Исследовательской группе LMU под руководством Берта Никеля впервые удалось функционально охарактеризовать активный слой в органических тонкопленочных солнечных элементах, используя лазерный свет для локализованного возбуждения материала. Результаты опубликованы в научном журнале Advanced Materials. «Мы разработали метод, в котором материал сканируется в растровом формате с помощью лазера, а сфокусированный луч модулируется различными способами, например, с помощью вращающегося аттенюатора. Это позволяет нам напрямую отображать пространственное распределение дефектов в органических тонкие пленки, что ранее не было достигнуто », — объясняет Кристиан Вестермайер, который является первым автором нового исследования.Солнечные элементы могут преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию, используя способность света возбуждать молекулы, производя свободные электроны и положительно заряженные «дыры».
Время, необходимое для извлечения этих носителей заряда электродами, в свою очередь, зависит от детальной структуры активного слоя ячейки. Дефекты регулярного расположения атомов действуют как временные ловушки для носителей заряда и, таким образом, уменьшают величину используемого тока, который может быть произведен. Новый метод картирования позволяет исследователям обнаруживать изменения в токе, связанные с локализованным возбуждением дефектов лазерным светом.
В используемой экспериментальной геометрии металлический задний контакт служит стробирующим электродом. Подавая напряжение на этот затвор, ловушки, присутствующие в полупроводниковом материале, могут быть заполнены или опустошены контролируемым образом посредством так называемого эффекта поля. Модулируя частоту лазерного излучения, можно определить временную динамику состояний ловушки.Исследование показало, что в пентацене, органическом полупроводнике, дефекты имеют тенденцию концентрироваться в определенных местах. «Было бы интересно узнать, что особенного в поверхностном слое в этих горячих точках.
Что вызывает дефекты в этих местах? Они могут быть вызваны химическими загрязнителями или нарушениями в расположении молекул», — говорит Берт Никель, также является членом Мюнхенской инициативы по наносистемам (NIM), кластера передового опыта.Никель и его коллеги выбрали пентацен для своих экспериментов, потому что это наиболее проводящий материал, доступный в настоящее время для производства органических полупроводников.
В настоящем исследовании они рассмотрели тонкий слой пентацена, в котором большинство носителей заряда являются положительно заряженными дырками. В последующей работе они планируют исследовать полные солнечные элементы, которые состоят из дырочно-проводящей пленки, находящейся в прямом контакте с электронопроводящим слоем.