Struktur und Morphologie von stabilitätsverbesserten Halidperowskit-Nanokristallen für effiziente Emission von sichtbarem Licht

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Müller-Caspary; Professor Dr. Alexander Urban
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564332417

Erneuerbare Energien und eine verbesserte Energieeffizienz sind von entscheidender Bedeutung, um den wachsenden Bedenken hinsichtlich Klimawandel, Energiesicherheit und nachhaltiger Entwicklung gerecht zu werden. Nanomaterialien, die sich durch ihre einzigartigen Eigenschaften auszeichnen, können die Leistung und Kosteneffizienz von Solarzellen, Batterien und Superkondensatoren verbessern und bieten bahnbrechende Lösungen zur Verbesserung erneuerbarer Energietechnologien und Effizienzmaßnahmen. Halidperowskite faszinieren aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften, darunter hohe Lichtabsorption, einstellbare Bandlücke und hervorragende Ladungsträgermobilität. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihrer kostengünstigen Produktion und einfachen Herstellung attraktiv für eine skalierbare Fertigung. Trotz dieser positiven Eigenschaften behindern mehrere Aspekte von Halidperowskiten, darunter Stabilität und vollspektrale Effizienz, immer noch eine breite Anwendung. Hier untersuchen wir zwei Halidperowskit-Systeme: i) stark eingeschränkte anisotrope CsPbBr3- Nanokristalle (NCs) für effiziente Lichtemission im blauen Spektralbereich und ii) Blockcopolymer-verkapselte MAPbX3-NCs mit erhöhter Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen und Ionendiffusion. Die Optimierung dieser Nanosysteme erfordert ein tiefgreifendes Verständnis ihrer Morphologie und Zusammensetzung, wie diese durch Synthese- und Nachbearbeitungsschritte beeinflusst werden und wie sie gezielt modifiziert werden können. Wir verknüpfen Synthese, optische und elektronenmikroskopische Charakterisierung eng mit effizienten Rückkopplungsschleifen, um das Zusammenspiel zwischen der Zusammensetzung, Morphologie und optoelektronischen Eigenschaften dieser faszinierenden Nanomaterialien zu verstehen. Die Forschung ist in zwei Forschungslinien (RL) gegliedert, die sich jeweils auf eines der Halidperowskit-Nanosysteme konzentrieren. In RL I konzentrieren wir uns auf die Synthese der stark eingeschränkten NCs und darauf, wie ihre Dimensionalität und Dicke gesteuert werden können. In RL II streben wir danach, die innere Struktur der Hybrid-NCs aufzudecken und zu optimieren, was sich bisher aufgrund der erheblichen organischen Abschirmung als schwer fassbar erwiesen hat. Durch die enge kooperative Zusammenarbeit wollen wir Folgendes erreichen: 1) Im komplexen Parameterraum von Syntheseverfahren, optischen Eigenschaften und Struktur wird ein Phasendiagramm entwickelt, das als Grundlage für die weitere Halidperowskit-Forschung dient. 2) Postsynthetische Stabilisierungsstrategien wie chemische und thermische Prozesse werden systematisch entwickelt, um spektral und strukturell stabile Nanoemitter auf Laborebene zu realisieren. 3) Erstmals werden speziell hierfür entwickelte, iterative, niedrig dosierte TEM-Messungen dazu beitragen, die Eigenschaften dieses vielversprechenden Materialsystems systematisch mit der Struktur (z.B. Halidperowskit/Lipidschicht-Grenzflächen) mit bis zu atomarer Auflösung zu verknüpfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen