Bleifreie Perovksite für die Röntgendetektion

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph J. Brabec, seit 5/2021; Professor Dr. Wolfgang Heiss
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404984854

Auf Metallhaliden basierende Perovskite (MHPs) haben das Gebiet der lösungsprozessierbaren Halbleitermaterialien aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, einfachen Lösungsprozessierbarkeit und geringen Kosten revolutioniert. Solarzellen aus MHPs erreichen annähernd gleich hohe Effizienz wie Silizium Solarzellen. Modernste Entwicklungen versuchen diese MHPs in unterschiedlichsten opto-elektronischen Bauteilen einzusetzen. Die Antragsteller haben für MHPs eine neue Anwendungsrichtung aufgezeigt, und zwar deren Verwendung in Röntgendetektoren. Die erste Arbeit der Antragsteller resultierte in einer lebhaften Entwicklung auf dem Gebiet der Röntgendetektoren in der einschlägigen Literatur. Röntgendetektoren sind im täglichen Leben überall zu finden, in Spitälern wo sie für zur Diagnostik eingesetzt werden, in Flughäfen zur Gepäckskontrolle, und in Technologiefirmen zur Materialkontrolle. Bevor neuartige Röntgendetektoren aus MHPs für kommerziellen Anwendungen in Frage kommen, müssen noch einige wichtige Aufgaben gelöst werden. Die wichtigsten Hindernisse MHPs in kommerziellen Röntgendetektoren einsetzten zu können betreffen deren chemische und strukturelle Instabilität und den Umstand, dass die bisher vorwiegend verwendeten MHPs einen hohen Bleianteil enthalten, was in elektronischen Bauelementen aufgrund der Giftigkeit von Blei verboten ist. Dieses Projekt versucht nun diese Probleme der MHPs ganz allgemein zu lösen, und im Speziellen in Bezug auf Röntgendetektoren.Die untersuchten Röntgendetektoren basieren auf einer Technologie die von uns für die Herstellung von „Wafern“ (Scheiben aus Halbleitern) mit einer Dicke von ca. 1 mm, was für die Absorption von Röntgenstrahlung ideal ist, entwickelt worden ist. Dabei wird über eine Ausfällungsmethode ein Pulver hergestellt, das in einem zweiten Prozessschritt zu einem Wafer gepresst und gesintert wird. Während diese Technologie für bleihaltige MHPs eingeführt worden ist, wollen wir sie in diesem Projekt für bleifreie MHPs erweitern. Im Speziellen wir das Blei durch Zinn, beziehungsweisen Wismut ersetzt. Außerdem werden verschiedene Strategien getestet und entwickelt werden, um die chemische, strukturelle und elektronische Stabilität der MHPs und deren Bauelemente zu verbessern. Dazu werden die neuesten Erkenntnisse aus der MHP-Solarzellentechnologie auf Röntgendetektoren übertragen. Darüber hinaus sind grundlegende Untersuchungen geplant, in Bezug auf die Defektphysik in MHPs, die für die Bauelement-Lebensdauer wichtig ist. Außerdem werden grundlegender Prozesse wie Multiladungsträgeranregung und Ladungsträgervervielfachung untersucht werden, welche zum hohen Röntgenresponse der Bauteile beitragen. Ein tieferes Verständnis dieser Effekte sollte zu einer schnelleren Entwicklung von bleifreien und stabilen Röntgendetektoren beitragen, welche letztendlich als kosteneffektiver Ersatz für die derzeitig teuren Röntgendetektoren in unserem täglichem Leben Verwendung finden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Gebhard Josef Matt, bis 4/2021