Motivation:

Die vielfältigen Anwendungsgebiete von Aluminium-dotierten Zinkoxid (AZO) Halbleiterkristallen, wie z.B. in den Bereichen Dünnschicht-Solarzellen, Displays oder Leuchtdioden, erfordern eine Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen Nanokristallen mit maßgeschneiderten Kristallgrößen und –formen. Beide beeinflussen maßgeblich die Eigenschaften der späteren Produkte und ermöglichen dadurch die Erzielung einer optimalen Performance. Hierzu wird ein grundlegendes Verständnis über die Herstellung von AZO Nanokristallen, ihrer Stabilisierung und ihrer Prozessierung zu transparenten leitfähigen Dünnschichten (TCO´s) vorausgesetzt.

Hintergrund:

Zur Herstellung von hochkristallinen AZO-Nanostrukturen wird der Prozess der nicht-wässrigen Sol-Gel-Synthese über die Benzylamine Route verwendet. Hierbei werden Partikelpräkursor im aromatischen Lösungsmittel wie Benzylamin bei Temperaturen zwischen 80°C und 120°C zu sphärischen AZO-Nanokristallen mit definierten Größen, engen Partikelgrößenverteilungen umgesetzt (siehe Abbildung 1). Aus Vorarbeiten konnten das Kristallwachstum von AZO während der Herstellung bereits umfangreich charakterisiert und grundlegende Erfahrungen im Stabilisierungsprozess gesammelt werden, sodass nun eine Übertragung der bereits gewonnenen Erkenntnisse auf den Beschichtungsprozess erfolgen soll. Für die Herstellung von partikulären Dünnschichten wird jedoch eine stabile Ausgangsdispersion vorausgesetzt, um strukturelle Inhomogenitäten während der Schichtbausbilldung und somit negative Einflüsse der späteren Dünnschicht-Performance zu vermeiden. Aufgrund hoher spezifischer Oberfläche neigen nanoskalige Partikelsystemen besonders zur Ausbildung von Agglomeraten, weshalb der Einsatz von Stabilisatoren essentiell ist.

Abbildung 1: TEM-Aufnahmen von sphärischen AZO-Nanokristallen, die mithilfe der nicht-wässrigen Sol-Gel-Synthese hergestellt wurden.

Aufgabenbeschreibung:

Im Rahmen der hier ausgeschriebenen Abschlussarbeit soll eine umfangreiche Untersuchung der Stabilitätseigenschaften von AZO-Nanokristall Ausgangsdispersionen für die Herstellung partikulärer Dünnfilme erarbeitet werden. Hierbei sollen insbesondere die Einflüsse auf den Stabilisierungsprozess, wie die Auswahl des Stabilisators, Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Stabilisator, die Konzentration des Stabilisators und der Diffusionsprozess zur Benetzung der Partikeloberfläche systematisch untersucht werden. Auf Basis der hierbei gewonnenen Erkenntnisse soll ein optimierter Stabilisierungsprozess im Hinblick auf den nachfolgenden Beschichtungsprozess abgeleitet werden.

Für die messtechnische Untersuchung sollen primär die Dynamische Lichtstreuung (DLS) und die gravimetrische Analyse verwendet werden. Zusätzlich können die Röntgenkleinwinkelstreuung (engl. Small Angle X-Ray Scattering, SAXS) und die Transelektronenmikroskopie (TEM) hinzugezogen werden.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf experimentellen Untersuchungen. Art und Umfang der Arbeit können gerne auf individuelle Interessen und Studienschwerpunkte angepasst werden. Falls dieses Thema dein Interesse geweckt haben sollte, kannst du jederzeit gerne bei mir vorbeischauen oder mir eine Mail schreiben.

Kontakt:         

                        M.Sc. Julian Ungerer

                        Tel.: 0721/608-44140

                        E-Mail: julian.ungerer∂kit.edu

                        Gebäude 30.48 (MZE), Raum 115 (1.OG)