Excitation spectroscopy on individual methylammonium lead Iodide perovskite crystals. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Organometallische Halogen Perowskite haben sich in den letzten Jahren zu vielversprechenden Materialien für photoelektrische Anwendungen entwickelt. Ihre exzellente Ladungsträger-Transporteigenschaften und ihre günstige Synthese machen sie zu einem perfekten Kandidaten für Solarzellen. Jedoch sind die fundamentalen photophysikalischen Mechanismen weitgehend unverstanden. Zum Beispiel machen inhomogene Kristallschichten es schwer ihr physikalisches Verhalten vorherzusagen. Hierbei können Untersuchungen an kleinen individuellen Kristallen helfen, grundlegende Vorgänge nachzuvollziehen, die sich unterhalb des Gesamtmittels von Kristallfilmen befinden. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Messen von Absorptionsspektren von Nanometer großen Methylammonium Blei Iodid MAPbI3 Kristallen. Jedoch kann die absorbierte Intensität von solchen Kristallen kaum gemessen werden. Da aber MAPbI3 Perowskite gut fluoreszieren, kann mithilfe der Kasha-Vavilov Regel das Absorptionsspektrum mittels der sogenannten Anregungsspektroskopie gemessen werden. Auf dieser Grundlage werden in dieser Arbeit die Absorptions- und die sogenannten Anregungsspektren von großen Kristallen mit den Anregungsspektren von individuellen Kristallen zwei verschiedener Syntheseprozesse verglichen. Weiterhin wird ein Superauflösungs-Algorithmus auf die Daten angewandt um die exakte Emissionspositionen Photolumineszenz (PL) -Lokalisierung) abhängig von der Anregungswellenlänge bestimmen zu können. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Messungen Abweichungen der Anregungsspektren bei kürzen Wellenlängen und Verschiebungen der PL Lokalisierung für Kristalle mit hohen Defektdichten aufgewiesen haben. Aufgrund dieser Daten und weiteren Messergebnissen, die nicht Teil dieser Arbeit sind, wurde ein möglicher Erklärungsansatz entwickelt. Defekte, die nur für höher energetische Ladungsträger erreichbar sind können die Quantenausbeute für jeweilige Anregungswellenlängen verringern. Demzufolge ist die Kasha-Vavilov Regel nicht mehr gültig und das Anregungsspektrum weist Abweichungen zum Absorptionsspektrum auf. Jedoch ist die Natur solcher Defekte immer noch weitestgehend unerforscht und es müssen erst weitere Experimente durchgeführt werden um die beobachteten Effekte gänzlich beschreiben zu können.
Adsorption und Interkalation von Alkalimetallen auf reinem und graphenbedecktem Ir(111). - 118 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung einer Iridium (111)-Oberfläche hinsichtlich der Adsorption und Interkalation zweier Alkalimetalle. Die Untersuchung findet mittels hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie und niederenergetischer Elektronenbeugung statt. Analysiert wird die Adsorption von Alkalimetallatomen, sowie deren Interkalation zwischen dem Iridiumsubstrat und einer Graphenschicht. Verwendet wird das leichteste, metallische Alkalimetall Lithium sowie das schwerste, noch stabile Alkalimetall Cäsium. Ein Vergleich der Alkalimetalle zeigt große Unterschiede in der Ausbildung von Überstrukturen und im Schwingungsverhalten. Cäsium lagert sich ungeordnet auf der Oberfläche an, während Lithium komplexe Strukturen, aufgeteilt in bis zu drei Domänenarten, bildet. In den Vibrationsspektren verursacht Cäsium lediglich eine Schwingung vertikal zur Iridium (111)-Oberfläche. Im Gegensatz dazu weisen die Lithiumspektren zwischen vier und sechs Signaturen auf, deren Energie teilweise außerhalb des in dichtefunktionaltheoretischen Rechnungen vorhergesagten Bereiches liegt. Bezüglich der Mechanismen Adsorption und Interkalation zeigt Cäsium nur geringe Unterschiede. In beiden Fällen wird keine Überstruktur und lediglich eine Schwingung senkrecht zum Substrat beobachtet. Es gibt jedoch eine Verschiebung in deren Energie. Bei Lithium unterscheiden sich die Mechanismen stark. Die Adsorption weist klare Überstrukturen in den Beugungsbildern und bis zu sechs deutliche Vibrationen in den Schwingungsspektren auf. Bei der Interkalation lagern sich die Lithiumatome hingegen ungeordnet an und es zeigt sich nur noch eine deutliche Signatur. Diese verändert ihre Position gemäß dem Modell von Lucas und Mahan mit steigender Bedeckung deutlich hin zu höheren Energien. Bei der Interkalation wird außerdem ein Plasmon und die Existenz einer Fano-ähnlichen Signatur beobachtet. Zusätzlich wird die Zeitabhängigkeit der untersucht. Nach einer Messdauer von zwei Tagen zeigen sich beim Lithium starke Veränderungen sowohl der Überstrukturen, als auch der Schwingungsspektren. Die Ergebnisse des Cäsiums bleiben auch nach langer Wartezeit unverändert.
