Project

Dieses Projekt ist in zwei Teilprojekte unterteilt:

Im Teilprojekt 1) werden die grundlegenden Ablationsprozesse studiert die wichtig sind um dünne Filme herzustellen. Eine der wichtigsten offenen Fragen ist, wie der Ablationsprozess die chemische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials im Film verändert. Weiterhin haben wir nach wie vor kein fundiertes Verständnis des Zusammenwirkens verschiedenster Ablationsparameter auf die Eigenschaften der Filme. Ein grundlegenderes Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen des Ablationsprozesses ist daher notwendig um PLD auf eine rationale Basis zu stellen, die es erlaubt zuverlässiger und vorhersagbarer Filme mit einer komplexen Zusammensetzung und gewünschten Eigenschaften herzustellen.

Im Teilprojekt 2 konzentrieren wir uns auf eine spezielle Klasse von halbleitenden Materialien, sogenannte Oxinitride, die als dünne Filme dargestellt und untersucht werden sollen. Die optischen und elektrischen Eigenschaften dieser Materialien sind sehr attraktiv für Anwendungen im Bereich der solaren Wasserspaltung, wobei der sichtbare Bereich des optischen Spektrums verwendet wird. Fragestellungen die gezielt mit solchen Filmen untersucht werden sollen sind die Korrelation zwischen Effizienz und Kristallinität und die Rolle der Probenoberfläche bei der Wasserspaltung. Die Oberfläche, d.h. die Grenzfläche zwischen Halbleiter und Wasser ist genau der Bereich, in dem die elektro-chemischen Reaktionen stattfinden. Die wohldefinierte Herstellung und Charakterisierung von Oberflächen bzw. Grenzflächen wird daher ein sehr wichtiges Werkzeug für das Verständnis für solare Wasserspaltung sein. Die Ergebnisse dieses Teilprojektes werden auch wichtig für ein zukünftiges, rationales Design neuer Oxinitride mit verbesserter Effizienz sein.

This research project is divided into two sub-projects 1) and 2).

In Sub-project 1) we will investigate the fundamental process of laser ablation to fabricate thin films of different materials. One of the most important open problems is for example the often observed different composition and therefore properties of the deposited thin films as compared to the starting materials, which is caused by various process parameter. Along the same line, we do not have a thorough description of the influence of several inter-correlated experimental parameters on the physical and chemical properties of the film. Despite the widespread use of this technology for thin film deposition of a variety of different materials successful and unsuccessful results are often not supported by a clear understanding of ablation process itself.  A deeper understanding of capabilities and limits of the ablation process will allow a much more reliable and rational application of this technique.

In Sub-project 2) we focus a specific class of semiconductor materials called oxynitrides. This materials offer very appealing optical and electronic properties for application in solar water splitting. This films allows the investigations of their performance as a function of the sample crystallinity and, more importantly, as a function of the sample surface. The surface, or better the interface between the semiconductor and water, is exactly where the electrochemical reaction able to split the water molecules takes place. Well-defined surfaces/interfaces can be obtained with thin films which become for this reason invaluable tools to understand the solar water splitting process. The outcome of this sub-project will help the rational design of new oxynitride materials with improved performance.