Trockenes Filmprozessieren hybrider Perowskite mit maßgeschneiderten optoelektronischen Eigenschaften

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Köhler, seit 11/2022
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434342094

Optoelektronische Bauteile basierend auf hybriden Perowskiten als aktives Halbleitermaterial erlebten innerhalb der letzten Jahre eine rasante Entwicklung. Trotz intensiver Forschungsanstrengungen konnte sich aber noch keine einfach hochskalierbare Herstellungsmethode für hybride Perowskite etablieren, die ein hohes Maß an Kontrolle über die Schichteigenschaften bietet. Dies begründet sich durch die hohe Komplexität der aktuell verbreiteten Herstellungsweisen, bei denen Materialsynthese und Schichtbildung untrennbar miteinander verbunden sind. In diesem Projekt soll daher verstanden werden, wie durch die hier erarbeiteten trockenen Prozessmethoden die resultierenden optoelektronischen Eigenschaften von Perowskiten kontrolliert werden können. Ziel ist es, durch Verständnis und Kontrolle der trockenen Prozessierung maßgeschneiderte Materialien und Filme für verschiedene mögliche Anwendungen herstellen zu können. Solche Schichten sollen durch das Prozessieren von Pulver hybrider Perowskite mittels Trockensprühverfahren in Kombination mit einer nachfolgenden Druckbehandlung realisiert werden. Durch die Verarbeitung der Pulver mithilfe des Trockensprühverfahrens können haftende Dünnschichten hergestellt werden, während die Druckbehandlung Oberflächenrauigkeiten von nur wenigen Nanometern sicherstellt. Dieses Prozessverfahren bietet auch das Potential für ein einfaches Hochskalieren ohne die Verwendung von Lösemitteln und stellt eine für diese Materialklasse neuartige Herstellungsroute von Perowskitfilmen dar, welche eine gegenüber den bestehenden Ansätzen erhöhte gesamtheitliche Prozesskontrolle bietet.Auf dieser Grundlage werden zunächst die Struktureigenschaften von synthetisierten Perowskitpulvern vermessen und deren elektronische Struktur identifiziert. Um diese detailliert zu untersuchen und den Einfluss von Oberflächenzuständen systematisch zu verstehen, werden wir neben Standardcharakterisierungen der Pulver und Filme auch spezialisierte Messtechniken wie temperaturabhängige Photolumineszenz (steady-state + zeitaufgelöst) und Zwei-Photonen-Absorptions-Photolumineszenz anwenden. Die Struktureigenschaften der Pulver werden dann mit denen der (aus den Pulvern) prozessierten Schichten verglichen und mit den jeweiligen gewählten Prozessparametern des Trockensprühens und der Druckbehandlung korreliert. Wesentlich ist dabei zu erkennen, wie die Parameter der Trockenprozessierung ausgewählt werden müssen, um spezifische optoelektronische Eigenschaften der Filme zu erzielen, und warum diese Prozessparameter so gewählt werden müssen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Fabian Panzer, bis 11/2022