Doctor of Philosophy / Department of Chemistry / Viktor Chikan / Ever depleting sources of fossil fuel has triggered more research in the field of alternate sources of energy. Over the past few years, CdSe nanoparticles have emerged as a material with a great potential for optoelectronic applications because of its easy exciton generation and charge separation. Electronic properties of CdSe nanoparticles are highly dependent on their size, shape and electronic environment. The main focus of this research is to explore the effect of different electronic environments on various spectroscopic properties of CdSe nanoparticles and link this to solar cell performance. To attain that goal, CdSe quantum dots (QDs) and nanorods (NRs) have been synthesized and either doped with metal dopants or embedded in polymer matrices. Electronic properties of these nanocomposites have been studied using several spectroscopic techniques such as absorption, photoluminescence, time-resolved photoluminescence, confocal microscopy and wide field microscopy. Indium and tin are the two metal dopants that have been used in the past to study the effect of doping on conductivity of CdSe QDs. Based on the photoluminescence quenching experiments, photoluminescence of both indium and tin doped samples suggest that they behave as n-type semiconductors. A comparison between theoretical and experimental data suggests that energy levels of indium doped and tin doped QDs are 280 meV and 100 meV lower than that of the lowest level of conduction band respectively. CdSe nanorods embedded in two different polymer matrices have been investigated using wide field fluorescence microscopy and confocal microscopy. The data reveals significant enhancement in bandedge luminescence of NRs in the vicinity of a conjugated polymer such as P3HT. Photoactive charge transfer from polymers to the surface traps of NRs may account for the observed behavior. Further study shows anti-correlation between bandedge and trap state emission of CdSe NRs. A recombination model has been proposed to explain the results. The origin of traps is also investigated and plausible explanations are drawn from the acquired data.

This thesis deals with the system of titanium and hydrogen. Interstitial hydrogen alloys and hydrides are subject to intensive investigation, both theoretical and experimental. It has been proved, that absorbed hydrogen lowers the formation energy of defects in metals, and thus works as the so called 'defactant'. Surfactants on the surfaces of liquids lower the surface tension; defactants in solids lower the formation energy of defects. It has also been proved, that titanium absorbs hydrogen readily, when exposed to high temperature, or high pressure (fugacity); while different loading conditions lead to different features of the final sample. Beside ordinary coarse grained titanium, ultra-fine grained titanium shall be studied in present work, due to its high content of defects. Positron Annihilation Life-time Spectroscopy, a non-destructive technique sensitive on open-volume defects, shall be of prime importance in our investigation. We shall further use the X-ray diffraction, Micro-hardness measurements and Differential Scanning Calorimetry together with Thermogravimetry. Lastly, we shall strongly benefit from using existing computational tools like the Vienna ab-initio Simulation Package, or Pos330; a program for positron life--times calculations.

La0.6Ca0.4Mn0.8Ni0.2O3-, La0.6Ca0.4Mn0.8Fe0.2O3- und La0.75Ca0.25Mn0.5Fe0.5O3-Volumenmaterialien wurden im potentiometrischen Messaufbau bereits erfolgreich auf ihre NO-Sensitivität getestet. Keramischen Nanomaterialien werden generell eine Reihe neuer oder verbesserter Eigenschaften (verbessertes Sinterverhalten, erhöhte NOx-Sensitivität, höhere Leitfähigkeit) zugesprochen. La0.6Ca0.4Mn0.8Ni0.2O3, La0.6Ca0.4Mn0.8Fe0.2O3 und La0.75Ca0.25Mn0.5Fe0.5O3 wurden mittels PVA/Sucrose-Methode, Aktivkohlemethode und Fällungssynthese als Nanomaterialien sowie mit Festkörperreaktion als Volumenmaterialien dargestellt und mit typischen Charakterisierungsmethoden untersucht. Die Materialien wurden in verschiedenen Schichtdicken auf YSZ-Substrate aufgetragen und potentiometrisch sowie impedanzspektroskopisch auf ihre NO-Sensitivität und die Querempfindlichkeit gegenüber NO2 und Propylen geprüft. Potentiometrische Messungen im NO-Gasstrom ergeben eine Abhängigkeit der NO-Sensitivität von der Partikelgröße, der Schichtdicke und der Beschichtungsmethode. Impedanzspektroskopische Messungen an beidseitig beschichteten YSZ-Substraten zeigen ebenfalls eine Abhängigkeit des Zellwiderstands von der NO-Konzentration und der Partikelgröße. Die Nanomaterialien zeigen bei unterschiedlichen Sauerstoffpartialdrücken im untersuchten Temperaturbereich (300°C bis 850°C) höhere Leitfähigkeiten als die Volumenmaterialien gleicher Zusammensetzung. Dieses Verhalten wird mit dem höheren Sauerstoffaustausch der Nanomaterialien in Verbindung gebracht, der zur Erzeugung zusätzlicher Defekte in der Kristallstruktur führt. Die Nanostruktur und somit eine entsprechend hohe Leitfähigkeit bleiben bei hohen Sintertemperaturen (T > 1000°C), die der Herstellung gasdichter Presslinge dienen, erhalten. XANES- und Photoelektronenspektroskopie wurden verwendet, um die Punktdefekte zu definieren.

