Thermischer Transport in Metallhalid-Perowskithalbleitern unter Betriebsbedingungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Ralf Heiderhoff
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508311353

Metallhalid-Perowskite werden aufgrund ihrer herausragenden (opto-)elektronischen Eigenschaften in vielen technischen Anwendungen immer wichtiger. In einer Vielzahl von Anwendungen in Bauelementen, wie Leuchtdioden und Lasern, gewinnt das Wärmemanagement immer mehr an Bedeutung. Daher ist die Analyse des Wärmetransports in diesen organisch-anorganischen Perowskiten und darauf basierender Bauelemente unverzichtbar. Grundlegende Wärmetransportanalysen von Metallhalid-Perowskithalbleitern unter Betriebsbedingungen bilden den Kern dieses Projekts. Insbesondere werden wir uns auf anorganische Perowskite (CsPbX3, X = Br und Cl) konzentrieren, die für lichtemittierende Bauelemente vielversprechend sind und eine ermutigende thermische Stabilität bieten. Unsere Forschung zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis des Wärmetransports in rein anorganischen Metallhalid-Perowskiten und seiner Auswirkungen auf betriebene Bauelemente zu erlangen. Hierbei werden thermische Raster-Nahfeld-Mikroskopieuntersuchungen (thermische Leitfähigkeiten, Wärmeleitfähigkeiten und volumetrische Wärmekapazitäten) durch Röntgenbeugung, Raman-Spektroskopie, Elektronenrückstreuungsbeugung, elektrische Charakterisierung und (zeitaufgelöste) Photolumineszenzspektroskopie ergänzend analysiert, um Zugang zu Materialeigenschaften, wie Kristallinität und Kristallorientierung, Trägerdichten, Mobilitäten, dielektrischen Eigenschaften, und Rekombinationsraten, in diesen Halbleitern zu erhalten.Die Untersuchungen werden an dünnen Filmen in Abhängigkeit von Temperatur und Filmdicken durchgeführt, die einen erheblichen Einfluss auf die Wärme-, Kristall- und Ladungstransporteigenschaften haben können. Die 0D-, 2D- und 3D-Polymorphe von Cs-Bleihalogeniden werden ebenfalls evaluiert. Die thermischen Eigenschaften werden in Bezug auf aktiv betriebene Bauelemente in Abhängigkeit von Ladungsträger-/Exzitonenkonzentrationen explizit untersucht. Änderungen der thermischen Eigenschaften, die sich aus Degradation von Perowskitstrukturen aufgrund von Temperatur und angelegten elektrischen Feldern ergeben, werden analysiert. Der Wärmetransport von Metallhalid-Perowskiten zu benachbarten Funktionsschichten wird evaluiert. Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung einer Basis, die es ermöglicht, die typischerweise betrachtete elektrooptische Beschreibung von Metallhalid-Perowskit-Bauelementen durch eine thermische Beschreibung zu ergänzen, mit der grundlegende Wärmeübertragungseigenschaften innerhalb der aktiven Schichten und der Grenzflächen zu benachbarten Materialien beschrieben und vorhergesagt werden können.Wir gehen davon aus, dass die in diesem Projekt geplanten Ergebnisse für die Optimierung des Wärmemanagements von Metallhalid-Perowskit-Bauelementen, wie LEDs und Laser, von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus gehen wir davon aus, dass auch andere Anwendungen, wie thermoelektrische Bauelemente, von den in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnissen profitieren können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Thomas Riedl