uITO в 5% приводила к пролиферации лимфоцитов у мышей, включая увеличение количества клеток в течение 10-дневного периода.

Из-за контакта с индийсодержащей пылью возникла новая профессиональная проблема, называемая индиевой болезнью легких. Первый пациент — рабочий, связанный с мокрым шлифованием поверхностей ITO, который страдал от интерстициальной пневмонии : его легкое было заполнено частицами, связанными с ITO. Эти частицы также могут вызывать выработку цитокинов и дисфункцию макрофагов . Сами по себе спеченные частицы ITO могут вызывать фагоцитарную дисфункцию, но не высвобождение цитокинов в клетках макрофагов ; однако они могут вызвать провоспалительный цитокиновый ответ в легочных эпителиальных клетках . В отличие от uITO, они также могут приносить эндотоксин рабочим, работающим с мокрым процессом, при контакте с жидкостями, содержащими эндотоксин. Это можно объяснить тем фактом, что sITO имеют больший диаметр и меньшую площадь поверхности, и что это изменение после процесса спекания может вызвать цитотоксичность .

Читайте также:  Топ 10 стран по добыче олова

Из-за этих проблем были найдены альтернативы ITO.

Утилизация отходов

Травления вода , используемая в процессе спекания ITO может быть использована только для ограниченного числа раз , прежде чем расположены. После разложения сточные воды должны все еще содержать ценные металлы, такие как In, Cu, в качестве вторичного ресурса, а также Mo, Cu, Al, Sn и In, которые могут представлять опасность для здоровья человека.

Источник

Оксид индия и олова — Indium tin oxide

Индий оксид олова ( ITO ) представляет собой трехкомпонентную композицию из индия , олова и кислорода в различных пропорциях. В зависимости от содержания кислорода он может быть описан как керамический или сплав . Оксид индия и олова обычно встречается в виде насыщенной кислородом композиции с содержанием 74% In, 18% O 2 и 8% Sn по весу. Насыщенные кислородом композиции настолько типичны, что ненасыщенные композиции называют кислородно-дефицитным ITO . В тонких слоях он прозрачный и бесцветный, а в массе от желтоватого до серого цвета. В инфракрасной области спектра он действует как металлическое зеркало.

Оксид индия и олова является одним из наиболее широко используемых прозрачных проводящих оксидов из-за его электропроводности и оптической прозрачности , а также легкости, с которой он может быть нанесен в виде тонкой пленки. Как и в случае всех прозрачных проводящих пленок, необходимо найти компромисс между проводимостью и прозрачностью, поскольку увеличение толщины и концентрации носителей заряда увеличивает проводимость пленки, но снижает ее прозрачность.

Тонкие пленки оксида индия и олова обычно наносятся на поверхности путем физического осаждения из паровой фазы . Часто используется электронно-лучевое испарение или ряд методов напыления .

СОДЕРЖАНИЕ

Материал и свойства

ITO представляет собой смешанный оксид индия и олова с температурой плавления в диапазоне 1526–1926 ° C (1800–2200 K , 2800–3500 ° F) в зависимости от состава. Наиболее часто используемый материал имеет состав около In 4 Sn. Материал представляет собой полупроводник n-типа с большой шириной запрещенной зоны около 4 эВ. ITO прозрачен для видимого света и имеет относительно высокую электропроводность.

ITO имеет низкое электрическое сопротивление

10 -4 Ом · см, а тонкая пленка может иметь оптическое пропускание более 80%.

Эти свойства используются с большим преимуществом в приложениях с сенсорным экраном, таких как мобильные телефоны .

Общее использование

Оксид индия и олова (ITO) — это оптоэлектронный материал, который широко применяется как в исследованиях, так и в промышленности. ITO можно использовать для многих приложений, таких как плоские дисплеи, интеллектуальные окна, электроника на полимерной основе, тонкопленочные фотоэлектрические элементы, стеклянные двери морозильных камер супермаркетов и архитектурные окна. Более того, тонкие пленки ITO для стеклянных подложек могут быть полезны для стеклянных окон для экономии энергии.

