Sophia Westendorf, Universität Tübingen

Umweltverträgliche Quantenpunkte für energie-effiziente optoelektronische Anwendungen

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Dieses Dissertationsprojekt schafft die elektronischen und elektrochemischen Grundlagen für die Verwendung von umweltfreundlichen Indiumantimonid Quantenpunkten (InSb QDs) als Substitut für herkömmliche, toxische QDs in Halbleiteranwendungen für die Energiewende. 

Zu diesem Zweck werden mehrere spektroskopische sowie (spektro-) elektrochemische Methoden zu einer ganzheitlichen Analyse von QDs mit starker Lichtabsorption im Nahinfrarot Bereich (NIR QDs), angewendet. Der Fokus liegt hierbei auf der Untersuchung von InSb QDs, einer neuartigen IR-aktiven Materialklasse mit hohem Potenzial für die energie-effiziente Halbleitertechnik, z.B. für Solarzellen, IR-Detektoren, LEDs und Quantencomputer. Gegenüber den zurzeit verwendeten und kürzlich mit dem Chemienobelpreis ausgezeichneten QD Materialien wie CdSe, InAs oder PbS mit toxischen Komponenten haben InSb QDs das Alleinstellungsmerkmal, dass sie grundsätzlich ähnliche Eigenschaften aufweisen, jedoch ökologisch weitestgehend unbedenklich sind. 

Die Arbeit umfasst die Untersuchung der Bandstruktur, Energieniveaus und optischen Eigenschaften von InSb QDs sowie der Effekte verschiedener Liganden. Ziel ist es, ein umfassendes Verständnis für die Zusammenhänge zwischen den Parametern wie Größe und Ligandensystem der QDs und ihren elektronischen Eigenschaften zu entwickeln und damit zur Weiterentwicklung dieser faszinierenden Nanomaterialien für zukünftige energie-effiziente optoelektronische Anwendungen beizutragen. 

Damit soll diese Arbeit einen wichtigen Beitrag im Sinne einer transformativen Materialchemie leisten, die nicht nur die naturwissenschaftliche Machbarkeit, sondern auch die ökologische Verträglichkeit von Materialien für die Energiewende im Zentrum trägt. Im Falle der deutlich umweltverträglicheren InSb QDs ist dazu ein besseres Verständnis ihrer elektronischen Struktur nötig, um Fortschritte in den Synthesetechniken, in der Kontrolle der größenabhängigen Eigenschaften und damit in der Entwicklung kostengünstiger, lösungsverarbeiteter optoelektronischer Geräte mit verbesserter Leistung und Vielseitigkeit zu erzielen.