E!10527 New CERamic sputtering targets manufactured by SPS using tailored powders for TCO COATing deposition

Et stort antall elektroniske enheter som solceller og berøringsskjermer er avhengige av en nøkkelkomponent: en skjerm som er både gjennomsiktig og i stand til å lede elektrisk strøm. Tradisjonelt er de mest brukte gjennomsiktige ledende materialer dopede metalloksider (TCO), som bare er gjennomsiktige når de er belagt i svært tynne lag på en enhet. Selv om dette er praktisk med tanke på å spare vekt og plass på små gjenstander, er transparente ledende filmer utfordrende å belegge på større produkter, inkludert solceller og vindskjermer, spesielt med tanke på å oppnå tilstrekkelig kvalitet. Filmene deponeres tradisjonelt ved plasmasputring, en prosess hvor partikler fra en fast skive, et såkalt target, av TCO-materialet blir avsatt på produktet ved bruk av plasma som energikilde. Kvaliteten av filmen som påføres er direkte relatert til kvaliteten av TCO-targetet. Konvensjonelle target for TCO sputring har ofte feil og defekter som forårsaker dårlig reproduserbarhet under avsetningen, forringelse av filmegenskaper og reduksjon av prosesseffektiviteten i sputringen. I EUROSTARS prosjektet CerCoat utvikler fire europeiske SMBer innovative og bedre transparente ledende filmer ved hjelp av høy kvalitets targets fra optimaliserte råvarer. Dette forventes å gi bedre TCO-filmer samtidig som kostnadene forbundet med bruk av TCO i solceller og vindusruter for lokomotiv blir redusert. CerCoat prosjektet nytter av kompetansen til høyt kvalifiserte partnere som dekker hele verdikjeden, inkludert råvare (pulver) produsent (Cerpotech, Norge), sputring-targetprodusent (Nanoker, Spania) og sluttbrukere av sputring targets (Midsummer, Sverige og Arino Duglass, Spania). CerCoat har en multi-marked tilnærming der hver partner vil kommersialisere sine egne optimaliserte produkt(er) på slutten av prosjektet.

The participation in CERCOAT entailed several outcomes for its partners. The most important outcome for Cerpotech AS was gain of significant technological expertise, e.g. development of new products and protocols, addition of a new element into company portfolio and broad knowledge in powder production upscaling. Another important outcome is developing and consolidation of business relationship and social network between the partners, which may lead to future collaborations. CERCOAT results showed that transparent conducting oxides (In,Sn)O3 (ITO) and (Al,Zn)O3 (AZO) have similar performance in solar cell application. Being widely used in solar cells, ITO is an expensive oxide containing indium, which is in list of critical raw materials of EU. An opportunity to replace ITO with AZO has strong commercial benefits such as lower cost and use of available non-critical materials. Solar cells with AZO will have lower price and be more available, which is in direct interest of the society.

The development of sputtering targets characterized by high density, uniform distribution and high electrical conductivity to prevent nodule formation is aimed at CerCoat. New target features will be tailored by fine-tuning of raw powder properties and Spark Plasma Sintering (SPS) application for target manufacturing. Accordingly, CerCoat first results are: -High purity nanostructured ITO/AZO complex powders produced by spray pyrolysis designed for target manufacturing by SPS (CER). -Dense, uniform and nodule-free industrial size ITO/AZO sputtering targets manufactured by SPS that will lead to optimize ITO/AZO film deposition at higher sputtering rates. - An improved performance/cost ratio for the end users of sputtering targets. The second objective of CerCoat is the development of high quality TCO (ITO and AZO) films by magnetron sputtering. Besides the improvement fostered by new sputtering target utilization, an in-deep optimization of sputtering process parameters will be accomplished to tailor new TCO film properties. New ITO/AZO films will be particularly designed and incorporated in CIGS solar cells and locomotive windscreens for the development of new products within photovoltaic and railway industry: -CIGS solar cells with higher power conversion efficiency due to better-performing TCO layer as front contact electrode. -New locomotive heated windscreens with better optical properties and higher heating power capacity based on TCO layer.