Drift-Diffusions-Transport-Reaktions-Modellierung von Dotierstoffen und ionischen Defekten in Halbleiterbauelementen (DIDIT) (DIDIT)

Beschreibung

Die Beherrschung der intrinsischen und extrinsischen Dotierung von Halbleitern ist entscheidend für die Funktion und den Erfolg optoelektronischer Bauelemente auf der Basis dieser Materialien. Analytische und numerische Modelle zur Beschreibung der physikalischen Eigenschaften dieser Systeme haben bedeutende Fortschritte auf den Gebieten der organischen Halbleiter (OSCs) und der Halogenid-Perowskite (HaP) ermöglicht. Dennoch fehlen derzeit Modelle, die eine umfassende Beschreibung der Transport- und Reaktionseigenschaften von Dotierstoffen und ionischen Defekten bieten.

Dies führt zu einer Wissenslücke, die die Identifizierung und das Verständnis grundlegender Prozesse erschwert, welche dem komplexen elektrischen Verhalten von Bauelementen auf der Basis dotierter Polymer-OSCs sowie gemischt ionisch-elektronisch leitender HaPs zugrunde liegen.

Das Projekt DIDIT widmet sich der Überwindung dieser Einschränkung für die beiden genannten Anwendungsbereiche.

Insbesondere ist die Modellierung von Drift und Diffusion von Dotierstoffen in OSCs unerlässlich, um die Auswirkungen einer Umverteilung der Dotierstoffe während des Bauelementbetriebs zu untersuchen – ein zentraler Aspekt, der häufig die Auswahl geeigneter chemischer Strukturen für Dotierstoffe einschränkt. 

Im Rahmen von DIDIT wird eine Reihe von Modellen entwickelt, die eine umfassende Modellierung von Transport- und Reaktionsprozessen bei Dotierstoffen und ionischen Defekten in Halbleitern ermöglichen. Eines der Modelle wird den Dotierungsmechanismus in OSCs behandeln und dabei explizit nicht reagierte Dotierstoffe, Ladungstransferkomplexe (zwischen Dotierstoffen und OSCs) sowie ionisierte Dotierstoffe und deren jeweiligen Transport berücksichtigen. Dieses Modell wird in den etablierten Drift-Diffusions-Rahmen für elektronische Ladungsträger integriert.

Zweitens sieht das Projekt die Implementierung eines Transport-Reaktions-Modells vor, das für die Elektrochemie von Halogenid-Perowskit-Materialien und entsprechenden Bauelementen von Bedeutung ist.

Zusammenfassend verfolgt DIDIT einen multidisziplinären Ansatz zur Entwicklung und Validierung von Modellen, die ein besseres Verständnis grundlegender Fragen zu Leistungsinstabilität und Degradation organischer sowie HaP-basierter optoelektronischer Bauelemente ermöglichen.

Die geplanten Arbeiten liefern neuartige analytische und numerische Werkzeuge, um mechanistische Interpretationen für komplexe experimentelle Daten zu formulieren und zu überprüfen. Indem das Projekt zentrale Herausforderungen beim Einsatz von Materialien für Energie- und Optoelektronikanwendungen adressiert, werden zudem vielversprechende Strategien zur Problembewältigung sowie neue Möglichkeiten im Bauelementdesign aufgezeigt – etwa dort, wo die Transport- und Reaktionseigenschaften von Dotierstoffen und ionischen Defekten neuartige Funktionalitäten ermöglichen.

Eckdaten