Justering af energiniveauerne for organiske halvledere

Fysikere fra Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) og Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) ved TU Dresden, sammen med forskere fra Tübingen, Potsdam og Mainz var i stand til at demonstrere, hvordan elektroniske energier i organiske halvlederfilm kan tunes af elektrostatiske kræfter. Et mangfoldigt sæt eksperimenter understøttet af simuleringer var i stand til at rationalisere effekten af ​​specifikke elektrostatiske kræfter udøvet af de molekylære byggesten på ladningsbærere. Undersøgelsen blev offentliggjort for nylig i Naturkommunikation .

I elektroniske enheder baseret på organiske halvledere såsom solceller, lysemitterende dioder, fotodetektorer eller transistorer, elektroniske excitationer og ladningstransportniveauer er vigtige begreber til at beskrive deres driftsprincipper og ydeevne. Den tilsvarende energi, imidlertid, er sværere at få adgang til og at indstille end i konventionelle uorganiske halvledere som siliciumchips, hvilket står som en generel udfordring. Det gælder både for målingen og for den kontrollerede påvirkning udefra.

Én tuning-knap udnytter Coulomb-interaktionerne på lang rækkevidde, som er forstærket i organiske materialer. I nærværende undersøgelse, afhængigheden af ​​energierne af ladningstransportniveauer og excitoniske tilstande af blandingssammensætning og molekylær orientering i det organiske materiale undersøges. Excitoner er bundne par af en elektron og et hul, der dannes i halvledermaterialet ved lysabsorption. Forskere henviser til blandingssammensætning, når komponenterne består af forskellige organiske halvledende materialer. Resultaterne viser, at energien i organiske film kan justeres ved at justere en enkelt molekylær parameter, nemlig det molekylære kvadrupolmoment i molekylernes pi-stablingsretning. En elektrisk kvadrupol kan bestå af to positive og to lige stærke negative ladninger, som danner to modsat lige store dipoler. I det simpleste tilfælde, de fire ladninger er på skift arrangeret i hjørnerne af en firkant.

Forfatterne forbinder yderligere enhedsparametre for organiske solceller såsom fotospændingen eller fotostrømmen til dette quadrupol-moment. Resultaterne hjælper med at forklare de seneste gennembrud af enhedseffektivitet i organiske solceller, som er baseret på en ny klasse af organiske materialer. Da den observerede elektrostatiske effekt er en generel egenskab ved organiske materialer, herunder såkaldte "små molekyler" og polymerer, det kan hjælpe med at forbedre ydeevnen af ​​alle typer organiske enheder.