Holger Althues Fraunhofer IWS. r 3 -Kickoff 17./ Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

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1 r 3 Verbundprojekttitel SubITO - Entwicklung eines Schichttransferverfahrens für die Substitution von Sn-dotierten In 2 O 3 (ITO) durch F- dotiertes SnO 2 (FTO) Holger Althues Fraunhofer IWS r 3 -Kickoff 17./ Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

2 Übersicht Gliederung - Ausgangssituation - Projektziele - Konsortium - Arbeitsplan r 3 Strategische Metalle und Mineralien 2 Freiberg, 17./

3 Ausgangssituation - Bedarf an transparenten, leitfähigen Folien Gängige polymere Werkstoffe sind elektrisch isolierend. Anforderungen (elektrische Eigenschaften) für verschiedene Anwendungen: Vermeidung elektrostatischer Aufladung (10-9 S) - Antistatika und Ruße als Additiv Antistatik-Folien Quelle: Ampire Elektrooptische Bauteile ( S) - Beschichtungen mit Indiumzinnoxid Touchscreens r 3 Strategische Metalle und Mineralien 3 Freiberg, 17./

4 Ausgangssituation - Anwendung in Touch Panels Quelle: Fa Schurter AG ; Fa. Interelectronix GmbH r 3 Strategische Metalle und Mineralien 4 Freiberg, 17./

5 Ausgangssituation - Anwendung in Elektrolumineszenz-Folien Quelle: Fa. Innoprints GmbH r 3 Strategische Metalle und Mineralien 5 Freiberg, 17./

6 Ausgangssituation - Weitere Anwendungen Quelle: Helianthos Quelle: Acer Photovoltaik Flachbildschirme Quelle: Fraunhofer IPMS OLED r 3 Strategische Metalle und Mineralien 6 Freiberg, 17./

7 Ausgangssituation - Zusammenhang Transparenz - Leitfähigkeit Elektr. Leitfähigkeit s = m N e C Ladungsträgerbeweglichkeit Ladungsträgerkonzentration A freieladun gsträger = 2 3 e Nt c nm* 0 2 m Hohe Ladungsträgerkonzentration (N) erhöhte Absorption (A) Hochleitfähige Schichten in der Regel nicht transparent im sichtbaren Wellenlängenbereich r 3 Strategische Metalle und Mineralien 7 Freiberg, 17./

8 Ausgangssituation Transparent Conducting Oxides (TCO) - n-dotierte Halbleiter (In 2 O 3, ZnO, SnO 2 ) - Höchste Qualität für In 2 O 3 :Sn - Applizierbar auf Polymerfolien (Sputtern) Quelle: PGO ITO-beschichtete Gläser Material Abk. Herstellung Spez. Widerstand In 2 O 3 :Sn ITO Sputtern 1*10-4 Ohm*cm ZnO:Al AZO Sputtern 3*10-4 Ohm*cm SnO 2 :F FTO CVD 5*10-4 Ohm*cm Graphit 8*10-4 Ohm*cm Kupfer 1,8*10-6 Ohm*cm Glas 1*10 13 Ohm*cm r 3 Strategische Metalle und Mineralien 8 Freiberg, 17./

9 direct transmittance T / % Ausgangssituation Transmissionsspektrum SnO 2 :F Beschichtung auf Glas high transmission in the visible region high reflectivity in IR region wavelength / nm r 3 Strategische Metalle und Mineralien 9 Freiberg, 17./

10 Ausgangssituation - Bedarf und Vorkommen von Indium - Weltproduktion Indium 2009 = 546 t - Geschätzter Bedarf in 2030 = 1911 t - Anteil an der kontinentalen Erdkruste beträgt nur 0,05 ppm - 70% der Reserven liegen in China vor r 3 Strategische Metalle und Mineralien 10 Freiberg, 17./

11 Rohstoffpreise 2009 [$/t] Ausgangssituation - FTO als Alternative zu ITO - Sehr starke Preisschwankungen in den letzten Jahren (ca. 500 $/kg) - Vergleichbare Masseanteile von Indium bzw. Zinn in ITO bzw. FTO-Schicht - Preisunterschied zwischen Indium und Zinn entspricht 38 : 1 (2009) % Indium 4,48% 17,52% Masseverteilung in einer ITO-Schicht Masseanteile in einer ITO-Schicht In Sn O 38 : 1 78,25% Masseanteile in einer FTO-Schicht Masseverteilung in einer FTO-Schicht Zinn 21,09% 0,66% Sn O F r 3 Strategische Metalle und Mineralien 11 Freiberg, 17./

12 Projektziele - Substitution von ITO mit FTO für transparente, leitfähige Polymerfolien Herausforderung: Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von FTO benötigt Abscheidetemperatur > 350 C Direkte Applikation auf Polymerfolien nicht machbar r 3 Strategische Metalle und Mineralien 12 Freiberg, 17./

13 Projektziele - Entwicklung eines Schichttransfer-Verfahrens 1. Abscheidung auf temporärem Substrat (> 350 C) 2. Transfer auf transparente Polymerfolie Polymerfolie FTO-Schicht Temp. Substrat r 3 Strategische Metalle und Mineralien 13 Freiberg, 17./

14 Konsortium Prozessentwicklung CVD-Prozess FTO- Abscheidung Anlagenbau - Konzeptentwicklung CSD-Prozess Folienherstellung Folienbeschichtung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 14 Freiberg, 17./

15 Konsortium Applikationsdemonstratoren Elektrolumineszenzfolien (assozierter Partner) Touch Panels (assoziierter Partner) Organische Solarzellen (Unterauftrag) r 3 Strategische Metalle und Mineralien 15 Freiberg, 17./

16 Arbeitsplan - Übersicht Arbeitspakete AP 1: Entwicklung temporärer Beschichtungen AP 2: Entwicklung transparenter, leitfähiger Beschichtung (FTO) AP 3: Entwicklung des Transferprozesses AP 4: Demonstration und Evaluierung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 16 Freiberg, 17./

17 Arbeitsplan - AP 1: Entwicklung temporärer Beschichtungen Entwicklung geeigneter Oberflächen auf temporären Substraten für den Schichtübertrag - Chemisch lösbare Schichten - Mechanisch lösbare Grenzflächen Auftrag von temporären Schichten im Rolle-zu-Rolle Verfahren r 3 Strategische Metalle und Mineralien 17 Freiberg, 17./

18 Arbeitsplan - AP 2: Entwicklung transparenter, leitfähiger Beschichtung (FTO) - Entwicklung von transparenten, leitfähigen FTO-Materialien (> 80 % Transmission; Schichtwiderstand < 100 Ohm) - Weiterentwicklung bestehender APCVD-Prozesse zur kontinuierlichen Bandbeschichtung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 18 Freiberg, 17./

19 Arbeitsplan - AP 3: Entwicklung des Transferprozesses Entwicklung geeigneter Polymerfolien auf Basis von Polyester Entwicklung einer Vermittlerschicht Entwicklung von Verbund- und Trennverfahren r 3 Strategische Metalle und Mineralien 19 Freiberg, 17./

20 Arbeitsplan - AP 4: Demonstration und Evaluierung - Anwendungsdemonstratoren - Touch Panel - Elektrolumineszenz-Folie - Org. Solarzelle - Konzeptentwicklung, Anlagenbau, Realisierung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 20 Freiberg, 17./

21 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Holger Althues Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Winterbergstraße 28, Dresden Telefon Telefax r 3 Strategische Metalle und Mineralien 21 Freiberg, 17./

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