Beschichtung einer W(110)-Oberfläche mit ultradünnen Eisenfilmen für spinaufgelöste Rastertunnelmikroskopie. - 35 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die Spin-Polarisierte Rastertunnelmikroskopie (SP-STM) erlaubt die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Nanostrukturen mit atomarer Auflösung. Um spin-aufgelöste Messungen durchführen zu können, müssen die Proben und das Rastertunnelmikroskop (STM) entsprechend vorbereitet werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Oberflächen- und Spitzenpräparation für SP-STM Messungen an einem komerziellen Createc-STM. Durch Aufdampfen von anderthalb Eisenmonolagen auf gereinigtes W(110) wurde eine Oberfläche mit magnetischem Kontrast erzeugt, da die Eiseninseln auf der zweiten Monolage unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Eine Wolframspitze wurde mit Chrom bedampft und dadurch für Spin-ahängige Messungen vorbereitet. Auf dem Substrat sollen in weiteren Untersuchungen die Ausrichtung magnetischer Moleküle in Abhängigkeit der Magnetisierung der einzelnen Inseln gemessen werden.
Graphennanoflocken auf Metalloberflächen. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Inbetriebnahme und Optimierung eines Elektronenstrahlverdampfers zur Kohlenstoffabscheidung in einem Rastertunnelmikroskop. Der anfangs zu geringe Fluss an C-Atomen konnte mittels eines selbstgebauten Filaments sowie einer alternativen Spannungsquelle verbessert werden. Die Funktionsweise des Verdampfers kann mittels Rastertunnelmikroskop - Untersuchungen auf einem Au(111) - Substrat nachgewiesen werden. Bei nicht zu großer Bedeckung sammeln sich die aufgedampften C-Atome an den Ecken der charakteristischen Herringbone-Rekonstruktion des Substrates. Im zweiten Teil der Arbeit werden wiederum mittels des Verdampfers Graphennanoflocken auf einem Ir(111) - Substrat hergestellt. Neben verschiedenen topografischen Untersuchungen, wie zum Beispiel die Herkunft des auftretenden Moirémusters sowie die Betrachtung der Randstruktur, werden insbesondere mittels Rastertunnelspektroskopie die elektronischen Eigenschaften vermessen. Hierbei können beispielsweise ein weiterhin sichtbarer Ir-Oberflächenzustand sowie mehrere deutliche Phononensignaturen des Graphens nachgewiesen werden. Mit Hilfe der I(z)-Spektroskopie wird außerdem die Austrittsarbeit der Probe gemessen.
Investigation and development of hydrogen concentration in a-SiNx passivation layer deposited by PECVD on the p-type crystalline silicon substrate. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Der Wirkungsgrad von Solarzellen kann durch lichtinduzierte Degradation (LID) bis zu zehn Prozent reduziert werden. Die durch den Czocharalski Prozess gewachsenen kristallinen Silizium-Solarzellen weißen eine hohe Konzentration an Sauerstoffverunreinigung auf, welche mit den Dotierungselement Bor unter Beleuchtung reagieren. Es bilden sich sogenannte rekombinationsaktive Bor-Sauerstoff-Komplexe. Diese verursachen das rekombinationsaktive Energieniveau in der Bandlücke, welches die SRH-Rekombination steigert. Dies reduziert die Lebensdauer der Ladungsträger in den Zellen. Im Jahr 2006 wurde beobachtet, dass eine Umwandlung von Bor-Sauerstoff-Komplexen, durch eine verstärkte Trägerinjektion (Beleuchtung) bei erhöhten Temperaturen stattfindet. Dies führte zu einer vollständigen Wiederherstellung der Bulk-Lebensdauer und damit zur Steigerung der Effizienz des p-typ Cz-Silizium-Solarzellen [2]. Im Jahr 2009 hat Münzer [3] diese Eigenschaft hauptsächlich auf die Anwesenheit von Wasserstoff zurückgeführt. Durch den contact-firing Prozess diffundiert der Wasserstoff vom amorphen Siliziumnitrid (a-SiNx:H) in das Silizium Substrat. Ein Zusammenhang zwischen der Regeneration der B-O-Komplexe zu der Konzentration von einatomigem Wasserstoff im Si-Bulk wurde in der Literatur kürzlich diskutiert. Es wird angenommen, dass die Eigenschaften der a-Sinx:H Schicht, im Besonderen aber die Konzentration des Wasserstoffs nach der Abscheidung, direkt