Synthese, Charakterisierung und Anwendung nanoskaliger Metalle und Legierungen

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Die vorliegende Arbeit bildet den kompletten Weg von der Synthese nanoskaliger Metallpartikel über deren Charakterisierung bis hin zur konkreten Anwendung ab. Im Sinne klassischer Grundlagenforschung ist es gelungen neuartige bimetallische In-Cu/Ag/Au-Nanopartikel (NP) mit komplexen Zusammensetzungen und Architekturen mittels der Mikroemulsionsmethode zu synthetisieren. Dazu zählen Kern@SchaleA@SchaleB-NP, Kern@Schale-NP, Janus-Partikel, nanoskalige Hohlkugeln sowie NP intermetallischer Phasen. Darüber hinaus wurden erstmals monodisperse Ni20M80-Legierungs-NP (M = Os, Ir) über eine thermisch-induzierte Coreduktion zugänglich gemacht. Mit dem Ziel der konkreten Anwendbarkeit konnten des Weiteren hochwertige oxidationsstabile Cu0-, In0- und Cu-In-NP über eine citratmodifizierte Polyolreaktion synthetisiert werden. Die Größe der In0-NP lässt sich durch Variation der Reduktionsmittelmenge einstellen, wodurch der direkte Vergleich von Quanteneffekten möglich ist. Auf Grund der hohen Oxidationsstabilität der Cu0-NP können entsprechende Tinten mittels eines einfachen Verfahrens zu leitfähigen Dünnschichten verarbeitet werden. Durch gezielte Coreduktion gelang zudem die Synthese intermetallischer Cu11In9-NP. Die Anpassung der Reaktionstemperatur erlaubt das gezielte Einstellen des Cu/In-Verhältnisses. Cu0- und In0-NP sowie binäre Cu-In- und ternäre Cu-In-Ga-NP wurden im Rahmen des BMBF-Projekts „NanoPV“ durch Selenisieren zu Cu(In,Ga)Se2-Dünnschichten und CIS-Dünnschicht-Solarzellen mit Wirkungsgraden von > 7 % verarbeitet.