Kristallitgrößenkontrolle in organometallischen Halogenid-Perowskitmaterialien und dessen Auswirkung auf die Ionen- und Defektmigration sowie dessen elektrooptische Eigenschaften zur Anwendung in Solarzellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Köhler, seit 3/2019
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395191217

Perowskite basierend auf organometallischen Halogeniden wie Methylammoniumbleiiodid (MAPI) fanden in letzter Zeit große Beachtung in der Anwendung als Solarzellenmaterialien. Die Effizienz entwickelte rasant von gerade einmal 3% im Jahr 2012 auf kürzlich über 21%. Ihre Zusammensetzung aus reichlich vorhandenen Ausgangsmaterialien und die Möglichkeit, diese bei niedriger Temperatur aus Lösung zu prozessieren, macht diese zu sehr interessanten Materialien für eine dritte Generation an Solarzellen- sowie an LED-Materialien. Trotz der beeindruckenden Entwicklung gibt es noch etliche ungeklärte fundamentale Fragestellungen. Generelle Zusammenhänge aus Stabilität, Fallenzuständen, Unordnung, Ionen- und Defektmigration sind noch nicht umfassend verstanden. Ziel dieses Projektantrages ist es, zunächst eine Methode zu entwickeln, die es erlaubt, die Korngrößen in den Perowskitfilmen auf mehreren Größenordnungen zu kontrollieren, um damit die zusammenhängenden optoelektronischen Eigenschaften zu Untersuchen. Der erste Teile dieses Projektes wird sich mit der Kristallisation und den entsprechenden Wachstums und Kristallisationskinetiken beschäftigen. Dazu soll eine Methode etabliert werden, die es erlaubt mittels kontrolliertem Lösemitteldampf die Kristallisation so zu kontrollieren, dass Nukleation, Wachstum und Koaleszenz beeinflusst werden ohne die eigentliche Prozessierungsmethode oder Prekursorzusammensetzung zu ändern. Eine Kristallitgrößenkontrolle von wenigen Nanometern bis hin zu mehreren Mikrometern soll so erreicht werden. Die Morphologie und Kinetiken werden dabei mit spektroskopischen und mikroskopischen Methoden untersucht. In einem weiteren Teil dieses Projektes, sollen dazu auch in-situ Röntgenstreuexperimente am Synchrotron erfolgen, um die genauen Kinetiken bei der Strukturbildung und Kristallisation zu untersuchen. Der dritte Teil dieses Projektes konzentriert sich auf die optoelektronische Charakterisierung um eine Korrelation mit Korngrenzen zu untersuchen. Dabei werden verschiedene Techniken zum Einsatz kommen, die in meiner Gruppe etabliert sind. Speziell sind für dieses Projekt temperaturabhängige Stromtransienten-, Fluoreszenzmikroskopie, sowie Absorptions- und Photolumineszenzspektroskopie vorgesehen. Ferner sind weitere Techniken wie Elektroabsorptionsspektroskopie und Photoelektronenspektroskopie in meiner Gruppe vorhanden bzw. im Aufbau. Die Kombination dieser Methoden wird ein schlüssiges Bild über den Einfluss der Korngrenzen auf die Ionen- und Defektmigration, entstehender Fallenzustände, Unordnung und Bauteileffizienz, d.h. Ladungsträgertrennung, Transport und Rekombination geben. Somit wird sich ein tieferes Verständnis für die Eigenschaften organometallischer Halogenidperowskite in dünnen Filme entwickeln lassen womit potenzielle Designregeln zur weiteren Anwendung in Solarzellen erstellt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Sven Hüttner, bis 3/2019