Зеленые ленты ITO используются для производства электролюминесцентных, функциональных и полностью универсальных ламп. Кроме того, тонкие пленки ITO используются в основном в качестве антибликовых покрытий, а также для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) и электролюминесценции, где тонкие пленки используются в качестве проводящих прозрачных электродов.

ITO часто используется для изготовления прозрачного проводящего покрытия для дисплеев, таких как жидкокристаллические дисплеи , OLED- дисплеи, плазменные дисплеи , сенсорные панели и приложения для электронных чернил . Тонкие пленки ITO также используются в органических светодиодах , солнечных элементах , антистатических покрытиях и экранированиях от электромагнитных помех. В органических светодиодах ITO используется в качестве анода (слой инжекции дырок).

Пленки ITO, нанесенные на лобовые стекла, используются для размораживания лобовых стекол самолетов. Тепло создается за счет приложения напряжения к пленке.

ITO также используется для различных оптических покрытий , в первую очередь для покрытий , отражающих инфракрасное излучение ( горячие зеркала ) для автомобилей, и стекол для натриевых ламп . Другие применения включают газовые датчики , антиотражающие покрытия , электросмачивание диэлектриков и брэгговские отражатели для лазеров VCSEL . ITO также используется в качестве ИК-отражателя для оконных стекол с низким энергопотреблением. ITO также использовался в качестве покрытия сенсора в более поздних камерах Kodak DCS , начиная с Kodak DCS 520, как средство увеличения отклика синего канала.

Тонкопленочные тензодатчики ITO могут работать при температурах до 1400 ° C и могут использоваться в суровых условиях, таких как газовые турбины , реактивные двигатели и ракетные двигатели .

Альтернативные методы синтеза и альтернативные материалы

Из-за высокой стоимости и ограниченного запаса индия, хрупкости и недостаточной гибкости слоев ITO, а также из-за дорогостоящего осаждения слоев, требующего вакуума, исследуются альтернативные методы получения ITO и альтернативные материалы.

Допированные соединения

Также можно использовать альтернативные материалы. Некоторые легирующие примеси переходных металлов в оксид индия, особенно молибден, дают гораздо более высокую подвижность электронов и проводимость, чем полученные с оловом. Легированные бинарные соединения, такие как легированный алюминием оксид цинка (AZO) и легированный индием оксид кадмия , были предложены в качестве альтернативных материалов. Другие неорганические альтернативы включают оксид цинка, легированный алюминием , галлием или индием (AZO, GZO или IZO).

Углеродные нанотрубки

Проводящие покрытия из углеродных нанотрубок являются перспективной заменой.

Графен

В качестве другой альтернативы на основе углерода пленки графена являются гибкими и, как было показано, обеспечивают 90% прозрачность с более низким электрическим сопротивлением, чем стандартный ITO. Тонкие металлические пленки также рассматриваются как потенциальный заменяющий материал. В настоящее время тестируется альтернатива гибридному материалу — электрод, сделанный из серебряных нанопроволок и покрытый графеном . Преимущества таких материалов заключаются в сохранении прозрачности при одновременной электропроводности и гибкости.

Проводящие полимеры

Собственно проводящие полимеры (ICP) также разрабатываются для некоторых приложений ITO. Обычно проводимость проводящих полимеров, таких как полианилин и PEDOT : PSS, ниже, чем у неорганических материалов, но они более гибкие, менее дорогие и более экологически чистые при обработке и производстве.

Аморфный оксид индия – цинка

Чтобы снизить содержание индия, уменьшить сложность обработки и улучшить электрическую однородность, были разработаны аморфные прозрачные проводящие оксиды. Один из таких материалов, аморфный оксид индия-цинка, поддерживает ближний порядок, даже если кристаллизация нарушается из-за разницы в соотношении кислорода к атомам металла между In 2 O 3 и ZnO. Оксид индия-цинка имеет некоторые свойства, сравнимые с ITO. Аморфная структура остается стабильной даже при температуре до 500 ° C, что позволяет выполнять важные этапы обработки, характерные для органических солнечных элементов . Улучшение однородности значительно повышает удобство использования материала в случае органических солнечных элементов . Области с плохими характеристиками электродов в органических солнечных элементах делают часть площади элемента непригодной для использования.

