Perowskit Heterostruktur-Untersuchungen mit Vakuumverdampfung und Röntgenbeugung - PHIVE-X

01.10.2019 bis 30.09.2022

Perowskit-Solarzellen haben sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und bereits Effizienzen von weit über 20% erreicht, was nahe der thermodynamischen Grenze (Shockley-Queisser) liegt. Darüber hinaus ermöglichen Hybrid-Perowskite eine direkte Abscheidung in einen zwei-dimensionalen Schichtstapel durch geschickte Wahl des organischen Kations, wodurch sich eine Vorstrukturierung ergibt. Bei solchen Perowskiten ist eine drastisch erhöhte Stabilität zu beobachten, selbst im Falle einer bloß dünnen Schicht von 2D-Perowskiten als Barriere auf einem dickeren “3D” Film. In diesem Projekt adressieren wir die bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften und wie diese von Effekten der Dimensionalität beeinflusst werden. Dafür nutzen wir Vakuumverdampfung zur Abscheidung der Perowskite. Obwohl selbst-strukturierte 2D-Perowskite aus Lösungen bereits demonstriert wurden, ist die Herstellung von 2D-Perowskiten mittels hochpräziser Vakuumverfahren bisher nicht erforscht. In PHIVE-X nutzen wir die vielseitige Einstellbarkeit der Kristallstruktur und der elektronischen Eigenschaften der Perowskite, um zwei Hauptpfade zu verfolgen: Realisierung von vakuumverdampften, selbststrukturierten 2D Perowskiten und Herstellung hochpräziser Dünnfilmstapel alternierender Perowskite mit verschiedener Stöchiometrie – erzwungene 2D Perowskite. Letztere stellt lediglich mit der einzigartigen Abscheidungskontrolle der Vakuummethoden einen gangbaren Weg dar. Hiermit erweitern wir die mögliche Materialauswahl und eröffnen ein vollkommen neues Feld der Perowskitforschung. Durch präzise Kontrolle der Stöchiometrie während des Aufwachsens können Bandlücke und Brechungsindex der ultradünnen Schichten nach belieben geändert werden. Es sollen die so gegebenen Möglichkeiten – insbesondere die Anpassung der Bandlücke um fast 0,8 eV durch Austausch von Iod und Brom sowie Methylammonium und Formamidinium – umfassend in optoelektronischen Bauteilen ausgenutzt werden. Beide Arten der 2D Perowskite – selbstrukturiert und erzwungen – werden in Solarzellen und licht-emittierenden Bauelementen implementiert und bezüglich ihrer Leistung und Stabilität untersucht. Mit erzwungenen 2D Perowskiten werden zudem Doppelheterostrukturen und Übergitter gebaut. Bei korrekter Anpassung der Konstituenten ergibt sich durch Ladungsträger- und Lichteinschluss ein weiter Spielraum für Anwendungen wie etwa Perowskit-Laser. Die mit dieser Methode hergestellten, neuartigen Strukturen sollen ausführlich auf ihre strukturellen, optischen und elektronischen Eigenschaften untersucht werden, wobei sich die speziellen Erfahrungen der Dresdner und Tübinger Gruppen ideal ergänzen.