proportional zur Geschwindigkeit der Regenerationsprozess ist. Eine ausgeklügelte Steuerung der Abscheidungsparameter, zur Erhöhung der Regenerationsgeschwindigkeit, wird daher als Schlüsselfaktor zur industriellen Anwendung des Regenerationsprozesses gesehen. Da Wasserstoff der entscheidende Faktor ist, wird ein beschleunigter Regenerationsprozess erwartet, wenn die Wasserstoffkonzentration im Bulk-Silizium erhöht wird. Das Ziel dieser Arbeit ist die Wasserstoffkonzentration in SiNx-Passivierungsschicht über unterschiedliches Gasgemisch aus NH3/SiH4 zu untersuchen. Damit soll die effektive Ladungsträgerlebensdauer in p-Typ-Si-Substraten durch Abscheidung von SiNx verlängert und der Einfluss von bulk-diffundiertem Wasserstoff auf den Regenerationsprozess bestimmt werden. Der Einfluss der Wasserstoffkonzentration auf die Ladungsträgerlebensdauer wurde im Degradation-Regeneration-Prozess unter Beleuchtung und erhöhten Temperaturen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der SiNx Schicht und die Konzentration von Wasserstoffverbindungen durch unterschiedliche Gasverhältnisse und verschiedene Trägergase während der Abscheidung geändert werden. Unterschiedliche Schichtzusammensetzungen führen zu verschiedenen Schichtdichten und damit zu veränderter Wasserstoffdiffusion nach der Feuerung. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Wasserstoffdiffusion und der Schichtdichte SiNx nachgewiesen werden.
Analyse der Erzeugung und Vernichtung von Sauerstoffkorrelierten Defektkomplexen in Silizium. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Die Sauerstoffatome liegen in einkristallinem Czochralski (CZ) Silizium interstitiell (Oi) vor. Diese interstitielle Sauerstoffatome (Präzipitate) können die mechanischen bzw. die elektrischen Eigenschaften von Si beeinflussen und sie können bei erhöhten Temperaturen von 350 ˚C bis 500 ˚C die thermische doppel Donatoren (TDD) erzeugen. Die Anzahl dieser TDD ist stark Temperaturabhängig. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung der Metastabilität dieser TDD. Es werden hauptsächlich CZ-Si Proben untersucht. Als Messmethoden sind Tieftemperatur Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (TTFTIR) und Vierspitzenmessung vorgesehen. Zunächst werden die TDD in den Proben nachgewiesen. Die Proben werden bei Zieltemperaturen von 450 ˚C und 600 ˚C jeweils in bestimmten Zeiträumen getempert und anschließend gemessen um die qualitativen und quantitativen Veränderungen (Dichte, Spezies) der TDD zu beurteilen. Zusätzlich für die Analyse der Metastabilität werden die Proben auch bei 200 ˚C getempert. Nach jeder Temperung der Proben werden sie mit und ohne Beleuchtung mittels FTIR gemessen zum Nachweis der verschiedenen Spezies (neutrale und ionisierte) der TDD. Unter Verwendung der Vierspitzenmessung wird die Veränderung des spezifischen Widerstandes der Proben untersucht und mittels TTFTIR werden die Peakhöhen der einzelnen TDD ausgewertet. Durch Vergleich der metastabilen Eigenschaften der thermischen Donatoren mit den metastabilen Eigenschaften des ASi-Sii-Defektes sollen Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der TDD gezogen werden. Mit Hilfe der Vierspitzenmessung wurde die Aufnahme des spezifischen Widerstandes und durch die TTFTIR-Spektroskopie die Identifizierung der TDD sowie ihrer Charakterisierung ermöglicht. Unter anderem wurde hier: - die Erzeugung sowie die Vernichtung von TDD bei 450 ˚C bzw. 600 ˚C bestätigt, - durch die Beleuchtungen, die während der TTFTIR-Messung durchgeführt wurde ein klarer Unterschied bei dem Verlauf zwischen ionisierten und neutralen TDD mit steigender Beleuchtungsleistung gezeigt. Tatsächlich wurden die ionisierten TDD immer wieder neutral, - die Metastabilität von TDD in dieser Arbeit betrachtet. Im Rahmen der Messungenauigkeit der Messmethode konnten Änderungen der TDD Dichten festgestellt werden. Allerdings konnte keine Systematik in den Änderungen nachgewiesen werden. Hierfür sind weitere Untersuchungen notwendig.
