Ein Team von Empa-Forschenden, dem Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie in Berlin sowie weiteren Partnern, konnte erstmals die Lichtausbeute in Chalkogenid-Perovskiten experimentell ermitteln. Bild: Empa

Die möglichen Anwendungen können sich im Verlauf der Materialentwicklung wandeln. Materialien, die für Solarzellen entwickelt werden, sind auch für andere optoelektronische Anwendungen von Interesse, etwa als Photodetektoren. Bild: Empa

Einblicke: Mirjana Dimitrievska untersucht die neuen Materialien eingehend mit unterschiedlichen Methoden. Bild: Empa

Empa untersucht Lichtausbeute von Chalkogenid-Perovskiten

Publiziert

Empa-Forschende haben erstmals die Lichtausbeute von Chalkogenid-Perovskiten experimentell bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, wie Defekte die Photolumineszenz beeinträchtigen. Ein weiteres Projekt untersucht nadelartige Strukturen als mögliche Quantenmaterialien.

Ein Forschungsteam der Empa hat gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie in Berlin sowie weiteren Partnern erstmals die Lichtausbeute von Chalkogenid-Perovskiten experimentell bestimmt. Die untersuchten Kristalle zeigen eine stärkere Photolumineszenz als bislang angenommen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Advanced Optical Materials» veröffentlicht.

Chalkogenid-Perovskite werden für Solarzellen, Fotodetektoren und weitere optoelektronische Anwendungen erforscht. Laut Empa sind die Materialien stabil und bestehen aus ungiftigen, in der Erdkruste reichlich vorkommenden Elementen. Ihre optischen und elektronischen Eigenschaften machen sie theoretisch für solche Anwendungen geeignet. Eine experimentelle Bestimmung der Lichtausbeute fehlte jedoch bislang.

Defekte dämpfen die Photolumineszenz

Das Team um Mirjana Dimitrievska aus dem Empa-Labor «Transport at Nanoscale Interfaces» untersuchte einen am Helmholtz-Zentrum hergestellten Einkristall aus Barium-Zirkonium-Sulfid. Mithilfe fortschrittlicher Spektroskopie-Methoden erfassten die Forschenden dessen Photolumineszenz.

«Damit konnten wir nachweisen, dass das Material eine relativ starke Photolumineszenz hat. Wenn man es als Dünnschicht herstellt, wird diese Photolumineszenz aber sehr stark durch Defekte gedämpft, die bei der Synthese und der Verarbeitung entstehen», erklärt Dimitrievska. «Unsere Ergebnisse am Einkristall stimmen hingegen sehr gut mit der Theorie überein.»

Die spektroskopischen Untersuchungen helfen dabei, Ursachen für Abweichungen zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Ergebnissen zu erkennen. Dazu zählen Defekte durch eine nicht optimale Synthese oder Probleme mit elektrischen Anschlüssen in Prototyp-Komponenten. Die Erkenntnisse dienen dazu, Herstellung und Verarbeitung weiterzuentwickeln. Bis Chalkogenid-Perovskite praktisch eingesetzt werden können, ist laut Empa noch weitere Entwicklungsarbeit erforderlich.

Nadelartige Nebenprodukte im Fokus

Ein weiteres Forschungsprojekt widmet sich einer Form des Materials, die bislang als unerwünschtes Nebenprodukt der Synthese galt. Dabei entstehen anstelle der Perovskit-Struktur winzige nadelartige Strukturen mit sechseckigem Querschnitt.

Diese Chalkogenid-Nadeln besitzen besondere Eigenschaften beim Polarisieren, Brechen und Leiten von Licht. Darüber hinaus zeigen sie laut Empa Potenzial als Supraleiter und Quantenmaterialien.

Gemeinsam mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg wollen Dimitrievska und ihr Team die Eigenschaften dieser «Quanten-Nadeln» untersuchen und ihre Herstellung weiterentwickeln. Geplant ist zudem die Integration in erste photonische und elektronische Komponenten. Der Schweizerische Nationalfonds unterstützt das Projekt im Rahmen des internationalen «Weave»-Programms.

Literatur

RS Nielsen, ÁL Álvarez, Y Tomm, G Gurieva, A Ortega-Guerrero, J Breternitz, L Bastonero, N Marzari, CA Pignedoli, S Schorr, M Dimitrievska: BaZrS3 Lights Up: The Interplay of Electrons, Photons, and Phonons in Strongly Luminescent Single Crystals; Advanced Optical Materials (2025); doi: 10.1002/adom.202500915

EVENTS

IFAS

Internationale Fachmesse für den Schweizer Gesundheitssektor

Datum: 20.-22. Oktober 2026

Ort: Zürich (CH)

CPHI

Weltweit führende Messe für die pharmazeutische Industrie

Datum: 6.-8. Oktober 2026

Ort: Frankfurt (D)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 10.-13. November 2026

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 10.-13. November 2026

Ort: München (D)

AUTOMA+

Kongress für die Pharmaindustrie mit Konzentration auf die digitale Transformation und Automatisierung

Datum: 16.-17. November 2026

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

Leitmesse für die Verpackungs- und Intralogistikbranche

Datum: 24.-26. November 2026

Ort: Paris (F)

Bitkom Digital Health Conference

Konferenz für die Chancen und Herausforderungen der Digitalisierung im Gesundheitswesen

Datum: 24. November 2026

Ort: Berlin (D)

LabConCert

Internationale Konferenz zu Biosicherheit und Labortechnik

Datum: 8.-9. Dezember 2026

Ort: Marburg (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 1.-3. Dezember 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Pharmapack Paris

