Lösungsmittelfreie, skalierbare Abscheidung von Metallhalogenidperowskiten durch Magnetronsputtern für hocheffiziente Solarzellen

• Antragstellerin: Iryna Galstian, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554795821

Metallhalogenidperowskite (MHP) sind aufgrund ihres hohen Absorptionskoeffizienten für eine Vielzahl von Anwendungen wie Photovoltaik, Leucht- und Laserdioden und Röntgendetektoren von großem Interesse. Sie haben hohe optische Konstanten, eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit, einen großen Ladungsträgerdiffusionsbereich und die einzigartige Fähigkeit, die Bandlücke dynamisch anzupassen, was für Halbleiteranwendungen entscheidend ist. Die hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften von MHP sind mit denen herkömmlicher anorganischer Halbleiter wie GaAs vergleichbar, aber sie sind relativ einfach und viel billiger zu synthetisieren. Technische Verbesserungen der Perowskit-Formulierungen und -Herstellungsverfahren haben zu erheblichen Verbesserungen der Energieumwandlungseffizienz geführt, aber da die Perowskit-Technik noch relativ neu ist, besteht noch viel Raum für weitere Forschung im Bereich der physikalischen und chemischen Grundlagen der Perowskite. Das Projekt STELLAR verbindet die technologieorientierte Forschung im Zusammenhang mit der lösungsfreien Mechanosynthese von Pulvern mit der magnetrongesputterten Schichtabscheidung zur Herstellung stabiler hybrider organisch-anorganischer MHP mit der Erforschung der physikalischen Mechanismen, die den außergewöhnlichen Eigenschaften der untersuchten Systeme zugrunde liegen, und der Möglichkeit, diese zu optimieren. Die Bestimmung der Rolle der Vorläufer-Stöchiometrie während der Mechanosynthese, des Einflusses der Parameter der Targetpräparation und der Details des Sputterns auf die Eigenschaften der abgeschiedenen Filme, die Untersuchung ihrer Struktur und ihrer spektroskopischen Eigenschaften werden neue Informationen über die Stabilität und die Degradationsprozesse von hybriden organisch-anorganischen Perowskiten liefern. Die gesputterten Schichten werden auf Glas/ITO/ladungsgekoppelten Schichten abgeschieden, um die optimalen Abscheidungsparameter für die Bildung von Schichten auf verschiedenen Substraten zu bestimmen, die später für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Es werden sowohl die Oberflächenmorphologie der Targets als auch der resultierenden Perowskit-Dünnschichten sowie die Oberfläche und der Querschnitt der abgeschiedenen Dünnschichten untersucht. Die Rauheit der Schichten, ihre Zusammensetzung und kristalline Struktur werden charakterisiert und die Phase und Orientierung der Perowskit-Schicht wird bestimmt. Die optischen Eigenschaften von Filmen, die aus verschiedenen Targets abgeschieden werden, werden bestimmt und die energetische Unordnung in den abgeschiedenen Schichten wird als Funktion der strukturellen Eigenschaften bewertet. Insgesamt werden die Ergebnisse dieser Arbeit es uns ermöglichen, Perowskit-Schichten von hoher optoelektronischer Qualität und Stabilität zu erhalten und die physikalischen Mechanismen zu verstehen, die eine Abstimmung ihrer Eigenschaften für eine schnelle Integration solcher Strukturen in fortschrittliche Solarzellen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle