Elektrolumineszie-rende Perowskit-Nanokristalle - Von maßgeschneiderten Strukturen zu opto-elektronischen Eigenschaften

01.09.2023 bis 31.08.2026

Bleihalogenid-Perowskite (LHP) stellen eine an und für sich bekannte Materialklasse dar, die jedoch seit kurzem große Bedeutung für die Optoelektronik erlangt hat. Insbesondere Nanokristalle aus dieser Familie, wie z.B. CsPbX3 (mit X=Cl, Br, I), sind sehr vielversprechend als lumineszierende Materialien für mögliche Anwendungen in Leuchtdioden (PeLEDs). Sie verbinden die Vorteile von LHP-Volumenhalbleitern – insbesondere deren Defekttoleranz, Verarbeitbarkeit aus der Flüssigphase und Durchstimmbarkeit der Energielücke – mit wohlbekannten Eigenschaften von kolloidalen Quantenpunkten, wie z.B. hoher Photolumineszenzquantenausbeute (PLQY) bei geringer Emissionslinienbreite sowie einfacher Farbabstimmung durch Größe oder Zusammensetzung der Partikel. Ein grundsätzliches Problem, das vor der Kommerzialisierung von PeLEDs gelöst werden muss, ist die geringe Beständigkeit von LHPs unter Stromfluss. In herkömmlichen PeLEDs kommt es durch die Injektion von Elektronen in die LHP-Schicht zur irreversiblen Bildung von elementarem Blei und einer Zerstörung der LHP-Struktur. Zusätzlich birgt die hohe Ionenbeweglichkeit in LHPs das Problem, dass ein signifikanter Anteil des Stroms in einer PeLED von Ionen geleistet wird, was keinen Beitrag zur Elektrolumineszenz leistet und sich zusätzlich destabilisierend auf die LHP-Struktur auswirkt. Wir begegnen diesen inhärenten Problemen von PeLEDs mit der Verwendung organischer Pi-Systeme, die als Oberflächenliganden auf den Nanokristallen Verwendung finden. Dort erfüllen sie drei Zwecke: 1) Durch Absättigung von Oberflächendefekten erhöhen sie die PLQY der Nanokristalle. 2) Durch Induktion eines Oberflächendipols erhöhen Sie die Austrittsarbeit der LHP-Schicht und somit die Stabilität unter negativer Aufladung. 3) Die starre Struktur in Verbindung mit den guten Ladungsträgerleitfähigkeiten der organischen Pi-Systeme unterdrückt die Ionendiffusion und erhöht den elektronischen Anteil am Gesamtstrom. Das Projekt untersucht die Auswirkungen dieser Strategie auf PeLEDs, wobei das komplette RGB-Farbschema abgedeckt wird und die Bauteile bezüglich der externen Quantenausbeute, Luminanz und Langzeitstabilität optimiert werden. Computergestützte Modellierungen begleiten die Materialentwicklung und liefern Impulse für deren Optimierung.