Spektroskopische und hochauflösende Röntgenanalyse der Perowskit-Evolution zur maßgeschneiderten Nanokristall-Entwicklung

• Antragsteller: Dr. Bert Nickel; 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 564997836

PNCs, insbesondere CsPbBr₃-Nanokristalle, bieten durch einstellbare Bandlücken, hohe Quantenausbeuten und einfache Synthese großes Potenzial für moderne Technologien. Dennoch erschwert das unzureichende Verständnis der schnellen Synthese- und Formentwicklungsmechanismen die zuverlässige Kontrolle ihrer Eigenschaften. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Synthese und Optimierung von Halogenid-Perowskit-Nanokristallen (PNCs) zu revolutionieren, indem Größe, Form und optische Eigenschaften für skalierbare Anwendungen in der Optoelektronik gezielt angepasst werden. Das Projekt verfolgt vier Hauptziele. Erstens soll die Morphologie und Zusammensetzung der Ausgangsstoffe, die bei der Synthese in Form von Mizellen zugegeben werden, untersucht und angepasst werden. Zweitens wird die schnelle Bildung intermediärer Nanocluster nach dem Mischen der Mizellen analysiert. Drittens wird die Bildung von Mesophasen durch Injektion von sogenannten Anti-Lösungsmitteln untersucht. Innerhalb dieser Mesophasen bilden sich die finalen Nanopartikel. Die Art und Weise, wie dies geschieht, soll entschlüsselt werden. Viertens werden Behandlungen im Nachgang der Synthese entwickelt, welche die optische Eigenschaften verbessern und die Langzeitstabilität erhöhen. Die Charakterisierungsmethoden, die hier intensiv zum Einsatz kommen, kombinieren Röntgen-Synchrotron Techniken wie SAXS, WAXS, und total scattering mit optischen Laser-Techniken wie Photolumineszenz-Spektroskopie. Die Synthese den Nanokristalle erfolgt mittels Durchflusschemie, die Variation der Synthesebedingungen erfolgt mit Unterstützung durch maschinelles Lernen. Durch enge Verzahnung dieser Methoden wird das Verständnis der schnellen und komplexen Prozesse, die zur Nanokristallbildung führen, erstmals ermöglicht. Durch die örtlich enge Zusammenarbeit zweier hochspezialisierter Experimentalgruppen aus der Nanophysik werden einzigartige Rahmenbedingungen für das gezielte Design anisotroper PNCs geschaffen, um die große Lücke der PNC zwischen Grundlagenforschung und kommerziellen Anwendungen zu schließen. Ziel ist eine reproduzierbare Synthese hochqualitativer Nanokristalle im Gramm-Maßstab mit herausragenden optischen Eigenschaften, welche sich für die Kommerzialisierung von Perowskit-Technologien in Displays, bei Beleuchtung und in optoelektronischen Geräten der nächsten Generation eignet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen