Modellierung, Design und Realisierung von gedruckten Perowskit-Röntgendetektoren

Die charakteristische Eigenschaft von Röntgenstrahlung, Materie durchdringen zu können, wird bei einer Vielzahl wissenschaftlicher, industrieller und medizinischer Anwendungen für eine zerstörungsfreie Strukturuntersuchung intransparenter Objekte genutzt. Im Rahmen dieser Untersuchungen ist eine effiziente Detektion der Röntgenphotonen essentiell. Bedingt durch die lösungsbasierten Fabrikationsmethoden, die für die Herstellung von Perowskit-Halbleitern verwendet werden können, und der damit verbundenen Möglichkeit, Detektoren mit leistungsfähigen unkonventionellen Bauformen zu realisieren, liegt der Hauptfokus dieser Arbeit auf der Erforschung von gedruckten Perowskit-Röntgendetektoren. Aufgrund ihres Potentials, eine hohe Leistungsfähigkeit mit einer kosteneffizienten Herstellung zu verknüpfen, sind diesbezüglich insbesondere mehrschichtige und gefaltete Detektoren Erfolg versprechend. Die vorliegende Arbeit beinhaltet sowohl theoretische Untersuchungen im Hinblick auf die Modellierung, die Simulation und das Design von Perowskit-Röntgendetektoren als auch experimentelle Forschungsprojekte hinsichtlich ihrer Realisierung. Im Rahmen der theoretischen Untersuchungen wird zunächst eine Vergleichsgrundlage auf der Basis von konventionellen einschichtigen Detektoren entwickelt, welche anschließend für die Bewertung der Leistungsfähigkeit von mehrschichtigen und gefalteten Bauteilen verwendet wird. ... mehrDie theoretische Leistungsfähigkeit wird hierbei durch die Röntgensensitivität und die Detektive Quanteneffizienz quantifiziert. Mithilfe dieser theoretischen Leistungsanalyse wird demonstriert, dass mehrschichtige und gefaltete Detektoren das Potential besitzen, hochleistungsfähige Bauteile zu realisieren. Verglichen mit einschichtigen Detektoren werden dabei bedeutend dünnere Absorber-Schichten benötigt, wodurch potentiell sowohl die Herstellungskosten als auch der Fabrikationsaufwand reduziert werden können. Bedingt durch das zusätzliche Potential gefalteter Detektoren, eine besonders hohe räumliche Auflösung zu ermöglichen, liegt der Hauptfokus der darauf folgenden experimentellen Untersuchungen auf der Realisierung gefalteter Perowskit-Röntgendetektoren. Hierfür werden zunächst mechanisch flexible Röntgendetektoren auf der Basis von tintenstrahlgedruckten Perowskit-Absorbern realisiert und analysiert. Die Leistungsbewertung bezieht sich hierbei auf eine Vielzahl unterschiedlicher Aspekte und zeigt unter anderem eine hohe Röntgensensitivität, eine ausreichende mechanische Flexibilität, eine hohe Röntgenstabilität und die Anwendbarkeit in der Röntgenbildgebung. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wird abschließend ein Prototyp eines gefalteten Perowskit-Röntgendetektors entwickelt, hergestellt und charakterisiert. Mithilfe dieses Prototyps wird eine hohe Röntgensensitivität, eine hohe räumliche Auflösung und eine hohe Röntgenstabilität nachgewiesen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit können die Grundlage dafür bilden, weitere Anwendungsfelder mithilfe mechanisch flexibler Perowskit-Röntgendetektoren zu erschließen und gefaltete Perowskit-Röntgendetektoren in einem größeren Maßstab zu erforschen. Konzeptionelle Erweiterungen und eine Weiterentwicklung und Optimierung der Herstellung sind im Hinblick auf gefaltete Detektoren hierbei besonders vielversprechend.