Zugang zu gezielter struktureller und chemischer Fehlordnung in Metalloxid Dünnschichten für verbesserte Lichtabsorption (EnLight)

• Antragsteller: Professor Dr. Evgeny Gurevich; Professor Dr. Sanjay Mathur
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278745182

Im interdisziplinären Forschungsvorhaben - EnLight - werden innovative Materialmodifizierungsprozesse entwickelt, um die Lichtabsorptionseigenschaften von halbleitenden Metalloxid-Dünnschichten (u. a. SnO2, TiO2, CeO2), welche per Atomlagenabscheidung (ALD) bzw. Chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt werden, mittels Laserstrukturierung (Korrelierte Fehlordnung) zu verbessern,. Darüber hinaus wird durch Plasmabehandlung der Metalloxidoberfläche eine Oberflächenreduktion der oben genannten Metalloxide erzeugt (ungerichtete Fehlordnung), um einen Valenzwechsel und chemischen Gradienten in den Schichten zu erzeugen, der sowohl die optischen also auch elektrischen Eigenschaften signifikant beeinflusst. Durch den Einsatz von sowohl fokussierten Laserstrahlen also auch ungerichteten Plasmabehandlungen ist es möglich, den Einfluss gerichteter Fehlordungen (Tailored Diosorder) gegenüber zufälligen bzw. ungerichteten Fehlordnungen (Random Disorder) abzuschätzen. Dieses Forschungsvorhaben wird sich darüber hinaus mit korrelierten strukturellen Fehlordnungen befassen, die durch laserunterstützte Strukturierung von Metalloxid-Nanolaminaten durch lokale chemische Umwandlung (d.h. chemische bzw. Phasen-Fehlordnung) erreicht werden. Hierbei werden z. B. metallische Nanostrukturen eingebettet in einer Metalloxid-Matrix durch die Umwandlung von bimetallischen Oxiden (Spinelle der allg. Summenformel M'M''2O4) in M'/M''2O3 Kompositmaterialien durch Laserbehandlung erzeugt, welche die optischen Eigenschaften wie z. B. den Brechungsindex und Opazität des behandelten Materials beeinflussen.Beginnend bei der Herstellung von phasenreinen Dünnschichten mit geringer Defektdichte mittels CVD und ALD Verfahren, werden Laser- bzw. Plasmamodifizierung durchgeführt, welche durch ausführliche chemische, strukturelle und anwendungsbezogene Untersuchungen begleitet werden, und um darüber hinaus mit Hilfe numerischer Simulationen einen Einblick in die zugrundeliegenden Mechanismen der Laserbehandlung auf die Ausbildung der Fehlordnungen zu erhalten. Die resultierenden strukturierten Substrate werden als Bauteile in Perovskit-Solarzellen untersucht, um den Einfluss der gezielten gerichteten sowie ungerichteten Fehlordnung in diesen Materialien in einem funktionierenden Prototypen zu untersuchen.Die Ergebnisse und Prozesse dieses Projektes werden den anderen Mitgliedern des Schwerpunktprogrammes 1839 als Plattform-Technologie zur Verfügung stehen, die in Zukunft auch auf flexible Substrate hin erweitert werden soll.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1839: Tailored Disorder - A science- and engineering-based approach to materials design for advanced photonic applications
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr.-Ing. Silke Christiansen