Temperaturabhängige Ladungsträgerrekombination in Organik-Metallhalogenid Photodetektoren
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kernziel des Projekts war die Untersuchung der Ladungsträgerdynamik verschiedener Perowskit- Verbindungen (FAxMA1−xPbI3), integriert als lichtabsorbierende Schicht in Photodetektoren. Diese Perowskite haben bisher in Dünnschichtsolarzellen zu höchsten Effizienzen geführt und versprechen daher exzellente Eignung für Photodetektoren und Sensoren. Schwerpunkt war hier der Zusammenhang zwischen der Bauteiltemperatur, der mit Temperaturänderungen einhergehenden Veränderung der Kristallstruktur und den Rekombinationsprozessen der photogenerierten Ladungsträgerpaare. Im Gegensatz zu den bisher in Photodetektoren etablierten Halbleitern Galliumarsenid und Silizium liegen Phasenübergangstemperaturen der neuartigen Perowskithalbleiter innerhalb der typischen Einsatztemperatur der Bauteile und damit wird die Temperatur einen deutlichen Einfluss auf die Funktionsweise, Kenndaten und die Stabilität von Perowskit-Photodetektoren ausüben. In diesem Projekt wurden am KIT entwickelte Schichtarchitekturen und Beschichtungsprozesse von Perowskit-Solarzellen auf die Anforderungen von Photodetektoren angepasst und diese neuen Photodetektoren in den Laboren der Physik sowie der „SPECIFIC“-Labore in Swansea hergestellt, optimiert und optoelektronisch untersucht. Die Abteilung von Prof. Paul Meredith zählt gerade in der Analyse und Simulation von Photodetektoren weltweit zu den führenden Gruppen, arbeitete aber bisher vorwiegend an organischen Halbleitern. In diesem Projekt ist es wie geplant gelungen hochperformante Perowskit-Photodetektoren herzustellen, die hervorragend geringe Dunkelsperrströme von weniger als 100 Pikoampere aufwiesen. Diese Bauteile zeigten jedoch in der temperaturabhängigen Analyse im Bereich von -20°C bis 70°C völlig unerwartetes Verhalten bei dem die Photoströme einen negativen Temperaturkoeffizienten aufwiesen. Dies lässt sich nicht durch einen Phasenübergang der Perowskitschicht, sondern nur durch eine Veränderung der Grenzflächenwiderstände zwischen aktiver Schicht und Ladungstransportschichten erklären was so bisher noch nicht in der Literatur berichtet wurde.