Europäische Fachmesse für die Pharmaverpackungs- und Arzneimittelverabreichungsgeräteindustrie

Datum: 27.-28. Januar 2027

Ort: Paris (F)

Empack Schweiz

Schweizer Fachmesse für Verpackungslösungen und -technologien

Datum: 27.-28. Januar 2027

Ort: Zürich (CH)

Logistics & Automation

Fachmesse für Intralogistik, Distribution, Transport und E-Logistik in der Schweiz

Datum: 27.-28. Januar 2027

Ort: Zürich (CH)

Recyclingkongress

Kongress über aktuelle Entwicklungen, Innovationen und Herausforderungen im Bereich Recycling

Datum: 29. Januar 2027

Ort: Biel/online (CH)

Paris Packaging Week

Weltweit grösste Messe für Verpackungsinnovationen in der Parfüm-, Kosmetik- und Körperpflegeindustrie

Datum: 3.-4. Februar 2027

Ort: Paris (F)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 16.-19. Februar 2027

Ort: Nürnberg (D)

health.tech GLOBAL SUMMIT

HealthTech bezeichnet den Einsatz moderner digitaler Technologien wie Apps, Wearables oder KI zur Verbesserung von Gesundheitsversorgung, Prävention und medizinischer Diagnostik.

Datum: 2.-4. März 2027

Ort: Basel (CH)

Additive Manufacturing Forum

Europäische Leitkonferenz und Fachausstellung für additive Fertigung

Datum: 2.-3. März 2027

Ort: Berlin (D)

ZHAW-IFM Day

Fachtagung über aktuelle Themen und Herausforderungen im Facility Management (FM)

Datum: 5. März 2027

Ort: Wädenswil (CH)

Forum Kreislaufwirtschaft

Veranstaltung für die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft in verschiedenen Bereichen

Datum: 18. März 2027

Ort: Zürich (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 16.-18. März 2027

Ort: Stuttgart (D)

Trendtage Gesundheit Luzern

Veranstaltung für aktuelle Trends und Perspektiven im Gesundheitswesen

Datum: 10.-11. März 2027

Ort: Luzern (CH)

Global Industrie

Messe für den gesamten industriellen Sektor in Frankreich und darüber hinaus

Datum: 15.-18. März 2027

Ort: Lyon (F)

Hannover Messe

International Messe für alle Technologien rund um die industrielle Transformation

Datum: 5.-8. April 2027

Ort: Hannover (D)

Swiss Biotech Day

Internationale Konferenz für die Biotechnologiebranche

Datum: 26.-27. April 2027

Ort: Basel (CH)

London Lab Live

Fachmesse und Konferenz für die Zukunft von Laboren

Datum: 5.-6. Mai 2027

Ort: London (GB)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Mai 2027

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflow.

Datum: Mai 2027

Ort: Hannover (D)

LogiPharma

Veranstaltung für die Pharmalogistik und die Lieferketten in der Pharmaindustrie

Datum: 25.-27. Mai 2027

Ort: Wien (CH)

The Pharma Days

Veranstaltung für Zusammenarbeit, Innovation und Geschäftswachstum in der pharmazeutischen Industrie

Datum: 26.-27. Mai 2027

Ort: Genf (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 08.-11. Juni 2027

Ort: Genf (CH)

CosmeticBusiness

Internationale Fachmesse für die Kosmetik-Zulieferindustrie

Datum: 2.-3. Juni 2027

Ort: München (D)

Swissmem Industrietag

Konferenz für die Berufsbildung in der Schweizer Tech-Industrie

Datum: Juni 2027

Ort: Bern (CH)

GS1 Excellence Days

Konferenz für Innovationen und Lösungen im Bereich der Standardisierung, Identifikation und Geschäftsprozesse

Datum: Juni 2027

Ort: Bern (CH)

Automatica

Weltleitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 31. August- 2. September 2027

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 21.-23. September 2027

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 21.-24. September 2027

Ort: Berlin (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 21.-23. September 2027

Ort: Nürnberg (D)

Achema

Weltleitmesse für Prozessindustrie

Datum: 11.-13. Oktober 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

A + A

Weltleitmesse für sicheres und gesundes Arbeiten

Datum: 19.-22. Okotber 2027

Ort: Düsseldorf (D)

transport-CH

Schweizer Fachmesse für Nutzfahrzeuge und Automobil-Werkstattbedarf

Datum: 10.-13. November 2027

Ort: Bern (CH)

FILTECH

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 16.-18. November 2027

Ort: Köln (D)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 17.-18. November 2027

Ort: Zürich (CH)

AQUA Suisse

Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement

Datum: 1.-2.Dezember 2027

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 1.-2. Dezember 2027

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Fachmesse der Schweizer Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 18.-22. Januar 2028

Ort: Basel (CH)

aqua pro

Schweizer Fachmesse für die Bereiche Trinkwasser, Abwasser und Gas

Datum: Februar 2028

Ort: Bulle (CH)

PaintExpo

Weltleitmesse für industrielle Lackiertechnik

Datum: 25.-28. April 2028

Ort: Karlsruhe (D)

Techtextil

Internationale Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe

Datum: 4.-7. April 2028

Ort: Frankfurt am Main (D)

Siams

Fachmesse für Mikrotechnik

Datum: 4.-7. April 2028

Ort: Moutier (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 25.-28. April 2028

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 29. Mai-01. Juni 2028

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 9.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 17.-18. Mai 2028

Ort: Zürich (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2028

Ort: Zürich (CH)

interpack

Internationale Fachmesse für die Verpackungsindustrie und die zugehörige Prozessindustrie

Datum: Mai 2029

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis