Perowskit Nanokristalle

In dieser Maturitätsarbeit wurden anorganische Perowskit-Nanokristalle synthetisiert und auf ihre optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften hin untersucht. Diese extrem kleinen Halbleiterkristalle werden auch Quantenpunkte genannt. Zudem wurde mit organischen Kohlenstoff-Quantenpunkten die Möglichkeit einer weniger toxischen und umweltverträglicheren Alternative untersucht. Was diese Quantenpunkte so interessant macht, ist ihre Fähigkeit, hocheffizient reines Licht zu erzeugen. Diese Lichtquellen sind sehr breit anwendbar in verschiedenen Bereichen wie der Optoelektronik und Biomedizintechnik. Bereits heute gibt es auf Quantenpunkten basierende QLED Displays und Perowskit-Solarzellen mit Rekordeffizienzen. Zudem haben sich Kohlenstoff-Quantenpunkte als geeignet für biologische Bildgebungsverfahren oder als Wirkstoffträger erwiesen. Die Untersuchung der Proben erfolgte durch Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie, UV/VIS- und Photolumineszenzspektroskopie sowie durch Bestimmen der Quantenausbeute. Zum Einordnen der Resultate wurden die theoretischen Grundlagen der Quantenphysik erarbeitet. Die Bandlücken-Energie wurde durch den Tauc-Plot ermittelt und betrug bei den Perowskit-Nanokristallen zwischen 1.89 und 2.66 eV. Das bedeutet, dass ein grosser Teil des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums abgedeckt werden konnte. Für optoelektronische Anwendungen ist es wichtig, dass die Lichtquelle möglichst monochromatisches Licht ausstrahlt, was auf den Photolumineszenz-Spektren durch schmale Peaks nachgewiesen werden konnte. Hierfür ist eine einheitliche Morphologie und Partikelgrösse relevant, welche auf den Bildern aus dem Elektronenmikroskop sichtbar wird. Bei den Perowskit-Nanokristallen wurden hohe Quantenausbeuten von bis zu 61% erzielt. Im Vergleich konnte bei den Kohlenstoff-Quantenpunkten vorerst nur einer Effizienz von 13% erreicht werden.