Panorama

Perowskite für die Optoelektronik

22.07.2019 - Start des Forschungsprojekts PerovsKET an der Universität Wuppertal.

Ein Team des Lehrstuhls für Elek­tronische Bauelemente an der Bergischen Univer­sität Wuppertal will den Weg für eine techno­logische Revolution ebnen. Dazu starten sie das Projekt „PerovsKET – Verbesserung der Mikro­struktur von Perowskiten mittels thermischem Nanoimprint als Schlüssel­technologie für großflächige Perowskit-Optoelektronik“. Kooperations­partner sind die Unternehmen AMO in Aachen und NB Technologies in Bonn. Das Projekt zur Erforschung wichtiger Basis­technologien für die Informations- und Kommunikations­technik der Zukunft wird aus dem Euro­päischen Fonds für regionale Entwicklung und vom Land Nordrhein-Westfalen über eine Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt rund anderthalb Millionen Euro gefördert. 530.000 Euro gehen an die Bergische Uni.

Die Kombination elektronischer und photonischer Schaltungen auf einem Mikrochip stellt hinsichtlich Übertragungs­geschwindigkeit und Effizienz Funk­tionalitäten in Aussicht, die bislang nicht erreicht wurden. Neben der Informations- und Kommunikations­technik finden sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sensorik bis hin zu „Labor-auf-dem-Chip“-Lösungen. Der integrierten Opto­elektronik fehlt allerdings die zentrale Komponente: eine geeignete Lichtquelle, die sich in Silizium­chips integrieren lässt. Hier kommen neue Halbleiter aus der Material­klasse der Perowskite ins Spiel. Sie weisen großes Potenzial für die Integration in die Silizium-Elektronik auf. Als wichtige Vorarbeit wurde in Zusammen­arbeit des Lehrstuhls für Elek­tronische Bauelemente unter Leitung von Thomas Riedl und der Arbeitsgruppe Mikrostruktur­technik unter Leitung von Hella-Christin Scheer ein neuartiger Herstellungs­prozess für besonders defektarme Perowskit-Schichten entwickelt. 

Dabei werden die aus einer Lösung aufgebrachten Schichten mittels eines thermischen Verfahrens rekristal­lisiert. „Sehr vereinfacht gesprochen, werden die anfangs sehr rauen und defektreichen Perowskit-Schichten mit einem sehr präzisen Bügeleisen glattgebügelt. Dadurch werden nicht nur optische Verluste durch Licht­streuung reduziert, sondern es werden auch Struktur­defekte im Perowskit-Halbleiter beseitigt, die Lasertätigkeit erschweren oder unmöglich machen. Auch eine Strukturierung der Perowskit-Schichten mit photonischen Resonator­strukturen, die für einen Laser benötigt werden, wird dadurch möglich“, erklärt Riedl. Das Verfahren sei für etablierte Halbleiter aussichtslos. „Erst die spezifischen Kristall­eigenschaften der Perowskite ermöglichen dieses Vorgehen“, ergänzt der Wissen­schaftler.

Ziel des Projekts PerovsKET ist es, die entwickelte Prozess­technik besser zu verstehen und das bisher noch in den Perowskiten enthaltene Blei durch andere Metalle zu ersetzen. Der Bonner Projektpartner NB Tech­nologies bringt ein patentiertes Nanoimprint-Verfahren mit innovativen Stempeln in das Projekt ein. Die Aachener AMO GmbH wendet innovative Struk­turierungs­verfahren an, um die verbesserten Perowskit-Materialien in silizium­basierte Chipsysteme zu integrieren. Die nanophotonischen Bauelemente sollen eine wesentlich verbesserte Leistungs­fähigkeit demonstrieren und Rekordwerte auch auf größeren aktiven Flächen als bisher erreichen. „Idealerweise leisten unsere Arbeiten auch einen wesentlichen Beitrag im globalen Rennen um die erste Perowskit-Laserdiode. Das über­geordnete Ziel bleibt aber die integrierte Opto­elektronik, um das Beste aus der Welt der Elektronik und der Photonik zu vereinen“, sagt Riedl.

BU Wuppertal / JOL

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