SPP 2196:  Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie ; Geowissenschaften ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402726906

Eine neue Klasse von hybriden organisch-anorganischen bleihalogeniden Perowskit-Halbleitern hat weltweit hohe Beachtung gefunden seit Berichte in 2012 über hohe Wirkungsgrade publiziert wurden. In nur wenigen Jahren konnten Wirkungsgraden von über 25% erreicht werden. Trotz rascher Fortschritte in diesem aufstrebenden Bereich, einschließlich vieler spannender Forschungsergebnisse unseres SPP 2196, gibt es immer noch ein begrenztes Verständnis vieler Mechanismen, die zu solch einer außergewöhnlichen Halbleitereigenschaften führen. Für die zweite Förderperiode bleiben Stabilität und Performance die größten Herausforderungen. Wir haben die Herausforderungen jedoch leicht modifiziert, um sie an den jüngsten Erkenntnisfortschritten anzupassen und uns stärker auf die aktuell wichtigen Forschungsrichtungen und offenen Fragen zu konzentrieren. Die Themen der zweiten Förderperiode sind:• Vorläuferchemie, Perowskit-Kristallisation und Filmbildungsmechanismen• Effekte der Dimensionalität (Einzelkristalle, 3D, 2D, 1D, 0D) und Kompositionsabstimmung• Rolle des Bleis und mögliche Alternativen• Abbaumechanismen einschließlich Zusammensetzungs- und Phasenstabilität• Art der Defekte, Defekttoleranz und Passivierungsstrategien• Grundlegende elektronische und optische Eigenschaften (Trägerdynamik/-transport, Ladungsrekombination, Rolle von Grenzflächen, Ionenmigration etc.)• Analyse im Mikro- und Nanobereich• Spineffekte/Spin-Bahn-Kopplung• Neue Eigenschaften von PerowskitenObwohl wir viele Phänomene besser verstehen, gibt es noch eine Reihe faszinierender offener Fragen, die weiter Forschung erforderlich machen, um unser Verständnis dieser komplexen Materialklasse zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Luxemburg, Niederlande, Schweiz

