The presented thesis deals with the investigation of the characteristic physical properties of lead-free double perovskites. For this purpose lead-free double perovskite single crystals were grown from solution. In order to assess the influence of growth temperature on tail states in the material, the crystals were studied using Photoluminescence Excitation (PLE) and Transmission measurements. Additionally, lead-free double perovskite solar cells and thin films were investigated to address the correlation of precursor stoichiometry and solar cell efficiency. In a last step a new earth abundant lead-free double perovskite was introduced and its physical properties were studied by photoluminescene and absorptance. Like this it was possible to assess the suitability of this material for solar cell applications in the future. / Um die charakteristischen physikalischen Eigenschaften von bleifreien Doppelperowskiten näher zu untersuchen, wurden im Rahmen dieser Arbeit Einkristalle aus einer Lösung gezogen. Um den Einfluss der Wachstumstemperatur auf sogenannte „tail states“ in den Kristallen zu untersuchen, wurde hierbei auf optische Methoden wie „photoluminescence excitation“ (PLE) und Transmission zurückgegriffen. Des Weiteren wurden Solarzellen mit bleifreiem Doppelperowskit als Absorberschicht näher untersucht. Hierbei wurden unter anderem Dünnfilme genutzt, um den Einfluss der Filmstöchiometrie auf die Solarzelleffizienzen zu untersuchen. Zuletzt wurde ein weiteres Doppelperowskitmaterial mittels Photolumineszenz und Absorptionmessungen untersucht um Rückschlüsse auf seine Eignung als Absorberschicht in Solarzellen zu ziehen.

Die Motivation der vorliegenden Arbeit ist es, einen geeigneten Mehrzonenofen für die Kristallzüchtung zu bauen, welcher für den Einsatz unter Mikrogravitations-Bedingungen im Orbit (Internationale Raumstation ISS) geeignet ist. In dieser Arbeit wird ein Überblick über Kristallzüchtungsverfahren aus der Schmelze, allgemeine Anforderungen an Kristallzüchtungsöfen, elektrische Beheizungssysteme, geeignete Messsysteme und einsetzbare Materialien gegeben, sowie die Auswahl der Konstruktionsprinzipien und Gestaltung anhand geometrischer, thermischer und atmosphärischer Randbedingungen festgelegt. Die Auslegung und die Dimensionierung des Kristallzüchtungsofens (Energiebedarf, Wärmeverluste, Kühlung) und mechanischen (Spannung, Biegemoment, Festigkeit) werden für geeignetes Optimum gefunden. Die Konstruktionsprinzipien, Gestaltung, Auslegung und Dimensionierung werden am Beispiel FMF durchgeführt. Die Fertigstellung von Konstruktionsunterlagen und Dokumentationen wird ergänzt.

Die Motivation der vorliegenden Arbeit ist es, einen geeigneten Mehrzonenofen für die Kristallzüchtung zu bauen, welcher für den Einsatz unter Mikrogravitations-Bedingungen im Orbit (Internationale Raumstation ISS) geeignet ist. In dieser Arbeit wird ein Überblick über Kristallzüchtungsverfahren aus der Schmelze, allgemeine Anforderungen an Kristallzüchtungsöfen, elektrische Beheizungssysteme, geeignete Messsysteme und einsetzbare Materialien gegeben, sowie die Auswahl der Konstruktionsprinzipien und Gestaltung anhand geometrischer, thermischer und atmosphärischer Randbedingungen festgelegt. Die Auslegung und die Dimensionierung des Kristallzüchtungsofens (Energiebedarf, Wärmeverluste, Kühlung) und mechanischen (Spannung, Biegemoment, Festigkeit) werden für geeignetes Optimum gefunden. Die Konstruktionsprinzipien, Gestaltung, Auslegung und Dimensionierung werden am Beispiel FMF durchgeführt. Die Fertigstellung von Konstruktionsunterlagen und Dokumentationen wird ergänzt.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Kontrolle und Beeinflussung der Schmelzströmung beim Vertical Gradient Freeze- (VGF-) Verfahren durch magnetische Wechselfelder, wobei speziell der Einfluss von rotierenden und wandernden Magnetfeldern auf den Stoff- und Wärmetransport untersucht wird. Das Potential der VGF-Magnetfeldzüchtung für die Reduktion der thermischen Spannungen bei der Züchtung von Ge- und GaAs-Kristallen wird demonstriert. Anhand von Experimenten zur Gasphasendotierung von Ge-Einkristallen mit Zink werden außerdem die Vorteile des Magnetfeldeinsatzes für eine effektive Durchmischung der Schmelze und für eine Reduzierung der radialen Dotierstoffsegregation gezeigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von züchtungsrelevanten Modellanordnungen für systematische Strömungsexperimente mit niedrig schmelzenden Legierungen. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der magnetfeldinduzierten Strömung und der thermische Auftriebströmung beim VGF-Verfahren direkt untersucht werden.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Kontrolle und Beeinflussung der Schmelzströmung beim Vertical Gradient Freeze- (VGF-) Verfahren durch magnetische Wechselfelder, wobei speziell der Einfluss von rotierenden und wandernden Magnetfeldern auf den Stoff- und Wärmetransport untersucht wird. Das Potential der VGF-Magnetfeldzüchtung für die Reduktion der thermischen Spannungen bei der Züchtung von Ge- und GaAs-Kristallen wird demonstriert. Anhand von Experimenten zur Gasphasendotierung von Ge-Einkristallen mit Zink werden außerdem die Vorteile des Magnetfeldeinsatzes für eine effektive Durchmischung der Schmelze und für eine Reduzierung der radialen Dotierstoffsegregation gezeigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von züchtungsrelevanten Modellanordnungen für systematische Strömungsexperimente mit niedrig schmelzenden Legierungen. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der magnetfeldinduzierten Strömung und der thermische Auftriebströmung beim VGF-Verfahren direkt untersucht werden.

Erstmalig wurden für die VGF-Züchtung von GaAs-Kristallen die verschiedenen Möglichkeiten der Beeinflussung der Kohlenstoffkonzentration untersucht und Möglichkeiten zu deren zielstrebigen Einstellung aufgezeigt. Dies eröffnet auch für die so gezüchteten Kristalle den semi-isolierenden Widerstandsbereich bei niedrigkompensiertem GaAs technologisch sicher einstellen zu können. Anhand umfangreicher experimenteller Daten und thermodynamischer Betrachtungen werden die komplexen Zusammenhänge untersucht und Lösungswege für die technologische Beherrschung aufgezeigt. Das auf die experimentellen Daten angewendete Modell erzeugte die notwendigen Regelparameter für einen gradientenfreien Verlauf der Kohlenstoffkonzentration entlang der Kristallachse. Die Ergebnisse der Dissertation konnten in eine industrielle Fertigungstechnologie übertragen werden.

Die Arbeit befasst sich mit der Herstellung massiver Halbleitereinkristalle nach der Vertical Gradient Freeze (VGF) – Technologie unter dem Einfluss eines kombinierten magnetischen Gleich- und Wechselfeldes. Konkret wurden ein axial statisches und ein wanderndes Magnetfeld eingesetzt, um eine maßgeschneiderte Strömung in der Halbleiterschmelze zu erzeugen. Die Eigenschaften der Strömung wurden anhand von isothermalen Modellexperimenten detailliert untersucht. Des Weiteren wurden numerische Modelle der experimentellen Anordnungen entwickelt und umfangreiche Simulationen zu den auftretenden Magnet-, Strömungs-, Temperatur- und Spannungsfeldern durchgeführt. Der Arbeitsschwerpunkt lag auf der Optimierung der Kristalleigenschaften bei der Züchtung von GaAs- und Ge-Einkristallen. Durch den Einsatz der kombinierten Magnetfelder konnte eine signifikante Verringerung der Durchbiegung der Phasengrenze Schmelze/Kristall und der damit verbundenen thermischen Spannungen im Kristall gezeigt werden. Gleichzeitig wurde eine sehr homogene makroskopische Dotierstoffverteilung ohne auftretende Mikrosegregation erreicht.

Isotopenangereicherte hochreine Germanium (HPGe) Strahlungsdetektorkristalle mit herausragender chemischen Reinheit und kristalliner Perfektion spielen eine Schlüsselrolle zur Beantwortung fundamentaler Fragen bezüglich Neutrinos und Dunkler Materie. Diese Dissertation untersucht die einhergehende Materialaufbereitung von Germanium angereichert an 76Ge, Kristallzüchtung, sowie die notwendige Charakterisierung und Beschreibung von Defekten. In dieser Arbeit wird ein Wasserstoff-Reduktionsprozess eingesetzt um 50 kg an angereicherten GeO2 zu halbleitenden Ge zu reduzieren, was anschließend mittels Zonenreinigung auf intrinsische Reinheit gebracht wurde. Die Prozesse wurden hinsichtlich einer minimalen Exposition durch kosmische Strahlung und einer maximaler Ausbeute optimiert. Zudem wurde eine Zonenreinigungstechnologie für HPGe in Quarzglasbooten zur Erreichung der angestrebten Netto-Ladungsträgerdichte von 10^10 cm^-3 entwickelt. [0 0 1] HPGe Einkristalle mit niedriger Defektdichte wurden mittels des Czochralski-Verfahrens gezüchtet. Ein dynamischer Beugungseffekt zeigte die Existenz von Leerstellencluster in versetzungsfreien Ge mit einem Durchmesser von 100 nm und einer Dichte von 10^5 cm^-3 auf, was mit einem Abfall der Ladungsträgerlebensdauer von über 400 auf 83 µs verbunden war. Des Weiteren wurde Versetzungslinien und –typ Selektion in [2 1 1] und [1 1 0] Ge Kristallen durch Weißstrahltopografie und einer damit einhergehenden umfangreichen Burgersvektor-Analyse nachgewiesen. Die hohen Lebensdauern weisen auf eine verbesserte zukünftige Detektorkristalltechnologie hin. Letztendlich wurde die aus der Kristallzüchtung resultierende Versetzungsmultiplikation durch Diskrete Versetzungsdynamik unter Verwendung und Modifizierung des Open-Source Codes ParaDiS beschrieben. Exponentielle Versetzungsmultiplikation wurde beobachtet, mit einer linearen Proportionalität der mittleren Versetzungsgeschwindigkeit und des Multiplikationsparameters zur effektiven Schubspannung. / Isotopically enriched high-purity germanium (HPGe) radiation detector crystals with outstanding crystalline perfection play a key role in answering fundamental questions concerning neutrinos and dark matter. This thesis investigates the related material processing of germanium isotopically enriched in 76Ge, crystal growth, and the necessary defect characterization and description. In this work, a hydrogen reduction process was employed to reduce around 50 kg of enriched GeO2 to semiconducting Ge, which was subsequently purified by zone-refining to intrinsic purity. The processes were optimized towards a minimal exposure to cosmic radiation and a maximal yield. Furthermore, HPGe zone-refining technology in fused silica boats has been developed to reach the target net charge carrier density of 10^10 cm^-3. [0 0 1] HPGe single crystals with low defect density were grown by the Czochralski method. A dynamical X-ray diffraction effect revealed the presence of voids in dislocation-free Ge with a diameter of 100 nm and a density of 10^5 cm^-3, which was accompanied by a decrease in charge carrier lifetime from above 400 to 83 µs. Additionally, dislocation line and type selection were demonstrated in [2 1 1] and [1 1 0] Ge crystals by white beam X-ray topography accompanied by an extensive Burgers vector analysis. The high lifetimes suggest an improved future detector crystal technology. Finally, the dislocation multiplication during crystal growth could be described by discrete dislocation dynamics, utilizing and modifying the open-source code ParaDiS. Exponential dislocation multiplication was observed with an average dislocation velocity and multiplication parameter linearly proportional to the effective shear stress.

Heusler compounds are cubic intermetallics with a wide range of interesting properties, which are closely related to the structure of the material. In addition, several exotic physical phenomena have been predicted for different compositions in the family, but have not been experimentally realized. By and large, the lack of success in realization of various properties are due to the issues with intrinsic material attributes, which have been difficult to resolve as the relationship between them is not well understood. The aim of this work has been to unravel the entanglement between the intrinsic material attributes of cobalt-based quaternary Heusler compounds such as the structure, defects (disorder), chemical inhomogeneities etc., and the resulting physical properties.

In dieser Arbeit wurden Segregationen, die bei der Z"uchtung einkristalliner Fasern von Oxidmischkristallsystemen mittels der Micro-Pulling-Down Methode auftreten, experimentell und theoretisch untersucht. Dazu wurden Fasern von hochschmelzenden Oxidmischkristallsystemen mit unterschiedlichen Gleichgewichtsverteilungskoeffizienten gezüchtet. Es wurde gezeigt, dass die Dotierstoffprofil von dem Gleichgewichtsverteilungskoeffizienten, der Ziehgeschwindigkeit, dem Sauerstoffpartialdruck der Züchtungsatmosphäre sowie der Meniskushöhe abhängt. Ein analytisches und ein numerisches Modell wurden erstellt um den Segregationsprozess zu beschreiben. Ein Modell basierend auf der irreversiblen Thermodynamik wurde zur Berechnung der Thermodiffusionskoeffizienten mittels Enthalpie und Entropie hergeleitet. Ausserdem wurden mechanische Spannungen, die durch die Segregationen erzeugt werden, untersucht. LiYF4 wurde erfolgreich gezüchtet. Für diesen Fall wurde die Notwendigkeit einer reinen Züchtungsatmosphäre sowie eines reinen Ausgangsmaterials in Bezug auf Wasser- und Sauerstoffverunreinigungen, gezeigt. / Within this study segregations, which occur during micro-pulling-down growth of single-crystal fibers of oxide solid solutions, have been analyzed in an experimental and theoretical manner. Single-crystal fibers of high melting point oxide solid solutions with different equilibrium distribution coefficient have been grown. It has been shown, that the dopant distribution depends on the equilibrium distribution coefficient of the dopant, the pulling speed, the oxygen partial pressure of the growth atmosphere and the meniscus height. An analytical and a numerical model have been established to describe the segregation process. A theoretical model based on irreversible thermodynamics to calculate the thermodiffusion factors using the enthalpy and entropy was derived. Also mechanical stresses induced by the segregation have been analyzed. LiYF4 has been grown successfully. In this case the necessity of a very high purity atmosphere and source material in terms of water and oxygen trace impurities has been shown.