Flexible schmalbandige Photodetektoren basierend auf lösungsmittelbasierten 2D Perowskitschichten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Franziska Muckel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557602081

Flexible Photodetektoren ermöglichen Anwendungen wie z.B. Computer-Vision auf gekrümmten Oberflächen oder medizinische Sensoren. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von flexiblen, schmalbandigen Photodetektoren für monochrome optoelektronische Systeme. Dies ermöglicht, Informationsgewinnung durch Reduzierung von Hintergrundstörungen und Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu optimieren. Der Fokus liegt darauf, Photodetektoren mit einer Bandbreite von <30 nm und Ansprechzeiten deutlich kürzer als 1 ms zu realisieren - Anforderungen, die von aktuellen Ansätzen, z.B. mit organischen Halbleitern, nicht erfüllt werden können. Die Kerninnovation dieses Projektes besteht darin, 2D-Perowskite als schmalbandige Absorber in Photodetektoren zu verwenden, um farbselektive, schnelle und gleichzeitig flexible Bauteile zu schaffen. Durch ihre 2D-Struktur zeigen 2D Perowskite eine ausgeprägte Absorptionsresonanz mit einer spektralen Bandbreite von <30 nm, welche durch Variation der Zusammensetzung über den sichtbaren Spektralbereich verschoben werden kann. Gleichzeitig erlaubt die Verwendung eines solchen Absorbers Ansprechzeiten von <200 Mikrosekunden. Damit bietet dieser Ansatz erhebliches Potenzial für neuartige Sensoren in flexibler Elektronik. Im Zuge des Vorhabens werden basierend auf Iodid-Perowskiten mit einer Quantentopfdicke von einer Gitterzelle Detektoren für den grünen Spektralbereich entwickelt. Zur Optimierung der Bauteilperformance werden die organischen Zwischenschichten angepasst, um die Steifigkeit der 2D-Perowskit-Gitterstruktur zu erhöhen. Dies soll die Elektronen-Phonon-Kopplung verringern und dadurch nichtstrahlende Verluste minimieren. Um trotz der hohen Exzitonen-Bindungsenergie eine effiziente Ladungsträgertrennung und damit relevante Responsivitäten zu erreichen, sollen die zugrundeliegenden Mechanismen der Ladungsträgertrennung aufgeklärt werden und darauf aufbauend Strategien zu deren Optimierung, z.B. durch Implementierung eines vertikalen Typ II Heteroübergangs innerhalb der aktiven Schicht, entwickelt werden. Durch Anpassung der Quantentopfdicke und durch Austausch der Halogene werden die erarbeiteten Erkenntnisse auf Detektoren für den roten und blauen Spektralbereich übertragen. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, phasenreine Iodid- und Bromid-Perowskite mit Quantentopfdicken von zwei Gitterzellen zu realisieren. Das ultimative Ziel ist die Entwicklung von Photodetektoren mit einer Bandbreite von <30 nm, Ansprechzeiten von <200 Mikrosekunden und hohen zweistelligen Effizienzen in allen Spektralbereichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen