Wurtzitische Zink-basierte Oxynitride als vielversprechende photovoltaische Absorber: Epitaxie, Bandstruktur-Anpassung und Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Marius Grundmann, seit 9/2020
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382451985

Das Projekt zielt auf die Überwindung grundsätzlicher Probleme von Dünnschicht-Solarzellen wie der niedrigen Konversionseffizienz sowie technischer Grenzen beim Einsatz nicht-toxischer Materialien. Zu diesem Zweck soll eine neue Klasse unkonventioneller Halbleiter mit Wurtzit-Struktur entwickelt werden, indem ZnO mit Gruppe-III Nitriden (AlN, GaN, InN) legiert wird. Die Bandstruktur-Anpassung solcher Zink-basierter Oxynitride ist möglich, indem die Valenz- bzw. Leitungsbandkanten moduliert werden. Die Substitution sowohl der Anionen (N auf O-Gitterplatz) als auch der Kationen (Al, Ga oder In auf Zn-Platz) ermöglicht die Abstimmung der Bandstruktur unter Erhaltung der Kristallinität. Als Beleg der Durchführbarkeit konnte in ersten Vorarbeiten die Bandlücke von ZnO-GaN weit unter die Werte der Einzelverbindungen reduziert werden. Für die effektive Energieumwandlung der Solarstrahlung soll der Bandabstand in den Spektralbereich des sichtbaren Lichts oder des nahen Infraroten (nahe 1.3 eV) gebracht werden. Die unmittelbaren Projektziele sind die Erarbeitung neuartiger Konzepte zur Epitaxie dieser Zn-basierten Halbleiter und die Kontrolle der Bandstruktur hinsichtlich der angestrebten photovoltaischen Anwendung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Chang Yang, Ph.D., bis 9/2020