SPP 2196 - Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
Eine neue Klasse von hybriden organisch-anorganischen bleihalogeniden Perowskit-Halbleitern hat weltweit hohe Beachtung gefunden seit Berichte in 2012 über hohe Wirkungsgrade publiziert wurden. In nur wenigen Jahren konnten Wirkungsgraden von über 23% erreicht werden. Trotz dieses rasanten Fortschritts in diesem aufkommenden Forschungsfeld sind die Mechanismen, die zu dieser außergewöhnlichen Performance führen nur unzureichend verstanden.
Derzeit wird durch Prozessierungsoptimierung die ursprünglich simple Perowskit-Struktur immer komplexer, was zu neuen Herausforderungen ihres Phasenverhaltens führt. Zusätzlichen sind Degradationsmechanismen und die Rolle des giftigen Bleis (und dessen Ersatz für hoch-effizienten Zellen) bisher ungeklärt.
Forscher weltweilt haben angefangen die speziellen Eigenschaften dieser Materialklasse und deren Anwendungen, die Rolle der verschiedenen eingesetzten Komponenten und die Kontrolle über die Parameter, die die Solarzellenperformance dominieren zu untersuchen. Um das volle Potenzial dieser neuen und spannenden Klasse von Halbleitern in der Solarzellenforschung und darüber hinaus auszuschöpfen, wird eine konzentrierte Anstrengung benötigt, um eine fundamentale und zuverlässige Wissensbasis zu erlangen. Der Schwerpunkt dieses SPPs liegt bei der Untersuchung fundamentaler Funktionsmechanismen. Dies schließt strukturelle, optische, elektronische und magnetische Eigenschaften ein und – äußerst wichtig – deren Zusammenspiel.
Für Anwendungen z.B. in der Photovoltaik oder Optoelektronik wichtig, ein genaues Verständnis der Defekt-Eigenschaftskorrelationen zu erhalten.Das Projekt bringt Expertise in chemischer Synthese (Polarz), Physik von Halbleiternanostrukturen (Schmidt-Mende) und ortsaufgelösten Messungen (Weber, Deschler) zusammen, um folgende Aspekte zu adressieren: Aerosolsynthese von MAPX (CH3NH3PbX3), Rolle von Kristallorientierung und Grenzflächen bzgl. optischer und elektronischer Eigenschaften, Rolle von kontrollierter Dotierkonzentration (Stöchiometrie) in funktionalisiertem MAPX, die neue Fremdelemente enthalten.
Mittels C-AFM und zeitaufgelöster Kelvinsondenmikroskopie werden wir den Einfluss der Stöchiometrie und/oder von Defekten auf die lokale elektrische und die ionische Leitfähigkeit untersuchen. Darüber hinaus werden wir mittels korrelierter piezoresponse Kraftmikroskopie (PFM) den Einfluss von ferroelastischen Domänen dokumentieren.