Organisk elektronik:Billeddannelsesfejl i solceller

(Phys.org) —Forskere ved Ludwig-Maximilians-Universitaet i München har udviklet en ny metode til at visualisere materialefejl i tyndfilmsolceller.

Et LMU-forskerhold ledet af Bert Nickel har, for første gang, lykkedes at funktionelt karakterisere det aktive lag i organiske tyndfilmssolceller ved hjælp af laserlys til lokaliseret excitation af materialet. Resultaterne er rapporteret i det videnskabelige tidsskrift " Avancerede materialer ". "Vi har udviklet en metode, hvor materialet rasterscannes med laser, mens den fokuserede stråle moduleres på forskellige måder, ved hjælp af f.eks. en roterende dæmper. Dette gør os i stand til direkte at kortlægge den rumlige fordeling af defekter i organiske tyndfilm, en bedrift, der ikke tidligere er opnået, " forklarer Christian Westermeier, som er førsteforfatter til den nye undersøgelse.

Solceller kan omdanne sollys til elektrisk energi ved at udnytte lysets kapacitet til at excitere molekyler, producerer frie elektroner og positivt ladede "huller". Hvor lang tid det tager for disse ladningsbærere at blive ekstraheret af elektroderne er til gengæld afhængig af den detaljerede struktur af cellens aktive lag. Defekter i det regelmæssige arrangement af atomerne fungerer som midlertidige fælder for ladningsbærere, og dermed reducere størrelsen af ​​den brugbare strøm, der kan produceres. Den nye kortlægningsmetode giver forskerne mulighed for at opdage ændringerne i strømstrømmen i forbindelse med lokaliseret excitation af defekter med laserlys. I den anvendte eksperimentelle geometri tjener en metallisk bagkontakt som portelektroden. Ved at påføre en spænding til denne port, fælderne i det halvledende materiale kan fyldes eller tømmes på en kontrollerbar måde via den såkaldte felteffekt. Ved at modulere frekvensen af ​​laserlyset kan den tidsmæssige dynamik af fældetilstande bestemmes.

Undersøgelsen viste, at i pentacen, en organisk halvleder, defekterne har en tendens til at være koncentreret på bestemte positioner. "Det ville være interessant at vide, hvad der er specielt ved overfladelaget ved disse hot spots. Hvad producerer defekter på disse steder? De kan skyldes kemiske forurenende stoffer eller uregelmæssigheder i molekylernes justering, " siger Bert Nickel, som også er medlem af Nanosystems Initiative Munich (NIM), en Cluster of Excellence.

Nikkel og hans kolleger valgte pentacen til deres eksperimenter, fordi det er det mest ledende materiale, der i øjeblikket er tilgængeligt til fremstilling af organiske halvledere. I nærværende undersøgelse, de så på et tyndt pentacenlag, hvor størstedelen af ​​ladningsbærerne er positivt ladede huller. I det efterfølgende arbejde, de planlægger at undersøge komplette solceller, som består af en hulledende film i direkte kontakt med et elektronledende lag.