Modellierung und Charakterisierung von neuartigen optoelektronischen Bauelementen
Beschreibung
Im Projekt Defect Engineering, Advanced Modelling and Characterization for Next Generation Opto-Electronic-Ionic Devices (OptEIon) untersuchen wir das Zusammenspiel von Elektronen- und Ionenleitfähigkeit in Metall-Halogenid-Perowskit-Halbleitern. Wir planen, Proben zu präparieren, das transiente optoelektronische Verhalten zu charakterisieren und die Effekte elektronischer und ionischer Defekte durch Modellierung der Bauelemente zu verstehen. Schließlich wollen wir die gemischt ionisch-elektronische Leitfähigkeit in neuartigen Bauelementen zur Anwendung bringen.Perowskit-Solarzellen haben aufgrund der hohen Wirkungsgrade (>25%) und der einfachen Präparationsmethoden großes Interesse auf sich gezogen. Der Grund für diese beeindruckenden Ergebnisse ist die hohe Toleranz des Perowskit-Halbleiters gegenüber Defekten. Andererseits leiden Perowskit-Solarzellen und -LEDs unter Instabilitäten, die teilweise durch mobile Ionenladungen verursacht werden. Diese Ionen stammen von Kristalldefekten (z. B. Leerstellen, wie in der Abbildung oben links dargestellt). Abgesehen davon, dass sie ein Stabilitätsproblem darstellen, beeinflussen mobile Ionen die optoelektronische Reaktion des Bauelements, z. B. durch Drift beim Anlegen einer Spannung. Dies führt zu einer verzögerten Reaktion, die z. B. in einer Hysterese bei der Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie oder in unkonventionellen Merkmalen in der Impedanzspektroskopie sichtbar wird.Im Rahmen dieses Projekts wollen wir das Zusammenspiel zwischen ionischer und elektronischer Leitfähigkeit weiter charakterisieren. Wir planen die Herstellung von Perowskit-Filmen, die Charakterisierung ihrer Abhängigkeit von Spannung und Beleuchtung und die Verwendung von Bauelementesimulationen zur Extraktion physikalischer Parameter. Um Einblicke in die nanoskopischen Prozesse zu erhalten, planen wir, AFM-basierte Spektroskopietechniken zu verwenden. Auf der Simulationsseite wollen wir evaluieren, ob und inwieweit die physikbasierte Modellierung durch Ansätze auf Basis von maschinellem Lernen ergänzt werden kann.Das Ziel dieses Projekts ist es, die Wirkung mobiler Ionen zu kontrollieren und sie als Modulator von Verlustprozessen in Solarzellen oder in neuartigen Bauelementen zu nutzen. Ein potentieller Kandidat sind memristive Bauelemente. In solchen Bauteilen hängt die Leitfähigkeit von der Historie des Bauteils ab, zum Beispiel davon, wie viel Strom in der Zeit davor durch das Bauteil geflossen ist. Solche Bauelemente könnten für zukünftige Rechenverfahren wie das neuromorphe Computing interessant werden.
Eckdaten
Projektleitung
Stellv. Projektleitung
Projektteam
Projektstatus
laufend, gestartet 06/2020
Institut/Zentrum
Institute of Computational Physics (ICP)
Drittmittelgeber
European Research Council ERC / Starting Grant
Projektvolumen
1'980'000 EUR
Publikationen
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Roadmap on commercialization of metal halide perovskite photovoltaics
2023 Feng, Shien-Ping; Cheng, Yuanhang; Yip, Hin-Lap; Zhong, Yufei; Fong, Patrick W.K.; Li, Gang; Ng, Annie; Chen, Cong; Castriotta, Luigi Angelo; Matteocci, Fabio; Vesce, Luigi; Saranin, Danila; Carlo, Aldo Di; Wang, Puqun; Wei Ho, Jian; Hou, Yi; Lin, Fen; Aberle, Armin G.; Song, Zhaoning; Yan, Yanfa; Chen, Xu; Yang, Yang (Michael); Syed, Ali Asgher; Ahmad, Ishaq; Leung, Tiklun; Wang, Yantao; Lin, JingYang; Ng, Alan Man Ching; Li, Yin; Ebadi Garjan, Firouzeh; Tress, Wolfgang; Richardson, Giles; Ge, Chuangye; Hu, Hanlin; Karimipour, Masoud; Baumann, Fanny; Tabah, Kenedy; Pereyra, Carlos; Raga, Sonia R.; Xie, Haibing; Lira-Cantu, Monica; Khenkin, Mark V.; Visoly-Fisher, Iris; Katz, Eugene A.; Vaynzof, Yana; Vidal, Rosario; Yu, Guicheng; Lin, Haoran; Weng, Shuchen; Wang, Shifeng; Djurišić, Aleksandra B.
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Mixed ionic electronic conductivity in metal halide perovskites and its effects on solar cells
2022 Tress, Wolfgang
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Device physics of perovskite solar cells
2022 Tress, Wolfgang
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Simulating the transient luminescence of perovskite light-emitting diodes under pulsed operation
2022 Torre Cachafeiro, Miguel Angel; Kumar Kumawat, Naresh; Gao, Feng; Tress, Wolfgang
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2D/3D hybrid Cs2AgBiBr6 double perovskite solar cells : improved energy level alignment for higher contact‐selectivity and large open circuit voltage
2022 Sirtl, Maximilian T.; Hooijer, Rik; Armer, Melina; Ebadi Garjan, Firouzeh; Mohammadi, Mahdi; Maheu, Clément; Weis, Andreas; van Gorkom, Bas T.; Häringer, Sebastian; Janssen, René A. J.; Mayer, Thomas; Dyakonov, Vladimir; Tress, Wolfgang; Bein, Thomas
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Performance boosting polymeric finish layer for perovskite solar cells
2022 Mohammadi, Mahdi; Ebadi Garjan, Firouzeh; Tress, Wolfgang
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Cs2AgBiBr6Double perovskites as lead‐free alternatives for perovskite solar cells?
2021 Tress, Wolfgang; Sirtl, Maximilian T.
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Perovskite solar cells
2021 Tress, Wolfgang
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The various effects of ion migration on perovskite devices
2021 Tress, Wolfgang
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Characterizing perovskite solar cells and LEDs.
2021 Tress, Wolfgang
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Physics of perovskite optoelectronic devices
2021 Tress, Wolfgang
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The bottlenecks of Cs2AgBiBr6 solar cells : how contacts and slow transients limit the performance
2021 Sirtl, Maximilian T.; Ebadi, Firouzeh; van Gorkom, Bas T.; Ganswindt, Patrick; Janssen, René A. J.; Bein, Thomas; Tress, Wolfgang
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Mobile ions determine the luminescence yield of perovskite light-emitting diodes under pulsed operation
2021 Kumawat, Naresh Kumar; Tress, Wolfgang; Gao, Feng
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In-Operando PL measurements on perovskite solar cells with and without phase-segregation
2021 Ebadi Garjan, Firouzeh; Yang, Bowen; Tress, Wolfgang
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When photoluminescence, electroluminescence, and open-circuit voltage diverge : light soaking and halide segregation in perovskite solar cells
2021 Ebadi Garjan, Firouzeh; Yang, Bowen; Kim, YeonJu; Mohammadpour, Raheleh; Taghavinia, Nima; Hagfeldt, Anders; Tress, Wolfgang
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Device physics of perovskite solar cells
2020 Tress, Wolfgang