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Projekt
Lichtstreuende Grenzflächen mit maßgeschneideter Unordnung und binärem Oberflächenprofil
Antragsteller
Professor Dr. Carsten Rockstuhl; Professor Dr. Ralf B. Wehrspohn
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2015 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278744673
Optische Grenzflächen mit beliebig einstellbarer Lichtstreuung sind eine lang gehegte Vision in Wissenschaft und Technik mit Einsatzmöglichkeiten in einer Vielzahl von Bauelementen, wie z.B. Solarzellen oder OLEDs. Die Herausforderung liegt in der Bereitstellung maßgeschneiderter Eigenschaften, die nicht nur auf eine einzelne, sondern auf ein breitbandiges Spektrum von Wellenlängen optimiert sein sollen. Dabei sind ungeordnete Strukturen streng periodischen signifikant überlegen. Ungeordnet bedeutet allerdings nicht völlig zufällig. Stattdessen ist eine Unordnung mit präzise zugeschnittener Korrelation gefragt, um das volle Potential ungeordneter Strukturen für die Lichtstreuung auszuschöpfen. Darüber hinaus weisen experimentell hergestellte ungeordnete Grenzschichten immer gewisse Korrelationen auf. Dies gilt auch für Herstellungsmethoden, die einen großen Spielraum bzgl. Unordnung bereitstellen. Diese Limitierung verhindert die Bereitstellung von beliebig maßgeschneiderter Unordnung. In dieser zweiten Förderperiode des SPP wollen wir theoretische und skalierbare experimentelle Werkzeuge für die Bereitstellung von großflächigen ungeordneten oder ungeordnet hyperuniformen Grenzflächen entwickeln. Insbesondere wollen wir gestapelte Systeme multipler Grenzflächen mit voneinander unabhängiger Unordnung untersuchen, womit wir die Limitierungen individueller Grenzflächen kompensieren und tatsächlich beliebig maßgeschneiderte Unordnung möglich wird. In der ersten Förderungsperiode wurden maßgeschneiderte ungeordnete Strukturen mit kontinuierlichen Grenzflächen untersucht. Dabei konnte die spektrale Leistungsdichte als zentrale Kenngröße theoretisch herausgearbeitet werden. Experimentell wurden diese Grenzflächen durch das Überwachsen einer ungeordneten Kugelmonolage hergestellt. Eine einzigartige bottom-up Methode erlaubt das präzise Einstellen der lateralen Verteilung der Kugeln und ihrer Größenverteilung. Ein Schlüsselelement der zweiten Förderperiode ist die Verwendung binärer Grenzflächen (Schichten aus Nanolöchern bzw. –scheibchen), anstatt kontinuierlicher Grenzflächen. Solche Schichten besitzen einzigartige Vorteile. Wir wollen eine semi-analytische Streutheorie, die perfekt auf unsere Grenzflächengeometrien zugeschnitten ist und im weiteren das inverse Problem und Formoptimierung angehen. Experimentell konzentrieren wir uns auf binäre Grenzflächen, da solche Systeme eine große Auswahl an Materialien sowie Stapel mit voneinander unabhängiger Unordnung erlauben. Die ungeordneten Grenzflächen werden in Solarzellen oder OLEDs integriert. Insbesondere in diesen Bauteilen erwarten wir einen Performancegewinn durch die Anwendung von gestapelten Grenzflächen, von denen jede einzelne Grenzfläche eine unterschiedliche Unordnung ausweist; angepasst an unterschiedliche Anforderungen. Im Weiteren ermöglicht unser Ansatz mit gestapelten ungeordneten Grenzflächen grundlegende Fragestellungen in ungeordneten Medien zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
