Growth and thermal decomposition of metal-halide perovskite thin films analyzed by in situ X-ray diffraction

Abstract

Metal-halide perovskites (MHPs) have seen an ever-increasing attention in view of their potential use as optoelectronic semiconductors. Due to MHPs being a relatively new technology, there is still an abundance of open questions, especially relating to their stability and how this and other properties are related to the conditions of their preparation. Most current day research on MHP thin films focuses on spin-coating as the method of preparation, which leaves gaps in knowledge regarding the growth and characteristics of MHPs which were prepared using other methods. This work aims to provide insights into the preparation and properties of a large variety of MHP thin films prepared via physical vapor deposition in a high vacuum chamber. A key element of the analytical setup used in this work is an in situ X-ray diffraction system. It allows for a relation of variations in process parameters to changes of the involved crystal phases, for example during growth and thermal decomposition.

Metall-Halid-Perowskite (MHPs) gewinnen als optoelektronische Halbleiter zunehmend an Aufmerksamkeit. Da MHPs eine sehr junge Technologie sind, gibt es eine Reihe von offenen Fragen, insbesondere bezüglich ihrer Stabilität und wie sich die Bedingungen ihrer Präparation auf diese und andere Eigenschaften auswirken. Die heutige Forschung an MHP-Dünnschichten konzentriert sich auf das Spin-Coating als Herstellungsmethode, was Wissenslücken bezüglich des Wachstums und der Charakteristiken von MPHs hinterlässt, bei denen andere Methoden zum Einsatz kamen. Diese Arbeit hat zum Ziel, Einsichten in die Präparation und Eigenschaften von MHP-Dünnschichten zu schaffen, welche über physikalische Gasphasenabscheidung in einer Hochvakuumkammer hergestellt wurden. Dabei kommt ein in situ Röntgenbeugungssystem zum Einsatz, welches erlaubt, Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und Änderungen der Kristallphasen herzustellen, zum Beispiel während des Wachstums und der thermischen Zersetzung.