r 3 Verbundprojekt SubITO

Transkript

1 r 3 Verbundprojekt Dr. Holger Althues Fraunhofer IWS Projektlogo URBAN MINING Kongress & r³ Statusseminar Strategische Metalle. Innovative Ressourcentechnologien 11./ , Messe Essen

2 Übersicht - Ausgangssituation - Projektziele und Konsortium - Aktuelle Projektergebnisse - Ausblick

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

4 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) 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 Quelle: PGO ITO-beschichtete Gläser

5 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

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

7 Projektziele - Prozessentwicklung zur 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

8 Konsortium Prozessentwicklung CVD-Prozess FTO- Abscheidung Anlagenbau - Konzeptentwicklung CSD-Prozess Folienherstellung Folienbeschichtung

9 Konsortium Applikationsdemonstratoren Elektrolumineszenzfolien (assozierter Partner) Touch Panels (assoziierter Partner) Organische Solarzellen (Unterauftrag)

10 Projektergebnisse - Entwicklung eines Schichttransfer-Verfahrens 1. Abscheidung auf temporärem Substrat (> 350 C) 2. Transfer auf transparente Polymerfolie

11 spezifischer Widerstand [Ohm*cm] Projektergebnisse - Entwicklung transparenter, leitfähiger Beschichtung (FTO) - Versuche an bestehender Anlage - U.a.: Optimierung des Dotiergrades ,8% HF 7,7% HF 15,3% HF 23% HF 0,1 0, Temperatur [ C]

12 Projektergebnisse Entwicklung temporärer Substrate Herkömmliches Stahlsubstrat PET-Folie Verfärbungen nach Übertrag PET+SnO2 Stahlsubstrat (spezialbehandelt) Keine Verfärbungen nach Übertrag SS+SnO2

13 Transmission [%] Projektergebnisse Aktuelle FTO-Folien erfüllen Meilensteinkriterium - Abmaße: 100x100 mm² - Transmission: 76% für FTO-PET - Schichtwiderstand: R = 150 Ohm PET-Folie FTO-PET-Folie FTO-Schicht UV sichtbarer Wellenlängenbereich Infrarot PET-Folie Wellenlänge [nm]

14 Nächste Schritte Entwicklung Anlagenkonzept - Skalierung der Prozesse - Anlagendesign und Konstruktion - Demonstration der Prozesse für die Produktion von Rollenware Demonstration und Evaluierung - Touch Panel - Elektrolumineszenz-Folie - Org. Solarzelle

15 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Holger Althues Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Winterbergstraße 28, Dresden Telefon Telefax