Гибрид наночастицы серебра и ITO

ITO широко используется в качестве высококачественной гибкой подложки для производства гибкой электроники. Однако гибкость этой подложки снижается по мере повышения ее проводимости. Предыдущие исследования показали, что механические свойства ITO можно улучшить за счет увеличения степени кристалличности . Легирование серебром (Ag) может улучшить это свойство, но приводит к потере прозрачности. Усовершенствованный метод внедрения наночастиц Ag (AgNP) вместо гомогенного для создания гибридного ITO оказался эффективным в компенсации снижения прозрачности. Гибридный ITO состоит из доменов одной ориентации, выращенных на AgNP, и матрицы другой ориентации. Домены прочнее, чем матрица, и служат препятствием для распространения трещин, значительно увеличивая гибкость. Изменение удельного сопротивления при увеличении изгиба значительно уменьшается в гибридном ITO по сравнению с гомогенным ITO.

Читайте также:  Олово это руда или нет

Альтернативные методы синтеза

Ленточный процесс литья

ITO обычно наносится с помощью дорогостоящих и энергоемких процессов, связанных с физическим осаждением из паровой фазы (PVD). К таким процессам относится распыление , в результате которого образуются хрупкие слои. Альтернативный процесс, использующий технику на основе частиц, известен как процесс литья на ленту. Поскольку это метод, основанный на частицах, наночастицы ITO сначала диспергируются, а затем помещаются в органические растворители для стабильности. Бензил фталат пластификатора и поливиниловый бутиралом связующего , как было показано , чтобы быть полезным при подготовке наночастиц шламов . После завершения процесса литья ленты характеристика зеленых лент ITO показала, что оптимальная передача повысилась примерно до 75% с нижней границей электрического сопротивления 2 Ом · см.

Лазерное спекание

Использование наночастиц ITO накладывает ограничения на выбор подложки из-за высокой температуры, необходимой для спекания . В качестве альтернативного исходного материала наночастицы сплава In-Sn позволяют использовать более широкий диапазон возможных подложек. Сначала формируется сплошная проводящая пленка сплава In-Sn, а затем окисление для обеспечения прозрачности. Этот двухэтапный процесс включает термический отжиг, который требует особого контроля атмосферы и увеличения времени обработки. Поскольку металлические наночастицы могут быть легко преобразованы в проводящую металлическую пленку под действием лазера, лазерное спекание применяется для достижения однородной морфологии продуктов. Лазерное спекание также легко и дешевле в использовании, поскольку его можно проводить на воздухе.

Условия окружающего газа

Например, использование обычных методов, но изменение условий окружающего газа для улучшения оптоэлектронных свойств, поскольку, например, кислород играет главную роль в свойствах ITO.

Химическая стружка для очень тонких пленок

Численное моделирование плазмонных металлических наноструктур показало большой потенциал в качестве метода управления светом в гидрогенизированных аморфных кремниевых (a-Si: H) солнечных фотоэлектрических элементах с тонкопленочными нанодисками . Проблема, которая возникает для фотоэлектрических устройств с плазмонными усилениями, заключается в том, что требуются «ультратонкие» прозрачные проводящие оксиды (ППО) с высоким коэффициентом пропускания и достаточно низким удельным сопротивлением для использования в качестве верхних контактов / электродов устройства. К сожалению, большая часть работ по TCO проводится на относительно толстых слоях, и несколько зарегистрированных случаев тонких TCO показали заметное снижение проводимости. Чтобы преодолеть это, можно сначала вырастить толстый слой, а затем химически сбрить его, чтобы получить цельный тонкий слой с высокой проводимостью.

Ограничения и компромиссы

Основная проблема ITO — это его стоимость. ITO стоит в несколько раз дороже оксида алюминия и цинка (AZO). Из-за более низкой стоимости и относительно хороших оптических характеристик пропускания в солнечном спектре часто выбирают AZO из прозрачного проводящего оксида (TCO). Однако ITO превосходит AZO во многих других важных категориях характеристик, включая химическую стойкость к влаге. ITO не подвержен влиянию влаги и стабилен как часть солнечного элемента из селенида меди, индия, галлия в течение 25–30 лет на крыше.

