에너지용 ZnO/metal/ZnO(금속=Ag, Pt, Au)막

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15575(2022) 이 기사 인용

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본 논문에서는 RF/DC 마그네트론 스퍼터링 시스템을 통해 유리 기판에 코팅된 ZnO/금속/ZnO 샘플에 대한 다양한 금속(Ag, Pt 및 Au)의 영향을 조사합니다. 산업계에서 에너지를 저장하고 생산할 목적으로 준비된 샘플의 구조적, 광학적, 열적 특성을 체계적으로 연구했습니다. 우리의 결과는 이러한 층이 에너지 저장 용도의 건물 창문에 적합한 코팅으로 사용될 수 있음을 보여줍니다. 동일한 실험 조건에서 중간층으로 Au를 사용한 경우가 더 나은 광학적, 전기적 조건을 갖는 것으로 나타났습니다. 그런 다음 Pt 층은 Ag의 특성보다는 샘플의 특성을 더욱 향상시켰습니다. 더욱이 ZnO/Au/ZnO 샘플은 가시광선 영역에서 가장 높은 투과도(68.95%)와 가장 높은 FOM(5.1 × 10-4 Ω-1)을 나타냈습니다. 따라서 U값(2.16W/cm2K)이 낮고 방사율(0.45)이 낮아 건물창호의 에너지 절약을 위한 상대적으로 최적의 시료라 할 수 있다. 마지막으로 시료 끝단에 12V의 등가 전압을 인가함으로써 시료 표면 온도가 24°C에서 120°C로 상승했습니다.

저방출(low-E) 투명 전도성 산화물은 평면 패널 디스플레이, 플라즈마 스크린, 터치 스크린, 유기 조명과 같은 다양한 응용 분야에 대한 잠재적 후보인 차세대 저E 광전자 장치의 투명 전도성 전극에 필수적입니다. -방출 다이오드 및 태양 전지. 요즘에는 에너지 절약형 창문 코팅과 같은 구조를 사용하는 것이 널리 퍼져 있습니다.

매우 투명한 low-E 및 열 반사(TCO) 박막은 가시광선 및 적외선 범위에서 각각 높은 투과 및 반사 스펙트럼을 갖습니다. 이 필름은 에너지를 절약하기 위해 건축 유리 코팅으로 사용할 수 있습니다. 또한 이러한 샘플은 전기 저항이 현저히 낮기 때문에 자동차 유리 등 산업계의 투명 전도성 필름으로 적용되고 있습니다1,2,3. ITO는 항상 업계에서 일반적으로 사용되는 TCO로 간주되어 왔습니다. 취약성, 독성, 높은 비용 및 제한된 인듐 자원으로 인해 연구자들은 대체 재료를 찾고 있습니다4,5.

전 세계적으로 에너지 소비가 증가함에 따라 로이(low-E) 물질이 광범위하게 사용되고 있습니다. 예를 들어 로이(low-E) 소재로 코팅된 유리는 에너지 소비를 줄이기 위해 건물의 창이나 문에 적용할 수 있습니다. 여름에는 로이(low-E) 필름을 사용하여 가시광선을 통과시키고 IR파가 건물 안으로 들어오는 것을 방지합니다. 반면, 겨울에는 건물 내 난방 장치에서 방출되는 적외선이 외부로 전달되는 것을 방지합니다. 즉, low-E 필름은 가시광선 영역에서 높은 투과율을 갖고 적외선 영역에서 높은 반사율을 나타냅니다6.

최근 연구에 따르면 3층 전도성 전극 금속 산화물/금속/금속 산화물(O/M/O)은 실온에서 동일한 두께의 ITO 필름보다 더 나은 전기 전도성, 광학 분해능 및 낮은 방사율을 갖는 것으로 나타났습니다. 해당 실험에서는 상하층으로 ITO, ZnO, AZO, ZnS, WO3, MoO3, Nb2O5, SnO2 등의 금속산화물과 Ag, Cu, Ni, Al, Pt 등의 금속을 적용하는 것이 제안되었다. 중간층7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. 연구를 통해 온도, 압력, 바이어스 전압 등과 같은 증착 조건을 변경하여 3층 전극의 전기적 및 광학적 특성이 향상되었습니다. 상부 및 하부층의 유전체와 중간층의 금속 선택은 다음과 같습니다. 광학적, 전기적 특성을 변경하는 데 중요합니다. 또한 ZnO는 평면 모니터, 가스 센서, 포토 센서 및 터치 스크린을 포함한 다양한 산업 응용 분야에 널리 적용되었습니다. 또한 ZnO는 수소 플라즈마 및 고온 공정에 안정적이며 풍부하고 저렴하며 무독성인 물질로 높이 평가됩니다. 예를 들어, 2012년 Girtan et al. ZnO/Ag/ZnO 전극은 태양전지의 ITO/Ag/ITO 전극보다 더 나은 광전지 성능을 가짐을 보여주었습니다.