Design und analytische und spektroskopische Charakterisierung von Halbleiternanopartikel-Salzkristall-Hybridstrukturen als extrem photostabile und hoch effiziente Lichtemitter für optische Anwendungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Alexander Eychmüller; Dr. Ute Resch-Genger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 187261748

Extrem hohe Photolumineszenz-Quantenausbeuten (PL QA) und eine möglichst große Photostabilität unter anwendungsrelevanten Bedingungen sind notwendige Voraussetzungen für den Einsatz von Halbleiternanokristallen (HLNK) als Fluoreszenzmarker und als emittierende Materialien in optischen Bauelementen. Ein typischer Ansatz zur Herstellung und Konservierung der hohen PL QA von HLNK ist ihre Einbettung in transparente und hochstabile Materialien. Dafür sollen innerhalb dieses Projektes HLNK variierender Materialzusammensetzung und Oberflächenchemie mit Emissionen im sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich in unterschiedliche Salzkristall-Matrizes (z.B. NaCl, KCl, KJ, NH4J, etc.; Variation der Kristallstruktur und des Brechungsindeces) eingebaut werden und ausgewählte Systeme dann in Polymermatrices. Der schützende und potenziell verstärkende Effekt einer Salz-Matrix auf die PL QA von HLNK und ihre Photostabilität wurde in ersten Vorarbeiten für CdTe HLNK gezeigt. Ziel dieses Projektes ist es, systematisch die Kompatibilität dieses neu entwickelten Kristallisationsansatzes mit verschiedenen, zuvor (oberflächen)analytisch charakterisierten HLNK aufzuzeigen. Basierend auf vergleichenden optischspektroskopischen Untersuchungen der HLNK in Lösung und eingebaut in Salzkristalle sowie in Salzkristall-Polymer-Komposit- Materialien sollen wesentliche Kristallisationsparameter identifiziert werden. Neben Materialien, die Cadmium enthalten wie CdTe, CdSe, oder CdHgTe, sowie PbS liegt der Fokus auch auf weniger toxischen SCNC wie InP und CuInS(Se). Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Korrelation zwischen den Photolumineszenzeigenschaften der resultierenden Salzkristalle und der Komposit-Materialien und der Oberflächenchemie der Nanokristalle gelegt zur Ableitung von Struktureigenschafts-Beziehungen für das rationale Design von hochemissiven und photostabilen Halbleiternanopartikel-Salzkristall- Strukturen. Diese Untersuchungen dienen auch der Frage des Einsatzes als optisch-aktive Materialien für anorganische Festkörper- LEDs, lumineszierende Solarkollektoren sowie als robuste NIR und IR Lichtquellen. Dafür werden auch Methoden entwickelt zur Charakterisierung der PL QA dieser neuen unterschiedlich stark streuenden Halbleiternanopartikel-Salzkristall-Strukturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Nikolai Gaponik (†)