Projekte

• A-Site modifizierte Hybrid-Perowskite: Engineering der chemischen Zusammensetzung und Rolle der Korngrenzen auf die optoelektronischen Eigenschaften (Antragsteller Mathur, Sanjay ;  Meerholz, Klaus )
• Bleifreie Doppel-Perowskit Materialien für photovoltaische Anwendungen (Antragsteller Bein, Thomas ;  Dyakonov, Vladimir ;  Reuter, Karsten )
• Dielektrische Effekte in Hybrid Perovskiten und Ladungs-selektive Charakterisierung von Ladungsträgerfallen (Antragsteller Benson, Niels ;  Lupascu, Doru Constantin )
• Effiziente Perowskit/Perowskit Tandemsolarzellen mit reduzierten Rekombinationsverlusten und erhöhter Stabilität durch innovative Analyse der Einzelzellen (Antragsteller Albrecht, Steve ;  Lang, Felix ;  Riedl, Thomas ;  Snaith, Ph.D., Henry )
• Eigenschaften von Protonen- und Lichtinduzierten Defekten in Bleihalogenid-Perowskiten (Antragsteller Behrends, Jan ;  Nickel, Norbert )
• Elektrolumineszierende Perowskit-Nanokristalle - Von maßgeschneiderten Strukturen zu optoelektronischen Eigenschaften (Antragsteller Andrienko, Denis ;  Brütting, Wolfgang ;  Scheele, Marcus )
• Entwicklung von Struktur, Ionenwanderung und Defekteigenschaften während der (Ent-)Mischung von Bleihalogenid-Perowskiten verstehen (DE-MIX) (Antragstellerinnen Grüninger, Helen ;  Köhler, Anna )
• Epitaktisch gewachsene Zinn Perowskite (Antragsteller Ohmann, Robin ;  Saliba, Michael )
• Experimentelle und theoretische Untersuchungen von Prozessparametern zur Herstellung dicker und defektfreier Perowskit-Schichten (Antragsteller Du, Ph.D., Tian ;  Harting, Jens )
• Fundamentale Eigenschaften zwei-dimensionaler Perowskite und deren Anwendung in Solarzellen (Antragstellerinnen / Antragsteller Olthof, Selina ;  Riedl, Thomas )
• Grenzflächen in Vollperowskit-Tandemsolarzellen (Antragsteller Glunz, Stefan ;  Goldschmidt, Jan Christoph ;  Weber, Stefan )
• Identifizierung und Unterdrückung von Grenzflächenrekombination für hocheffiziente Perowskit-Solarzellen (SURPRISE II) (Antragsteller Koch, Norbert ;  Lang, Felix ;  Neher, Dieter ;  Unold, Thomas )
• Interrogate: Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen untersucht mit Photoelektronenspektroskopie und Modellierung: Komplette Feedback-Schleife aus Bauteilfabrikation, Photoelektronenspektroskopie an der operierenden Solarzelle und numerischer Modellierung der Solarzelle (Antragsteller Mayer, Thomas ;  Würfel, Uli )
• Kohärente Exzitonendynamik in bleifreien Doppelperowskiten (Antragsteller Akimov, Ilya ;  Dyakonov, Vladimir )
• Kontrolle interner und externer Grenzflächen in 2D Perowskiten zur Überwindung der intrinsischen Anisotropie des Ladungstransports in Solarzellen (Antragstellerinnen / Antragsteller Köhler, Anna ;  Thelakkat, Mukundan )
• Kontrolle über Korngröße und Kristallinität: Die Rolle von Fallenzuständen in Perowskiten II (Perocryst) (Antragstellerinnen / Antragsteller Ludwigs, Sabine ;  Schmidt-Mende, Ph.D., Lukas )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Schmidt-Mende, Ph.D., Lukas )
• Metall-Halogenid Perowskit Halbleiter Evolution: von Bausteinen in Lösungen zu Dünnschichtfilmen (Antragstellerinnen Cocchi, Caterina ;  Unger, Eva )
• Ortsaufgelöste Untersuchungen zu adressierbaren Defekten von in der Gasphase hergestellten hybriden organisch-anorganischen Perowskit-Mikrokristallen (Antragsteller Polarz, Sebastian ;  Schmidt-Mende, Ph.D., Lukas ;  Weber, Stefan )
• Perowskit Defekte: Physik, Evolution und Stabilität (Antragstellerinnen / Antragsteller Deibel, Carsten ;  Vaynzof, Yana )
• Perowskit Heterostruktur-Untersuchungen mit Vakuumverdampfung und Röntgenbeugung - PHIVE-X (Antragsteller Leo, Karl ;  Schreiber, Frank )
• Perowskitsolarzellen mit Graphitelektroden: Hochentwickelte Grenzflächen für höchsten Wirkungsgrad und Stabilität (PeroGAIN) (Antragsteller Goldschmidt, Jan Christoph ;  Snaith, Ph.D., Henry ;  Würfel, Uli )
• Spin und Rekombinationsdynamik von Exzitonen und Ladungsträgern in Metallhalogenid-Perowskiten (Antragsteller Yakovlev, Ph.D., Dmitri )
• Verbesserung der intrinsischen Stabilität von Perowskit-Solarzellen durch Additive (Antragsteller Dyakonov, Vladimir )
• Vielteilchenwechselwirkungen in zwei-dimensionalen Halogenid-Perowskiten: Exziton-Elektron Zustände und Elektron-Phonon Kopplung (Antragstellerinnen / Antragsteller Chernikov, Alexey ;  Draxl, Claudia ;  Egger, David )
• Zusammenhang zwischen Defektdichten und Rekombinationsverlusten in Halogenid-Perowskit Solarzellen (CREATIVE) (Antragsteller Kirchartz, Thomas ;  Saliba, Michael )

• Sprecher: Professor Lukas Schmidt-Mende, Ph.D.