Integriertes Handschuhkastensystem für optoelektronische Dünnschicht-Filme

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik ; Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465013551

Viele Materialien reagieren empfindlich auf die Sauerstoff- bzw. Wassermoleküle in der Atmosphäre und können deshalb nicht zuverlässig in Luft synthetisiert oder charakterisiert werden. Daher geht es in diesem Antrag um eine integrierte Handschuhkastenanlage, in der (atmosphärenempfindliche) organische und organisch-anorganische Verbindungen in einer inerten Atmosphäre autark produziert und charakterisiert werden können. Insbesondere organisch-anorganische Perowskit-Materialien spielen hierbei eine große Rolle, da sie einen großen Bandlücken-Bereich abdecken und somit in einem Tandemansatz mit Silizium verwendet werden können, aber auch das Potential haben in der Optoelektronik zum Einsatz zu kommen, z. B. für Laser, Leuchtdioden, Quantensensoren oder sensitive Detektoren im medizinischen Bereich. Entscheidend ist auch, dass Perwoskite direkte Halbleiter sind, wodurch sie auf flexiblen Substraten aufgebracht werden können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, z. B. flexible Solarzellen auf gekrümmten Oberflächen wie Gebäudefassaden oder Autodächern. Hierfür sind vier miteinander verbundene Handschuhkästen vorgesehen. In der ersten Handschuhbox soll thermische Verdampfung von Perowskit-Schichten und Metallen möglich sein, was z. B. für Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen relevant ist. Darüber hinaus enthält diese Handschuhbox auch eine Atomlagenabscheidungsanlage (ALD), die verwendet wird, um Metall-Oxide, z. B. TiO2 oder SnO2, konform auf texturierte Si-Solarzellen aufzubringen. Insbesondere ist die ALD-Anlage auch notwendig um transparente Topelektroden auf Perowskiten zu ermöglichen, die die Grundlage für ein Perowskit-Silizium Tandem darstellen, da durch die Metall-Elektroden kein Licht durch die Perowskit-Schicht hin zur Silizium-Unterzelle gelangen kann. Die ALD-Anlage kann zudem bei niedrigen Temperaturen operiert werden, wodurch besonders schonende Prozesse, aber auch organische Zwischenschichten untersucht werden können. Die ALD-Anlage eignet sich auch für Perowskit-Einfachsolarzellen. Außerdem ist eine ITO (Fluor-dotiertes SnO2)-Abscheidung möglich in der Metallverdampfungskammer, um eine leitende, transparente Abschlussschicht zu gewährleisten, die für Tandemsolarzellen unabdingbar ist.Die zweite Handschuhbox dient zur Präparation der verschiedenen Perowskite, Lochleiterschichten, etc. Diese werden dann später entweder verdampft (Handschuhbox 1) oder nasschemisch aufgebracht (Handschuhbox 3). Die dritte Handschuhbox wird für nasschemische Prozesse verwendet, wie bspw. dünne Perowskitschichten aus einer flüssigen Vorstufe aufzubringen. Dadurch können optoelektronische Perowskit-Bauelemente hergestellt werden wie z. B. Einfachsolarzellen, Leuchtdioden oder Sensoren auf flexiblen Substraten. Die vierte Handschuhbox dient der Charakterisierung der optoelektronischen Bauelemente (z. B. die Strom-Spannungskennlinie einer Solarzelle). Das System ist so beschaffen, dass der gesamte Prozess unter kontrollierten Bedingungen stattfinden kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Integriertes Handschuhkastensystem für optoelektronische Dünnschicht-Filme
• Gerätegruppe: 0930 Spezialgeräte der Halbleiterprozeßtechnik
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. Michael Saliba