Benzotrithiophene based small molecules as potential material in organic solar cells. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Benzotrithiophen (BTT) wird auf sein Potenzial als lichtabsorbierendes Material in organischen Solarzellen untersucht. Die spezielle geometrische Form des BTT erlaubt die Gestaltung von linearen Oligomeren als auch von flachen, dreistrahligen, Stern-förmigen Dendrimeren, wobei eine einzigartige molekulare und elektronische Konfiguration erzeugt wird. Nach einer kurzen Einführung in organische Photovoltaik, wird eine Familie aus vier BTT-Derivaten mit substituierten Thienyl, Vinylen und Dicianovinylen Gruppen vorgestellt in asymmetrischen und symmetrischen Geometrien. Ein großer Teil der Untersuchung enthält computergestützte Berechnungen mit DFT und TDDFT. Gleichzeitig wird eine Route zur chemischen Darstellung gesucht. Bei den sternförmigen Molekülen wurde ein Antenneneffekt beobachtet, der im asymmetrischen Fall die Lichtabsorption verbreitert und im symmetrischen Fall verengt, aber verstärkt.
Theoretische Grundlagen der Modellierung memristiver Systeme. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Memristoren (Kurzform von "memory resistor") und memristive Systeme sind Widerstände mit Gedächtnis. Durch ihre völlig neuartigen Eigenschaften sind sie Gegenstand vieler Forschungsgebiete, die von digitalen Speichertechnologien bis zu neuronalen Netzen und Chaos reichen. Diese Arbeit führt in die Theorie dieser Bauelementeklasse ein und liefert ein solides Fundament für weitere Arbeiten. Zuerst werden die ursprünliche und einige moderne Definitionen der Gedächtniselemente gezeigt und verglichen und eine für technisch relevante Memristoren passende Definition vorgeschlagen. Darauf folgt eine Darstellung der generischen Eigenschaften und Erkennungsmerkmale wie der abgeschnürten Hystereseschleife, deren Fläche mit steigender Frequenz abnimmt. Wir besprechen außerdem Signalverhalten, Modellierung und einige interessante Implementierungen wie den Supraleiter-Memristor.
Fluorierte Tracer als Sonden für die Polymerdynamik. - 40 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die angefertigte Bachelorarbeit untersuchte die Molekulardynamik von fluorierten Tracer-Molekülen in unterschiedlich viskosen Polymerschmelzen mittels NMR-Spektroskopie. Es wurden jeweils mehrere lösliche Tracer für zwei Silikonöle (M500, M10000), Glycerin und Polyethylenglycol gefunden und weitere aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu den bereits bekannten prognostiziert. Für die anschließende Untersuchung der transversalen und longitudinalen Relaxationszeiten wurden Hexafluorbenzol (in Polyethylenglycol und in Silikonölen) und Hexafluor-2-propanol (in Glycerin) genutzt. Die Relaxationszeiten wurden abhängig von der Temperatur und der Konzentration der Tracer gemessen. Ein Vergleich zwischen theoretisch zu erwartenden und experimentell ermittelten Werten führte zur Erkenntnis, dass sich die Relaxationszeiten nur mit Hilfe starker intermolekularer Wechselwirkungen, hier wahrscheinlich Wasserstoffbrückenbindungen, erklären lassen. Eine Betrachtung der chemischen Verschiebung der unterschiedlichen verwendeten Stoffe in Abhängigkeit von der Temperatur wurde als Grundlage für eine kurze Betrachtung der Verlagerung der Elektronen innerhalb der Bindungen genutzt. Eine Auswahl an Folgeversuchen wurde vorgeschlagen.
Kondo-Effekt in linearen Cu_mCoCu_n-Ketten. - 36 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
In der vorliegenden Arbeit wurden mit einem STM lineare Ketten der Form Cu_mCoCu_n aus einzelnen Atome aufgebaut und der Kondo-Effekt dieser Ketten untersucht. Dabei wurde zunächst die Entwicklung der Kondotemperatur bei verschieden langen Seitenkette betrachtet und anschließend die Variation der Kondotemperatur über den Clustern analysiert. Anschließend wurde versucht die in den Messungen gefundenen Verläufe der Kondotemperatur mit Hilfe eines Modells anzunähern, das die Ketten als Potentialkasten annimmt, in denen sich stehende Elektronenwellen ausbilden.