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Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die systematische Analyse stochastisch nanorauer Oberflächen zur Eruierung topografischer Schlüsselparameter für oleophiles und oleophobes Benetzungsverhalten. Dies beinhaltet die Konzipierung sowie Realisierung einer Benetzungsmethode für Unterwasseranwendungen. Auf diese Weise kann ein Vergleich des Benetzungsverhaltens von Öl an Luft und Öl unter Wasser erfolgen. Über die Sol-Gel-Synthese wurden stochastisch raue Schichten aus Aluminiumoxid hergestellt, die sich durch eine gezielte systematische Rauheitsabstufung im Nanometerbereich sowie ein hygrophiles Benetzungsverhalten an Luft auszeichnen. Das Aufbringen einer Deckschicht mit einer niedrigen Oberflächenenergie ermöglicht die Hygrophobierung der Dünnschichten an Luft. Die angestrebten Rauheitsabstufungen wurden experimentell mittels Synergie von rasterkraft- und rasterelektronenmikroskopischen Messungen bestätigt. Eine quantitative Bewertung erfolgte über die spektralen Leistungsdichtefunktionen und den daraus ermittelten Benetzungsparametern KB. Die Benetzungseigenschaften beschichteter Oberflächen gegenüber Öl wurden an Luft sowie unter Wasser über den makroskopischen Kontaktwinkel charakterisiert. Die hygrophile Probeserie wurde als stark oleophil an Luft klassifiziert. Mit zunehmender Rauheit wies diese eine Erhöhung des oleophoben Benetzungsverhaltens unter Wasser und somit eine Benetzungsumkehrung gegenüber dem System an Luft auf. Infolge der systematischen Aufrauhung zeigte die hygrophobe Probeserie eine Zunahme des oleophoben Verhaltens an Luft, während diese bei Unterwassermessungen oleophiler wurden. In dieser Arbeit wurden erstmals empirisch qualitative und quantitative Korrelationen zur Oleophilie und Oleophobie an Luft und unter Wasser für stochastisch nanoraue Oberflächen hinsichtlich ihrer Topografie bzw. Morphologie analysiert.

Durch die Verwendung von Galliumnitrid mit einer unpolaren m-plane Oberfläche kann die Effizienz von Bauelementen in der Sensor- und LED-Technik im Vergleich zu denen mit c-plane Oberflächen gesteigert werden. Zusätzlich eröffnen sie die Möglichkeit, an Galliumnitridnanodrähten photokatalytisch Wasser in seine Bestandteile zu spalten. Da für diese Anwendungen die Wechselwirkung der Oberfläche mit Sauerstoff und Wasser von großer Bedeutung ist, ebenjene Interaktion untersucht. Weil eine Passivierung der Oberfläche für technische Prozesse ebenfalls von großem Interesse ist, wurde auch die Adsorption von Wasserstoff an der Oberfläche betrachtet. Dabei wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie ca. 80 nm dicke Schichten auf einen GaN-Substrat mit einer (1-100)-Oberfläche aufgewachsen. Es erfolgte eine Bestimmung der Bandverbiegung, der Austrittsarbei und eine Untersuchung der Valenzbandstruktur. Anschließend wurde Wasser beziehungsweise Sauerstoff an der Oberfläche unter verschiedenem Druck angeboten. Beim Adsorptionsprozesse unter geringem Druck konnte die Änderung der Valenzbandstruktur mittels UPS über die Zeit untersucht werden, wobei die Entstehung ausgeprägter, neuer Strukturen beobachtet werden konnte. Es ergab sich nach dem Angebot von Sauerstoff eine kleinere Aufwärtsbandverbiegung und die Ausbildung eines positiven Oberflächendipolpotentials. Für die Interaktion unter größerem Druck änderte sich die Bandverbiegung weniger. Der Oberflächendipol besaß dennoch die gleiche Energie. Somit wird bei der Adsorption von Sauerstoff an diese unpolare Oberflächen von GaN die Elektronenverarmungsschicht der Oberfläche druckabhängig abgebaut. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Sauerstoffmoleküle nur an die Stickstoffmoleküle der Oberfläche anbinden und dabei der Oberflächenzustand abgesättigt wird. Für die Wechselwirkung mit Wasser konnte ein ähnliches Ergebnis ermittelt werden. Die Wassermoleküle binden unter Absättigung des Oberflächenzustands an die Oberfläche und bauen die Elektronenveramungsschicht durch eine Änderung der Bandverbiegung ab. Dies bedeutet ein Abflachen der Bänder bis hin zum Flachbandfall. Durch eine Adsorption von Wasserstoff an die frisch präparierte Oberfläche konnte abschließend eine metastabile Passivierung der Oberfläche gegenüber Sauerstoff und Wasser erzielt werden.

