Bildung und Ladungsträgerdynamik von hybriden I-III-VI2 Nano-Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Boldt
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453631999

I-III-VI2-Halbleiter wie CuInS2 sind vielversprechende Materialien, da sie im Gegensatz zu anderen Halbleitern wie CdSe, PbS oder den Methylammoniumbleihalogeniden keine stark toxischen Schwermetalle beinhalten. In Form von Nanokristallen ist die Photophysik der I-III-VI2-Halbleiter aber noch nicht gut verstanden, da angeregte Ladungsträger bevorzugt an intrinsischen Defekten lokalisiert sind, statt einen durch die Teilchengröße bestimmten, exzitonischen Zustand einzunehmen. Es existieren verschiedene Modelle für die Ladungsträgerdynamik in diesen Halbleitern, keines konnte jedoch bislang eindeutig belegt oder widerlegt werden. Um diese Modelle zu testen und die Ladungsträgerdynamiken in I-III-VI2-Halbleitern zu identifizieren, sollen in diesem Projekt Heterostrukturen hergestellt werden, in denen das zu untersuchende Material eine gemeinsame Grenzfläche mit einem wohl untersuchten Halbleiter teilt, an der die angeregten Elektronen und Löcher räumlich getrennt werden. Dadurch wird es möglich sein, die Beiträge der Ladungsträger zum angeregten, lokalisierten Zustand zu identifizieren und die unterschiedlichen Modelle zu testen. Zusätzlich wird in diesem Projekt die Mobilität der einwertigen Kationen in den ternären Verbindungen durch die Einführung der Materialgrenzfläche untersucht. Diese Größe ist sowohl für die Herstellung und Charakterisierung der Heterostruktur als auch für die Dynamik der intrinsischen Defekte eine wichtige Größe. Durch die Analyse von Kationen- und Ladungsträgerdynamiken trägt dieses Projekt zum fundamentalen Verständnis nanokristalliner Halbleiter und zur technischen Nutzung dieser vielversprechenden Materialien in Anwendungen wie der Energieerzeugung oder -speicherung bei. Es etabliert das verwendete Modellsystem aus zwei Materialien im elektronischen Kontakt zur generellen Untersuchung von Ladungsträgerdynamiken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen