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Synthese und Prozessierung maßgeschneiderter AZO-Nanokristalle

Übergangsmetalloxid-Nanopartikel stellen eine Klasse von Materialien dar, die aufgrund ihrer speziellen katalytischen, elektronischen und optischen Eigenschaften ein breites Spektrum an technologischen Anwendungen ermöglichen. Diese Besonderheiten finden beispielsweise in der Solartechnologie und im Bereich der druckbaren Elektronik Verwendung. In diesem Kontext bietet insbesondere Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO), welches neben guter mechanischer Stabilität sowie geringem elektrischem Widerstand durch spezielle elektrochemische Eigenschaften charakterisiert ist, großes Potential als transparenter Leiter für Solarzellen, Touch-Panels, Displays oder Leuchtdioden.
Voraussetzung für den Einsatz nanoskaliger AZO Bauelemente in industriellem Maßstab ist die Herstellung definierter reproduzierbarer Nanomaterialien mit spezifischen Partikeleigenschaften hinsichtlich Größe, Form, Morphologie und Dotierungsgrad zur Einstellung der optischen Eigenschaften (Bandlückenenergien) sowie der Funktionalität der resultierende AZO-Dünnfilme. Dies erfordert genaue Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen materialspezifischen und strukturellen Einflüsse entlang der gesamten Prozesskette sowie deren Auswirkung auf die Performance der Dünnschichten.
Zielsetzung des durch den DFG geförderten Forschungsprojektes, das aus einer Kooperation zwischen dem Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig und dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVM) des KIT besteht, ist daher die Analyse des Einflusses struktureller Partikeleigenschaften bei der nicht-wässrigen Sol-Gel-Synthese definierter AZO-Nanokristalle entlang der gesamten Prozesskette: Dies umfasst sowohl die Synthesebedingungen als auch die Stabilisierung der Primärpartikel, sowie deren Prozessierung zu funktionalen Dünnfilmen.
Um die strukturellen Eigenschaften der Nanopartikel in jedem Prozessschritt und in verschiedenen Zustandsformen zu untersuchen, wird das Potential der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) Messtechnik zur Prozessanalytik sowie -kontrolle eingesetzt, wodurch eine systematische Rückkopplung der Messergebnisse aus den einzelnen Prozessschritten mit der Performance der Schichten generiert werden kann. Darüber hinaus ermöglicht SAXS als zeitauflösende Methode die Partikelanalyse während der Flüssigphasensynthese (in-situ), sodass Kinetiken ermittelt und Erkenntnisse über die ablaufenden Mechanismen (Partikelbildung, Partikelwachstum, Aggregation etc.) gewonnen werden können.


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