Filmes de ZnO/metal/ZnO (metal = Ag, Pt, Au) para energia

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15575 (2022) Citar este artigo

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Neste artigo, é investigado o impacto de diferentes metais (Ag, Pt e Au) nas amostras de ZnO/metal/ZnO, sendo revestidas em um substrato de vidro via sistema de pulverização catódica de magnetron RF/DC. As propriedades estruturais, ópticas e térmicas das amostras preparadas foram sistematicamente estudadas para fins de armazenamento e produção de energia na indústria. Nossos resultados mostram que essas camadas podem ser usadas como revestimentos adequados em janelas de edifícios para aplicações de armazenamento de energia. Nas mesmas condições experimentais, o caso do Au como camada intermediária mostrou ter melhores condições ópticas e elétricas. Em seguida, a camada de Pt também levou a uma melhoria adicional das propriedades das amostras, em vez das do Ag. Além disso, a amostra de ZnO/Au/ZnO apresentou a maior transmitância na região do visível (68,95%) e a maior FOM (5,1 × 10–4 Ω−1). Portanto, pode ser considerada como a amostra relativamente ótima para que as janelas do edifício economizem energia devido ao seu baixo valor U (2,16 W/cm2 K) e baixa emissividade (0,45). Finalmente, aplicando a tensão equivalente de 12 V nas extremidades da amostra, a temperatura da superfície da amostra aumentou de 24 para 120 °C.

Os óxidos condutores transparentes de baixa emissão (low-E) são parte integrante dos eletrodos condutores transparentes na nova geração de dispositivos ótico-elétricos de baixa emissão, que são candidatos potenciais para várias aplicações, como monitores de tela plana, telas de plasma, telas sensíveis ao toque, luz orgânica -diodos emissores e células solares. Hoje em dia, prevalece o uso de estruturas como revestimento de janelas que economizam energia.

Filmes finos altamente transparentes de baixo E e refletivos de calor (TCOs) têm alta transmissão e espectros de reflexão nas faixas visível e infravermelha, respectivamente. Esses filmes podem ser usados ​​como revestimentos em vidros de edifícios para economizar energia. Além disso, tais amostras estão sendo aplicadas como filmes condutores transparentes na indústria, como vidro automotivo, devido à sua notável baixa resistência elétrica1,2,3. O ITO sempre foi considerado um TCO comumente usado na indústria. Devido à sua fragilidade, toxicidade, alto custo e recursos limitados de índio, os pesquisadores estão procurando materiais alternativos4,5.

Devido ao crescente consumo de energia em todo o mundo, os materiais low-E estão sendo amplamente utilizados. Vidros revestidos com materiais low-E, por exemplo, são aplicáveis ​​em edifícios como janelas ou portas para diminuir o consumo de energia. No verão, as películas de baixa emissão permitem a passagem da luz visível e impedem a entrada de ondas infravermelhas no edifício. Em contrapartida, no inverno, evitam que a radiação infravermelha emitida pelos aparelhos de aquecimento do edifício passe para o exterior. Em outras palavras, os filmes low-E possuem alta transmitância na região do visível e alta refletância na região do infravermelho6.

Pesquisas recentes mostraram que eletrodos condutores de três camadas de óxido metálico/metal/óxido metálico (O/M/O) têm melhor condutividade elétrica, resolução óptica e menos emissividade do que filmes ITO da mesma espessura à temperatura ambiente. Nesses experimentos, óxidos metálicos como ITO, ZnO, AZO, ZnS, WO3, MoO3, Nb2O5 e SnO2 como camadas superior e inferior, bem como metais como Ag, Cu, Ni, Al, Pt foram sugeridos para serem aplicados como a camada intermediária7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. A pesquisa levou à melhoria das propriedades elétricas e ópticas em eletrodos de três camadas, alterando as condições de deposição, como temperatura, pressão, tensão de polarização, etc. A escolha do dielétrico nas camadas superior e inferior e do metal na camada intermediária será crucial na alteração das propriedades ópticas e elétricas. Além disso, o ZnO tem sido amplamente aplicado em diversas aplicações industriais, incluindo monitores planos, sensores de gás, fotossensores e telas sensíveis ao toque17. Além disso, o ZnO é altamente considerado como um material abundante, de baixo custo e não tóxico, estável contra plasma de hidrogênio e processos de alta temperatura. Por exemplo, em 2012, Girtan et al. mostraram que eletrodos ZnO/Ag/ZnO tiveram melhor desempenho fotovoltaico do que eletrodos ITO/Ag/ITO em células solares18.