Nanostrukturierung von hybriden Perovskiten mittels thermischem Nanoimprint für Perovskit-basierte Laser – (NIPLAS)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thomas Riedl; Professorin Dr.-Ing. Hella-Christin Scheer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398045707

Hybride Perovskit-Halbleiter haben in jüngerer Zeit die Dünnschichtfotovoltaik revolutioniert und Solarzellen mit einer Effizienz von derzeit mehr als 22% hervorgebracht. Hybride Perovskit-Halbleiter sind hinsichtlich ihrer optoelektronischen Eigenschaften auf Augenhöhe mit Halbleitern wie GaAs und sie bilden somit auch eine sehr vielversprechende Materialplattform für Leuchtdioden und Laser. Für Laser existiert die Vision, dass sich mit Perovskiten die für organische Halbleiter typischen Verlustmechanismen (Triplett-Singulett-Annihilation, etc.) vermeiden lassen. Somit bestehen begründete Aussichten auf die Realisierung elektrisch betriebener Perovskit-Laserdioden, die mittels Lösungsprozessen bei niederen Temperaturen herstellbar sind. Perovskit-Laser haben zudem das Potenzial, den Spektralbereich zwischen 530-610 nm abzudecken, der mit etablierten Halbleiter-Lasern auf Basis von InGaN und AlGaInP nur sehr eingeschränkt adressiert werden kann. Der einfachen Herstellung dieser Perovskite steht die Schwierigkeit ihrer direkten Strukturierung gegenüber. Zur Herstellung photonischer Nanostukturen (Resonatoren, photonische Kristalle, etc.) in Perovskiten scheiden etablierte nasschemische Lithographieverfahren aufgrund der chemischen Sensibilität vieler Perovskit-Halbleiter in aller Regel aus. Somit bleibt bislang das immense Potenzial hybrider Perovskit-Halbleiter für optoelektronische und photonische Anwendungen nur unzureichend genutzt. NIPLAS hat das Ziel, hybride Perovskit-Halbleiter direkt mittels thermischem Nanoimprint (NIL) zu strukturieren. Trotz erster sehr vielversprechender eigener Vorarbeiten zum thermischen Imprint photonischer 2D-Gitter in MAPbI3, steht ein grundlegendes Verständnis der Mechanismen beim thermischen Imprint für diese Materialklasse bislang aus. Auch fehlen vergleichende Studien zum thermischen Imprint von MAPbI3 mit anderen Vertretern dieser Klasse von Halbleitern, z.B. MAPbBr3, MAPbCl3, CsPbBr3, etc.. Vor diesem Hintergrund hat NIPLAS das Ziel, die Mechanismen des thermischen Imprints in hybride Perovskit-Halbleiter grundlegend zu studieren. Auf Basis dieser Erkenntnisse soll in NIPLAS die Strukturierung von Perovskit-Halbleitern mit photonischen Nanostrukturen für die Anwendung in Perovskit-Lasern mit niedriger Laserschwelle erreicht werden.Zusammenfassung der Ziele in NIPLAS:1) Aufklärung der Mechanismen des thermischen Imprints in hybride Perovskit-Halbleiter2) Identifikation der Limits des thermischen Imprints im Wechselspiel mit den thermo-mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Perovskit-Halbleiters3) Studium der Auswirkungen des thermischen Imprints auf die strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften des Perovskit-Halbleiters4) Design und Herstellung photonischer Nanostrukturen für Perovskit-Laser mit geringer Laserschwelle

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen