Вы здесь

Електронні процеси на границі розділу органічних напівпровідників

Автор: 
Луцик Петро Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2008
Артикул:
3408U000820
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ТОНКОПЛІВКОВИХ СТРУКТУР
2.1. Вибір досліджуваних речовин для створення фоточутливих тонкоплівкових структур
Вибір речовин для успішної розробки ефективних органічних СЕ є дуже актуальною задачею. Ціль - вибрати оптимально ефективні компоненти ГС, які в подальшому можна використовувати при розробці та виготовлені СЕ. Для цього повинні виконуватися, по крайній мірі, дві необхідних умови: ГС повинна поглинати більшу частину сонячного випромінювання у видимій, ближній ІЧ та ультрафіолетовій (УФ) області (~ 1.2-3.2 еВ) і поглинання цього світла повинно призводити до ефективного утворення носіїв заряду. Таким чином обидві компоненти ГС повинні бути фоточутливими в спектральній області ~ 1.2-3.2 еВ. Але цього недостатньо. Третьою важливою умовою є необхідність створення на ГР двох компонент ГС значного запірного бар'єру з невеликою концентрацією центрів поверхневої рекомбінації носіїв заряду. Для перевірки можливості створення запірного бар'єру можна використовувати енергетичну схему ГС за моделлю Андерсона, яка була запропонована для неорганічних НП (п. 1.2). А для оцінки концентрації центрів поверхневої рекомбінації носіїв заряду на ГР компонент ГС необхідно провести детальне дослідження оптичних та фотовольтаїчних властивостей ГС.
Отже, отримання перспективних для фотовольтаїчного перетворення сонячного світла ГС відбувається при умові фоточутливості компонент ГС в області ~ 1.2-3.2 еВ та формування значного згину зон на ГР ГС. На відміну від неорганічних НП, більшість фоточутливих органічних НП р-типу провідності слабо поглинають сонячне світло в області 2.0-3.0 еВ. Тому для створення ГС нами вибраний фоточутливий органічний НП n-типу провідності МРР (рис. 1.8а), який ефективно поглинає сонячне світло
(? > 105 см-1) з утворенням нерівноважних носіїв заряду в області 2.0-3.0 еВ. Також перевагами МРР є термічна стабільність та впорядкована структура тонких шарів. Тому шари МРР активно використовуються при розробці органічних СЕ (див. табл. 1.1).
Для створення анізотипних ГС на основі шарів МРР було підібрано ряд НП компонент р-типу провідності: Pn (рис. 1.5а), HTP (рис. 1.5b), PbPc (рис. 1.7а) та CuI, які поглинають сонячне світло в спектральній області прозорості шарів МРР (рис. 1.10). Так, тонкоплівкові структури на основі Pn ефективно поглинають сонячне світло тільки в області 1.8-2.4 еВ (рис. 1.6), при цьому Pn є найбільш фоточутливим НП серед лінійних аценів (див. табл. 1.2). Плівки похідної Pn - HTP поглинають світло та фоточутливі в спектральній області 1.6-2.0 еВ (рис. 1.6), а плівки PbPc - в області 1.3-2.2 еВ (рис. 1.7). Створення анізотипних ГС на основі шарів МРР, які фоточутливі в області 2.0-3.0 еВ вирішує проблему слабкого поглинання сонячного світла та незначної фоточутливості шарів р-типу провідності в області 2.2-2.7 еВ. Плівки CuI ефективно поглинають світло в ближній УФ області (h? > 3.0 еВ). Саме тому було вибрано компоненти р-типу провідності Pn, НТР, PbPc та CuI, спектральна фоточутливість яких зміщена в ближню ІЧ або УФ область в порівнянні з областю фоточутливості шарів МРР. Це може призвести до збільшення, як частини поглинутого сонячного випромінювання, так і фотогенерованих носіїв заряду в ГС на основі запропонованих компонент n- та р-типу. Отже, такий вибір компонент р-типу провідності при створенні анізотипних ГС на основі МРР, дозволяє розширити діапазон фоточутливості майбутніх ГС в порівнянні з областю фоточутливості окремих компонент.
Як видно з табл. 2.1 вибрані НП р-типу провідності (Pn, HTP, PbPc та CuI) мають різні значеннями роботи виходу носіїв або рівня Фермі (Ef), що дозволяє проаналізувати залежність фоточутливості досліджуваних анізотипних ГС на основі МРР від енергетичної структури компонент р-типу провідності.

Таблиця 2.1
Значення параметрів енергетичної структури компонент ГС.
IС, eВEg, eВ?, eВEf, eВMPP6.47 [98,99]2.6 [98,99]3.87 [98,99]4.38 [98,99]PbPc4.9 [100]1.6 [101]3.34.2-4.6 [102]Pn5.07
[77]2.2
[77]2.87
[77]4.3-4.8
[103-106]TTT4.75 [77]2.0 [77]2.75 [77]4.4 [107-108]HTP 14.7-4.81.95-2.052.7-2.84.3-4.5CuI6.1 [109]3.0 [109]3.1 [109]6.0 [109]1 (Параметри енергетичної схеми НТР на даний момент не встановлені. Але оскільки молекулярна структура молекул НТР і ТТТ близька. СП у видимій та ближній ІЧ області плівок НТР і ТТТ практично співпадають, то припускається, що значення енергетичних параметрів НТР і ТТТ будуть близькими.)
В якості альтернативної компоненти n-типу використані також шари SnCl2Pc (рис. 2.1), які є фоточутливими у видимій та ближній ІЧ області, і можуть бути використані для експериментальної перевірки можливості виго-товлення органічних ГС перспек-тивних для створення ефективних багатошарових органічних СЕ.Рис. 2.1 Структурна формула молекули SnCl2Pc
2.2. Методика виготовлення тонкоплівкових структур

При дослідженні об'ємних властивостей тонких плівок необхідно створювати тонкоплівкові структури товщиною більше довжини вільного пробігу носіїв заряду або області просторового заряду біля поверхні (в залежності, що більше). При цьому плівка повинна бути суцільною, достатньо однорідною і мати омічні контакти. В протилежному випадку отримані результати дослідження властивостей тонкоплівкових структур будуть сильно залежати від властивостей поверхні плівок [110].
Виготовлення тонкоплівкових ГС, тобто приведення в контакт двох тонких НП шарів, є складним технологічним процесом. Так, компоненти ГС (тонкі плівки) повинні задовольняти ряду важливих умов (напр. однорідність по товщині, велика адгезія, незмінність інших властивостей по товщині плівки) [110]. Також для отримання якісної ГР двох НП шарів потрібно перешкодити взаємодифузії компонент, що можна досягнути при достатньо низьких температурах виготовлення ГС [111]. З іншої сторони для отримання більш ефективних ГС, потрібно підвищувати температуру ви