Title (eng)
ZrO2 films deposited by spray pyrolysis from water-based precursor solutions on glass and TCO substrates
Author
Ana Zrilic
Advisor
Alexander Bismarck
Assessor
Alexander Bismarck
Abstract (deu)
In dieser Arbeit wurde der Fokus darauf gelegt, ein besseres Verständnis über die Deposition stabiler ZrO2-Schichten auf transparenten leitfähigen Oxid-Substraten zu erlangen. Dafür wurden wasserbasierte Vorläuferlösungen mittels Sprühpyrolyse aufgetragen. Als Vorläufersalz wurde ZrOCl2 × 8H2O gewählt. Der Einfluss verschiedener Faktoren, die eine wichtige Rolle für den Sprühpyrolyseprozess spielen, wurde an drei Substraten untersucht: Borosilikatglas, fluordotiertes Zinnoxid (FTO) und zinndotiertes Indiumoxid (ITO). Die Konzentration der Vorläuferlösung wurde zwischen 25mM und 100mM variiert, um das Verhalten der ZrO2-Schichten auf den gewählten Substraten zu untersuchen. Die Sprüh-wiederholungen wurden zwischen 75 und 250 gewählt, um die Entwicklung der Kristallisation mit zunehmender ZrO2-Schichtdicke zu analysieren. Die Temperatur der Trägerplatte betrug 360°C bis 430°C, um die Auswirkungen auf den kristallinen Charakter der Schichten zu untersuchen. Die Kristallstruktur, die Morphologie und die Transmission der erhaltenen Schichten wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenbeugung und Fourier-Transform-Spektroskopie untersucht. Aufgrund von Unzulänglichkeiten war es nur teilweise möglich, kristalline ZrO2-Schichten zu erhalten. Eine deutlich sichtbare Bildung von kubischem Zirkoniumdioxid konnte zwar auf allen Proben festgestellt werden, allerdings führte die Deposition unter den gewählten Bedingungen hauptsächlich zur Bildung von Tröpfchen. Eine weitere Optimierung des gewählten Prozesses und des Vorläufersalzes ist notwendig, um ein erfolgreiches Verfahren zur Herstellung einer homogenen Schicht zu erzielen. Diese könnte in weiteren Anwendungen wie Solarzellen oder optoelektronischen Produkten eingesetzt werden.
Abstract (eng)
This thesis focuses on gaining a better understanding of depositing stable ZrO2 layers on transparent conducting oxide substrates while using spray pyrolysis from water-based precursor solutions. ZrOCl2×8H2O was chosen – out of curiosity – as the precursor salt for the process. The influence of a range of factors, that play an important role for the spray-pyrolysis process, were studied on three substrates: borosilicate glass, fluorine doped tin oxide (FTO) and tin doped indium oxide (ITO). The precursor concentration was varied between 25mM and 100mM to investigate the behaviour of the ZrO2 films on the chosen substrates. The scanning repetitions were varied between 75 and 250 to analyse the evolution of crystallisation as the ZrO2 thickness increased. The temperature of the heating surface was tested between 360°C and 430°C to see its impact on the crystallin character of the films. The crystal structure, morphology and transmission of the obtained layers were evaluated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Fourier-transform spectroscopy. Due to shortcomings it was only partly possible to obtain crystallin ZrO2 films. Despite the clearly visible formation of cubic zirconium oxide on all samples, the morphological investigation indicates the impact of droplets in its major part, which is not ideal for a vapour phase dependant process. Further optimization of the chosen process and precursor salt is necessary to obtain a successful receipt in order to implement it in further applications such as solar cells or optoelectronic devices.
