طراحی، ساخت و مشخصه یابی سامانه های چند لایه ای نانومتری رسانای شفاف

برای بهبود بخشیدن به خواص الکتریکی و اپتیکی الکترودهای رسانای شفاف به منظور استفاده از آن ها در صفحات و وسایل فوتوولتائیک و دیودهای نور گسیل آلی، بررسی های فراوانی صورت گرفته است و برای طراحی و ساخت این گونه فیلم ها باکیفیت بالا و هزینه ی تولید پایین تلاش فراوانی انجام شده است. امروزه اکسیدهای رسانای شفاف بر پایه ی in2o3، zno، sno2 به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند اما وسایل توسعه یافته و پیشرفته به الکترودهای جدید با مقاومت ویژه الکتریکی کمتر و خصوصیات اپتیکی بالاتری نسبت به الکترودهای نسل حاضر نیاز دارند. اخیراً برای بهبود بخشیدن به خواص الکتریکی و اپتیکی اکسیدهای رسانای شفاف، از یک لایه ی فلزی به عنوان لایه ی بین اکسید های رسانای شفاف یا مواد دی الکتریک استفاده می شود. ساختارهای (اکسید)دی الکتریک/فلز/(اکسید)دی الکتریک، خصوصیات الکتریکی و اپتیکی بهتری را نسبت به الکترودهای تک لایه ی tco یا الکترودهای فلزی فراهم می آورند. این ساختارها باید علاوه بر رسانندگی الکتریکی بالا، به طور همزمان از شفافیت اپتیکی مناسبی در گستره ی نور مرئی نیز بر خوردار باشند. در این پژوهش، نخست به طراحی و شبیه سازی الکترودهای رسانای شفاف نانومتری سه لایه ای zns/ag/zns و پنج لایه ای zns/ag/zns/ag/zns برای دست یابی به شفافیت بالا و مقاومت سطحی پایین پرداخته شد و سپس این ساختارها به روش تبخیر گرمایی بر روی بستره های شیشه ای انباشت شدند. تأثیر پارامترهایی نظیر آهنگ انباشت، ضخامت لایه ها، دمای بستره، بازپخت در خلأ و بازپخت در هوا روی ویژگی های ساختاری، اپتیکی و الکتریکی این نانوساختارهای چند لایه ای بررسی شد. در ابتدا ما به الکترود شفاف سه لایه ای با تراگسیل اپتیکی بالای 82% و مقاومت بسیار پایین ?/sq 4.4 و الکترود شفاف پنج لایه ای با تراگسیل اپتیکی 75.5% و مقاومت بسیار پایین ?/sq 2.7 بدون عملیات گرمایی حین انباشت یا بازپخت پس از انباشت لایه ها دست یافتیم. دست یابی به شفافیت و رسانندگی بیشتر برای سیستم های چند لایه ای تحت شرایط اعمال دما به بستره ها حین انباشت لایه ها، امکان پذیر نیست و هم چنین بازپخت سیستم های چندلایه ای تاثیر چندانی بر افزایش تراگسیل اپتیکی آن ها نداشت. پس از بهینه سازی شرایط انباشت لایه ها، مقدار بیشینه ی تراگسیل اپتیکی برای فیلم های سه لایه ای که لایه ی اول zns در دمای °c100 بازپخت شده بود به 87.3% رسید و مقاومت سطحی به ?/sq 3.1 کاهش یافت. هم چنین برای ساختار سه لایه ای انباشت شده بر روی بستره شیشه ای که فقط لایه ی اول zns تحت دمای °c120 انباشت شده بود، شفافیت بالای 86 % و مقاومت سطحی?/sq 2/6 به دست آمد. الکترود شفاف سه لایه ای zns/ag/moo3 نیز مورد بررسی قرار گرفت که تراگسیل اپتیکی 80% و مقاومت سطحی sq/? 5.4 به دست آمد که بازپخت در هوا در °c100 باعث بهبود خواص الکتریکی و اپتیکی آن شده و تراگسیل اپتیکی به 85% و مقاومت سطحی به 4.5 ?/sq رسید. در نهایت دیودهای نور سبز ساخته شده بر روی آند پنج لایه ای، کارایی و درخشایی قابل مقایسه ای را با دیودهای بر پایه ی آند ito ازخود نشان دادند.