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Das Verständnis der Zusammenhänge zwischen strukturellen und funktionellen Eigenschaften ist der Schlüssel für die Neugestaltung moderner Energiematerialien.

Dies erfordert jedoch die Untersuchung der exakt gleichen Position der Probe mit verschiedenen Mikroskopietechniken, was eine große Herausforderung darstellt.

Diese Herausforderung wurde vor 10 Jahren von Prof. Cojocaru-Mirédin am Max-Planck-Institut in Düsseldorf in Angriff genommen, wo korrelative TEM-APT- und EBSD-APT-Studien (TEM: Transmissionselektronenmikroskopie, APT: Atomsondentomographie und EBSD: Elektronenrückstreuung) zum ersten Mal durchgeführt wurden. Dies ermöglichte es, den Zusammenhang zwischen Struktur (durch TEM oder EBSD) und Zusammensetzung (durch APT) an den Korngrenzen der Cu(In,Ga)Se₂-Absorberschicht zu verstehen.
Später wurde der Zusammenhang zwischen chemischen und strukturellen sowie elektrischen Eigenschaften für die Korngrenzen in multikristallinen Si- und polykristallinen Cu(In,Ga)Se2-Absorberschichten hergestellt.

Die Strategie der SMC-Gruppe für die nächsten fünf Jahre besteht darin, die Korrelation zwischen Zusammensetzung, Struktur und Transporteigenschaften (z. B. Widerstand, Ladungsträgerdichte und Mobilität) für die interessierenden Energiematerialien zu ermöglichen.

Eine Demonstration dieses neuartigen Ansatzes korrelativer Techniken ist unten dargestellt und wurde kürzlich in Nature Communication veröffentlicht.
Neue Plattform für korrelative EBSD-PPMS-APT-Techniken, die vom PI eingerichtet werden soll zusammen mit Kollegen von RWTH Aachen Universität:

A, B: SEM- und 2D-EBSD-Karte, die die interessierende Korngrenze (GB) in einem polykristallinen Ag-dotierten PbTe-Chalcogenid zeigt.

C, D: Präparation eines Hallbarrens, der die ausgewählte GB enthält, und Befestigung dieses Hallbarrens auf einem Hallhalter. Diese Konfiguration wird verwendet, um den spezifischen Widerstand (1/Leitfähigkeit, E), die Ladungsträgerbeweglichkeit (F) und die Ladungsträgerkonzentration nicht nur im GB, sondern auch in den benachbarten Körnern zu messen.

G: Nach der PPMS-Studie wird mittels FIB eine nadelförmige Probe präpariert, die den interessierenden Bereich (hier das GB) enthält, und schließlich mittels APT (zerstörende Technik) untersucht.

Diese Abbildungen zeigen, wie APT, SEM/FIB/EBSD und PPMS kombiniert werden können, um eine echte 1:1-Korrelativstudie zu erhalten, die es ermöglicht zu verstehen, welche Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Struktur und Transporteigenschaften bestehen.