Keywords (deu)
Sprühpyrolysekubisches Zirkoniumdioxidc-ZrO2ZrO2ZrOCl2 × 8H2OZrO2 Schichtfluordotiertes Zinnoxidzinndotiertes IndiumoxidFTOITO
Keywords (eng)
spray pyrolysiscubic zirconium oxidec-ZrO2ZrO2ZrOCl2 × 8H2OZrO2 filmfluorine doped tin oxideFTOtin doped indium oxideITO
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
54 Seiten : Illustrationen
Number of pages
54
Study plan
Masterstudium Chemie und Technologie der Materialien
[UA]
[066]
[658]
Association (deu)
Title (eng)
ZrO2 films deposited by spray pyrolysis from water-based precursor solutions on glass and TCO substrates
Author
Ana Zrilic
Abstract (deu)
In dieser Arbeit wurde der Fokus darauf gelegt, ein besseres Verständnis über die Deposition stabiler ZrO2-Schichten auf transparenten leitfähigen Oxid-Substraten zu erlangen. Dafür wurden wasserbasierte Vorläuferlösungen mittels Sprühpyrolyse aufgetragen. Als Vorläufersalz wurde ZrOCl2 × 8H2O gewählt. Der Einfluss verschiedener Faktoren, die eine wichtige Rolle für den Sprühpyrolyseprozess spielen, wurde an drei Substraten untersucht: Borosilikatglas, fluordotiertes Zinnoxid (FTO) und zinndotiertes Indiumoxid (ITO). Die Konzentration der Vorläuferlösung wurde zwischen 25mM und 100mM variiert, um das Verhalten der ZrO2-Schichten auf den gewählten Substraten zu untersuchen. Die Sprüh-wiederholungen wurden zwischen 75 und 250 gewählt, um die Entwicklung der Kristallisation mit zunehmender ZrO2-Schichtdicke zu analysieren. Die Temperatur der Trägerplatte betrug 360°C bis 430°C, um die Auswirkungen auf den kristallinen Charakter der Schichten zu untersuchen. Die Kristallstruktur, die Morphologie und die Transmission der erhaltenen Schichten wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenbeugung und Fourier-Transform-Spektroskopie untersucht. Aufgrund von Unzulänglichkeiten war es nur teilweise möglich, kristalline ZrO2-Schichten zu erhalten. Eine deutlich sichtbare Bildung von kubischem Zirkoniumdioxid konnte zwar auf allen Proben festgestellt werden, allerdings führte die Deposition unter den gewählten Bedingungen hauptsächlich zur Bildung von Tröpfchen. Eine weitere Optimierung des gewählten Prozesses und des Vorläufersalzes ist notwendig, um ein erfolgreiches Verfahren zur Herstellung einer homogenen Schicht zu erzielen. Diese könnte in weiteren Anwendungen wie Solarzellen oder optoelektronischen Produkten eingesetzt werden.
Abstract (eng)
This thesis focuses on gaining a better understanding of depositing stable ZrO2 layers on transparent conducting oxide substrates while using spray pyrolysis from water-based precursor solutions. ZrOCl2×8H2O was chosen – out of curiosity – as the precursor salt for the process. The influence of a range of factors, that play an important role for the spray-pyrolysis process, were studied on three substrates: borosilicate glass, fluorine doped tin oxide (FTO) and tin doped indium oxide (ITO). The precursor concentration was varied between 25mM and 100mM to investigate the behaviour of the ZrO2 films on the chosen substrates. The scanning repetitions were varied between 75 and 250 to analyse the evolution of crystallisation as the ZrO2 thickness increased. The temperature of the heating surface was tested between 360°C and 430°C to see its impact on the crystallin character of the films. The crystal structure, morphology and transmission of the obtained layers were evaluated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Fourier-transform spectroscopy. Due to shortcomings it was only partly possible to obtain crystallin ZrO2 films. Despite the clearly visible formation of cubic zirconium oxide on all samples, the morphological investigation indicates the impact of droplets in its major part, which is not ideal for a vapour phase dependant process. Further optimization of the chosen process and precursor salt is necessary to obtain a successful receipt in order to implement it in further applications such as solar cells or optoelectronic devices.
Keywords (deu)
Sprühpyrolysekubisches Zirkoniumdioxidc-ZrO2ZrO2ZrOCl2 × 8H2OZrO2 Schichtfluordotiertes Zinnoxidzinndotiertes IndiumoxidFTOITO
Keywords (eng)
spray pyrolysiscubic zirconium oxidec-ZrO2ZrO2ZrOCl2 × 8H2OZrO2 filmfluorine doped tin oxideFTOtin doped indium oxideITO
Subject (deu)
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54
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