Vereinfachte Suche nach transparenten leitenden Oxiden
Das EU-geförderte Projekt HTFORTCOS (A high-throughput computational search for new transparent conducting oxides) wurde gegründet, um erstmals Hochdurchsatz-Berechnungen für die Suche nach neuen TCO durchzuführen. Ein leistungsfähiges Werkzeug mit der Bezeichnung "ab initio-Berechnungen" wurde verwendet, um die Eigenschaften von Materialien in einem sehr großen Maßstab zu berechnen. Durch die Berechnung der Eigenschaften für Tausende von verschiedenen Materialien können die Wissenschaftler schnell die vielversprechendsten auswählen und Experimente mit ihnen durchführen. Glücklicherweise können viele wichtige Eigenschaften von TCO, etwa Transparenz, Trägerbeweglichkeiten und Konzentrationen, durch den Computer beurteilt werden. Die Projektpartner untersuchten zwei Arten von TCO: den n-Typ mit Elektronen als Träger und den p-Typ, der nicht über Elektronen oder Löcher als Träger verfügt. Während die n-Typ TCO weitgehend kommerzialisiert sind und gute Leistungen aufweisen, bieten die wenigen bekannten p-Typ TCO sehr schlechte Qualität. Jedoch verhindert das Fehlen eines guten p-Typ TCO die Entwicklung vieler wichtiger Zukunftstechnologien. HTFORTCOS identifizierte mehrere neuartige potentielle p-Typ TCO, die vorher nie als TCO in Betracht gezogen wurden. Aus einer Datenbank von mehr als 4.000 bekannten Oxiden erfüllte nur eine Handvoll die Kriterien für ein gutes p-Typ TCO. Dies zeigt die Stärke der Hochdurchsatz-Berechnung bei der Suche nach neuen Materialien, indem sie eine enorme Menge an Zeit spart. Forscher können die Ergebnisse von HTFORTCOS nutzen, um sich auf vielversprechende Chemien zu konzentrieren, die durch ab initio-Berechnungen identifiziert wurden. Ein neuartiges p-Typ TCO mit der Bezeichnung Ba2BiTaO6 wurde bereits identifiziert. Darüber hinaus wurden die erzeugten Daten verwendet, um die Design-Regeln für die Herstellung von p-Typ TCO mit sehr hoher Leitfähigkeit zu entdecken. Beispiele sind Materialien, die eine bestimmte Art von Element (Zinn 2+) enthalten. Diese sind besonders dafür geeignet, sehr gute p-Typ TCO zu bilden, und bringen so die Suche nach p-Typ TCO mit hoher Leistung wesentlich voran. Der Hochdurchsatz-Infrastruktur wurde ebenfalls verwendet, um neue n-Typ TCO für bestimmte Nischenanwendungen zu finden. Das Projekt entwickelte unter Verwendung einer Reihe von ab initio-Techniken erfolgreich eine Reihe von Tools und Frameworks zur automatischen Berechnung von Eigenschaften, die für TCO von Interesse sind. Diese Arbeit kann auf viele Anwendungen zu TCO erweitert werden, darunter Solarabsorber in Photovoltaik und thermoelektrischen Materialien. HTFORTCOS untersuchte auch neuartige thermoelektrische Materialien mittels Hochdurchsatz-Berechnungen.
Schlüsselbegriffe
Transparente leitende Oxide, Hochdurchsatz-Berechnungssuche, ab initio-Berechnungen, n-Typ, p-Typ, HTFORTCO