Хотя мишень для распыления или испарительный материал, который используется для нанесения ITO, значительно дороже, чем AZO, количество материала, помещаемого на каждую ячейку, довольно мало. Таким образом, штраф за ячейку также довольно невелик.

Преимущества

Основное преимущество ITO по сравнению с AZO в качестве прозрачного проводника для ЖК-дисплеев заключается в том, что ITO может быть точно вытравлен в тонкие узоры. AZO нельзя протравить так точно: он настолько чувствителен к кислоте, что имеет тенденцию к чрезмерному травлению при кислотной обработке.

Еще одно преимущество ITO по сравнению с AZO состоит в том, что если влага проникает внутрь, ITO разлагается меньше, чем AZO.

Роль ITO-стекла в качестве субстрата для клеточных культур может быть легко расширена, что открывает новые возможности для исследований роста клеток с использованием электронной микроскопии и корреляционного света.

Примеры исследований

ITO можно использовать в нанотехнологиях, чтобы открыть путь к солнечным элементам нового поколения. Солнечные элементы, изготовленные с использованием этих устройств, могут предоставить недорогие, сверхлегкие и гибкие элементы для широкого спектра применений. Из-за наноразмерных размеров наностержней квантово-размерные эффекты влияют на их оптические свойства. Подбирая размер стержней, их можно сделать так, чтобы они поглощали свет в определенной узкой цветовой полосе. Объединяя несколько ячеек со стержнями разного размера, можно собирать и преобразовывать в энергию широкий диапазон длин волн солнечного спектра. Более того, наноразмерный объем стержней приводит к значительному уменьшению количества необходимого полупроводникового материала по сравнению с обычной ячейкой.

Здоровье и безопасность

Вдыхание оксида индия и олова может вызвать легкое раздражение дыхательных путей, и его следует избегать. При длительном воздействии симптомы могут стать хроническими и привести к доброкачественному пневмокониозу . Исследования на животных показывают, что оксид индия-олова токсичен при попадании внутрь, а также оказывает негативное воздействие на почки, легкие и сердце.

В процессе добычи, производства и рекультивации рабочие потенциально подвергаются воздействию индия, особенно в таких странах, как Китай, Япония, Республика Корея и Канада, и сталкиваются с вероятностью легочного альвеолярного протеиноза , легочного фиброза , эмфиземы и гранулем . У рабочих в США, Китае и Японии были диагностированы холестериновые расщелины под воздействием индия. Было обнаружено, что in vitro наночастицы серебра, присутствующие в улучшенных ITO, проникают как через неповрежденную, так и через поврежденную кожу в эпидермальный слой . Предполагается, что неспеченные ITO вызывают сенсибилизацию, опосредованную Т-клетками : при исследовании внутрикожного воздействия концентрация uITO в 5% приводила к пролиферации лимфоцитов у мышей, включая увеличение количества клеток в течение 10-дневного периода.

Из-за контакта с индийсодержащей пылью возникла новая профессиональная проблема, называемая индиевой болезнью легких. Первый пациент — рабочий, связанный с мокрым шлифованием поверхностей ITO, который страдал от интерстициальной пневмонии : его легкое было заполнено частицами, связанными с ITO. Эти частицы также могут вызывать выработку цитокинов и дисфункцию макрофагов . Сами по себе спеченные частицы ITO могут вызывать фагоцитарную дисфункцию, но не высвобождение цитокинов в клетках макрофагов ; однако они могут вызвать провоспалительный цитокиновый ответ в легочных эпителиальных клетках . В отличие от uITO, они также могут приносить эндотоксин рабочим, работающим с мокрым процессом, при контакте с жидкостями, содержащими эндотоксин. Это можно объяснить тем фактом, что sITO имеют больший диаметр и меньшую площадь поверхности, и что это изменение после процесса спекания может вызвать цитотоксичность .

Из-за этих проблем были найдены альтернативы ITO.

Утилизация отходов

Травления вода , используемая в процессе спекания ITO может быть использована только для ограниченного числа раз , прежде чем расположены. После разложения сточные воды должны все еще содержать ценные металлы, такие как In, Cu, в качестве вторичного ресурса, а также Mo, Cu, Al, Sn и In, которые могут представлять опасность для здоровья человека.

Источник

Adblock
detector