Lichtmanagement durch ungeordnete Nanostrukturen in optoelektronischen Bauelementen (LAMBDA)

• Antragsteller: Dr. Karsten Bittkau; Dr.-Ing. Guillaume Gomard
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278746617

Das vorliegende Projekt behandelt neue Konzepte für das Lichtmanagement in optoelektronischen Dünnschicht-Bauelementen. Chemisch hergestellte, partiell geordnete 2D Nanostrukturen werden als effiziente Streugeometrien verwendet, um die Auskopplung aus weißen organischen Leuchtdioden (WOLEDs) zu verbessern. Dabei sind die zu entwickelnden Methoden und Strukturen auch für photovoltaische Bauelemente relevant. Die theoretischen und experimentellen Methoden werden auch zur Erforschung der verbesserten Lichteinkopplung eingesetzt und am Beispiel amorpher Silizium-Solarzellen demonstriert. Als Voraussetzung für alle weiteren experimentellen Arbeiten werden zunächst die Prozesse zur Herstellung von photonischen Strukturen mit kontrollierbaren statistischen Eigenschaften etabliert. Eine vielseitig anwendbare, zur großflächigen und nass-chemischen Verarbeitung geeignete Technologie basierend auf lateraler Phasenseparation bildet dabei die Grundlage. Zur Optimierung der so gewonnenen Streugeometrien wird eine neuartige Methode zur optischen Modellierung entwickelt. Diese erlaubt die exakte Berechnung der gestreuten Felder in einem Dünnschichtsystem, in welchem eine große Zahl zylindrischer Streuzentren eingebettet ist, wobei ein moderater Rechenaufwand eingehalten werden soll. Ferner wird auf Grundlage von Simulation sowie hochentwickelten Methoden der optischen Rasternahfeldmikroskopie eine Einsicht in die physikalischen Mechanismen der kohärenten Mehrfachstreuung im Bauteil angestrebt. Die so gewonnen Informationen werden verwendet um eine effiziente Integration der Streuschichten in die angestrebten Bauteile zu erreichen. Die Eignung der untersuchten Herangehensweise wird durch eine Quantifizierung der erreichten Effizienzverbesserung gegenüber herkömmlichen Bauteilen nachgewiesen.Im Rahmen dieser interdisziplinären experimentell-theoretischen Studie werden spezifische Fragestellungen mit Hinblick auf Lichtstreuung an planaren pseudo-ungeordneten Strukturen in Dünnschichtsystemen adressiert. Unter Anderem wird die Frage nach Effekten der kohärenten Mehrfachstreuung, nach Fluktuationen der Exziton-Lebensdauer sowie nach der mögliche Extraktion von Oberflächen-Plasmon-Polaritonen beleuchtet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1839: Tailored Disorder - A science- and engineering-based approach to materials design for advanced photonic applications
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ulrich Lemmer