Naukowcy z Wydziału Fizyki UJ opracowali nową metodę tworzenia cienkich warstw za pomocą rozciąganego menisku, warstwy te znajdują zastosowanie w technologiach przemysłowych, a wyniki tych prac podlegają polskiej i międzynarodowej ochronie patentowej.

Metodologia wytwarzania cienkich warstw polega na prowadzeniu procesu ich wytwarzania w menisku przesuwanym po powierzchni podłoża. Proces ten może być wywołany przez różne czynniki np. pole elektryczne (elektroforeza, porządkowanie dipoli itp.), przepływ prądu
(np. galwanizacja), światło (wszelkie reakcje fotochemiczne). Zastosowanie takiego rozwiązania, w którym podłoże jest przesuwane względem menisku pozwala na pokrywanie powierzchni o dowolnej długości w tym również podłoży elastycznych (tzw. technologia Roll-to-Roll).

Zastosowanie

•          Ogniwa słoneczne III generacji

Ogniwa słoneczne III generacji są układami wielowarstwowymi, przy czym kolejne warstwy mogą być zarówno organiczne jak i nieorganiczne. Przykładem może być ogniwo barwnikowe, w którym cienką warstwę nanoporowatego tlenku tytanu pokrywa się molekułami organicznymi aby stworzyć pierwszą elektrodę, drugą stanowi transparentny tlenek przewodzący (np. FTO lub ITO) pokryty nanocząstkami platyny. Opracowywana przez naukowców technologia pozwala na tworzenie poszczególnych warstw tą samą metodą z zastosowaniem różnych reakcji np. można nanosić elektrochemicznie nanocząstki platyny na powierzchnię ITO, jak również tlenki metali jak ZnO czy TiO2. W odróżnieniu od tradycyjnych metod nakładania z pasty - można pominąć etap wyżarzania nanocząstek i pozbywania się organicznego spoiwa. Przedstawione rozwiązanie znacznie redukuje koszty wytwarzania oraz pozwala na szybkie tworzenie warstw bez konieczności wcześniejszego modyfikowania powierzchni podłoża. Istnieje możliwość wytwarzania ogniw elastycznych.

•          Galwanizacja

Proponowana metoda znajduje zastosowanie w procesie galwanizacji, gdzie metodą elektrochemiczną nanoszone są cienkie warstwy metaliczne. W tym przypadku walec rozciągający można pokryć folią z nakładanego metalu i zastosować roztwór podobny to tego jaki stosuje się w tradycyjnym procesie z wykorzystaniem wanien, ale oczywiście w mniejszej ilości. Możliwość włączania i wyłączania przepływu prądu pozwala na lokalne nanoszenie warstw (coś w rodzaju druku elektrochemicznego) bez konieczności maskowania podłoża.

•          Drukowane obwody elektryczne

Stosując odpowiedni roztwór oraz źródło światła o dobranej długości fali można wywołać lokalnie reakcję osadzania metalu tworząc w ten sposób ścieżki przewodzące. Zastosowanie przesuwanej plamki o odpowiednio małej średnicy pozwala na stworzenie czegoś na wzór laserowej drukarki do tworzenia ścieżek metalicznych. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanej technologii wytrawiania warstw (jak w przypadku tworzenia płyt PCB) czy metody lift-off stosowanej w mikroelektronice proponowana technologia nie wymaga przygotowania masek z odpowiednim wzorem oraz zmniejsza ilość traconego materiału (np. wytrawionego metalu, fotorezystu).

Otrzymane parametry fizyko-chemiczne tworzonych warstw w skali (20X20) cm potwierdzają zalety zaproponowanej technologii. Obecnie Centrum Transferu Technologii CITTRU poszukuje podmiotów zainteresowanych komercyjnym wykorzystaniem opisanej technologii, poszukuje również partnerów do wspólnych projektów B+R obejmujących przedstawiona tematykę badawczą.

 

Zdjęcie przedstawia prototyp urządzenia do wytwarzania cienkich warstw w skali (20X20) cm.