Solarzellen aus organisch-anorganischen hybriden Perowskithalbleitern gelten als mögliche Schlüsseltechnologie zur Erzeugung günstiger und umweltfreundlicher elektrischer Energie und somit als Meilenstein für die Energiewende. Um die weltweit stetig wachsende Nachfrage an elektrischer Energie zu decken, bedarf es Solarzellentechnologien, welche gleichzeitig eine hohe Effizienz nahe dem Shockley-Queisser-Limit als auch eine hinreichend gute Stabilität aufweisen. Während die Effizienz von Solarzellen auf Basis von Perowskithalbleitern in dem letzten Jahrzehnt eine bemerkenswerte Entwicklung erfahren hat, lassen sich die wesentlichen physikalischen Mechanismen dieser Technologie noch nicht vollständig erklären. Die elektronisch-ionische Mischleitfähigkeit ist eine dieser Eigenschaften, welche die Effizienz und besonders die Stabilität der Perowskit-Solarzelle beeinflusst. Zentrales Thema dieser Arbeit ist daher die Untersuchung von mobilen ionischen Defekten und deren Einfluss auf Solarzellenparametern. Es wird gezeigt, dass die Migrationsraten ionischer Defekte in Perowskit breiten Verteilungen unterliegen. Durch die Anwendung eines neu entwickelten Regularisationsalgorithmus für inverse Laplace-Transformationen und verschiedener Messmoden für transiente Störstellenspektroskopie kann somit geklärt werden, warum sich berichtete ionische Defektparameter aus der Literatur für gleiche Defekte stark unterscheiden können. Dieses grundlegende Verständnis kann angewendet werden, um den Einfluss von kleinen stöchiometrischen Variationen auf die Defektlandschaft zu untersuchen und das Zusammenspiel zwischen elektronischen und ionischen Eigenschaften besser zu verstehen. Der Einsatz der Meyer-Neldel Regel ermöglicht ferner eine Kategorisierung ionischer Defekte in Perowskithalbleitern. Im letzten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass elektrische und optische Methoden wie intensitätsmodulierte Spektroskopie geeignet sind, um Informationen über mobile Ionen in hybriden Perowskiten zu erhalten. Zusätzlich wird das elektronische Rekombinationsverhalten näher untersucht. / Solar cells made of organic–inorganic hybrid perovskite semiconductors are considered as a possible key technology for the conversion of cheap and environmentally friendly electrical energy and thus as a milestone for the turnaround in energy policy. In order to meet the steadily growing global demand for electrical energy, solar cell tech- nologies are required that are both highly efficient, i.e. close to the Shockley–Queisser limit, and sufficiently stable. While the efficiency of solar cells based on perovskite semi- conductors has undergone a remarkable development in the last decade, the essential physical mechanisms of this technology cannot yet be fully explained. The electronic- ionic mixed conductivity is one of these properties, which influences the efficiency and especially the stability of the perovskite solar cell. The central topic of this thesis is therefore the investigation of mobile ionic defects and their influence on solar cell parameters. It is shown that the migration rates of ionic defects in perovskites are attributed to wide distributions. By application of a newly developed regularisation algorithm for inverse Laplace transform and different measurement modes for deep-level transient spectroscopy, it can thus be clarified why reported ionic defect parameters from the literature for the same defects can differ significantly. This basic understanding can be used to study the influence of small stoichiometric variations on the defect landscape and to better understand the interaction between electronic and ionic properties. Us- ing the Meyer–Neldel rule also allows the characterisation of ionic defects in perovskite semiconductors. The last part of this thesis shows that electrical and optical methods such as intensity-modulated spectroscopy are suitable for obtaining information about mobile ions in hybrid perovskites. In addition, the electronic recombination behaviour is examined more closely.