Das Ziel dieser Arbeit, die praktische Technologie der MAPbI3-Perowskitsolarzellen am Forschungsstandort Ilmenau zu etablieren, konnte erfolgreich umgesetzt werden. Dies umfasste die lösemittelbasierte Präparation, die Charakterisierung und die Verbesserung von Perowskitsolarzellen. Hinsichtlich der Solarzellfunktionalität stand insbesondere die I-U-und EQE-Charakterisierung von Perowskitsolarzellen bei Betriebstemperaturen zwischen 30&ring;C bis 100&ring;C im Vordergrund. Die Variation der MAPbI3-Schichtdicke im "Einstufen"-Verfahren zeigte, dass die Qualität der Aktivschicht und folglich die Solarzellenfunktion stark von der Schichtdicke abhängen. Für dünne MAPbI3-Schichten konnte keine vollständige Benetzung erzielt werden. Dicke Absorptionsschichten waren zwar geschlossen, zeigten allerdings inselartige Oberflächenstrukturen. In beiden Fällen war die Solarzellfunktion stark eingeschränkt. Es konnte aber gezeigt werden, dass eine löcherblockierende Titandioxidschicht (TiO2) zwischen PC61BM und elektronenextrahierender Elektrode die Solarzellenfunktion um ca. 300% (von 0,3% auf 1,1% Wirkungsgrad) steigern kann. Durch Umsetzung des "Zweistufen"-Verfahrens konnte eine Verbesserung der Schichtqualität erreicht werden. Es wurde gezeigt, dass weder lückenhafte noch inselartige Oberflächenstrukturen auftreten. Durch Variation der TiO2- als auch der PC61BM-Schichtdicke konnte die Solarzellenfunktionalität weiter gesteigert werden. Durch die verbesserte Qualität der Absorptionsschicht sowie der Anpassung der TiO2- und PC61BM-Schichtdicke konnte der Wirkungsgrad von den anfänglich 1.1% auf 8% gesteigert werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Solarzellfunktion stark durch die Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Die gefertigten Solarzellen wiesen in Vorwärtsmessrichtung eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Insbesondere im Bereich der Phasentransformation wurde eine starke Verschlechterung von UOC und FF beobachtet. Es wurde aber auch festgestellt, dass die JSC in Vorwärtsmessrichtung bis zu einer Temperatur von 70&ring;C anstieg. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wiederum geringfügig. In Rückwärtsmessrichtung wurden UOC und FF durch Erhöhung der Solarzellentemperatur vergleichsweise wenig beeinflusst (< 10% der Messwerte bei Raumtemperatur). Lediglich die JSC zeigte eine auffällige Verringerung um 25% bezogen auf die Messergebnisse bei Raumtemperatur. Dies konnte auch mit den EQE-Spektren belegt werden. Ähnlich wie bei den I-U-Messungen in Vorwärtsmessrichtung stieg die berechnete JSC zunächst bis zu einer Temperatur von 65&ring;C. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wieder geringfügig. Insgesamt zeigte jedoch die Temperaturerhöhung in Vorwärtsmessrichtung einen negativen Einfluss auf die Solarzelle. Bei 100&ring;C wurden in Vorwärtsmessrichtung lediglich 25% des Wirkungsgrades bei Raumtemperatur gemessen. In Rückwärtsmessrichtung wurde dieses Verhalten nicht beobachtet. Das kombinierte temperatur- und messrichtungsabhängige Hystereseverhalten konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden. Die Erhöhung der Solarzellentemperatur führte insbesondere in Vorwärtsmessrichtung zu einer Verstärkung der Hysterese. Die Ursachen für dieses charakteristische Verhalten sind zum Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden und bleiben auch zukünftig Gegenstand der Forschung.

In einen Polymerfilm dotierte Disperse Red 1 Moleküle wurden bezüglich der Dynamik ihrer lichtinduzierten Isomerisation in einer Polymermatrix untersucht. Für die Untersuchungen wurde die neue Technik "Ultraschnelles Frequenzverdopplungsimaging" entwickelt und zur Messung der Proben verwendet. Anhand der Messergebnisse sollte festgestellt werden, ob die Dynamik lichtinduzierter Isomerisation der Disperse Red 1 Moleküle in einem Polymerfilm mit Hilfe von zeitaufgelöstem Frequenzverdopplungsimaging gemessen werden kann. Der Bericht stellt die theoretischen Grundlagen des verwendeten Materials und des Messsystems vor und präsentiert die Beschreibung des Messaufbaus, seine Charakterisierung und die Probenherstellung sowie die entwickelte Messprozedur. Die Ergebnisse und deren Diskussion vervollständigen die Masterarbeit.

Solarzellen auf Basis polymerer Verbindungen sind ein noch vergleichsweise junges Forschungsgebiet in der Photovoltaik. Durch kostengünstige Produktion und die Möglichkeit flexibler oder semitransparenter Zellen haben sie eine vielversprechende Zukunft in verschiedensten Anwendungsbereichen. Eine Hürde auf dem Weg zum Einsatz von Polymersolarzellen ist jedoch neben der Verbesserung von Effizienzen noch die Stabilität der Zellen. In dieser Arbeit wurden Polymersolarzellen deshalb hinsichtlich des Einflusses vorübergehend anliegender Potentiale auf die Stabilität der Zellen untersucht. Hierzu wurden die Solarzellen in einem Messaufbau unter ständiger Beleuchtung belastet und in konstanten Zeitabständen in drei unterschiedlichen Spannungsbereichen vermessen. Ein mathematisches Modell zur Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Degradation wurde herausgearbeitet, um eine möglichst genaue Information über die Stabilität der Zellen zur erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass die Spannung die Degradation beeinflusst, jedoch nicht direkt ausschlaggebend für die Beeinträchtigung der Stabilität ist. Dahingegen kann ein erhöhter Stromfluss durch die Zellen, wie er bei angelegten Spannungen in Vorwärtsrichtung auftritt, eine Beschleunigung der Degradation herbeiführen.