Ученые НИЯУ МИФИ изучили особенности фотогенерации (образования
подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света) в органических
полупроводниках и описали, как ее эффективность меняется от температуры. По их
мнению, это поможет создавать более совершенные устройства органической
фотовольтаики, в том числе, солнечные батареи. Результаты исследования
опубликованы в высокорейтинговом журнале «The Journal of Physical Chemistry
Letters».
Неупорядоченные органические полупроводники сегодня
широко применяются в электронике в составе светодиодов. Ученые активно
исследуют возможности их применения в тонкопленочных транзисторах,
фотовольтаике, сенсорах и т. д. Преимущества неупорядоченных органических
полупроводников перед другими материалами – гибкость, легкость, разнообразие
свойств и возможность производства по дешевой массовой технологии.
В неупорядоченных органических полупроводниках, в связи с
малой величиной диэлектрической проницаемости, поглощение фотона приводит к
образованию пар, в которых электрон и дырка разделены в пространстве, но
связаны кулоновским взаимодействием (т.н. "геминальные пары").
Вероятность
полного разделения таких пар определяет эффективность фотогенерации
свободных носителей заряда – электронов и дырок. Увеличение эффективности
фотогенерации, в свою очередь, очень важно для развития устройств органической
фотовольтаики, например, солнечных элементов.
Ученые НИЯУ МИФИ разработали аналитическую модель,
которая объясняет слабую зависимость вероятности разделения геминальных пар от
температуры, в согласии с экспериментом и данными моделирования Монте-Карло.
«Дело в том, что диффузия сильно неравновесных
(«горячих») носителей заряда аномально сильна и слабо зависит от температуры на
начальном интервале времени после образования пары вследствие энергетического
беспорядка. Нам удалось оценить ключевой параметр модели – начальное разделение
пары – который зависит от свойств материала. Ранее ученые определяли его лишь
методом подгонки под экспериментальные данные», - рассказал профессор Института
нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ, доктор
физ.-мат. наук Владимир Никитенко.
По мнению исследователей, результаты работы помогут
смоделировать фотогенерацию носителей заряда в органических полупроводниках,
чтобы увеличить ее эффективность.
Работа поддержана грантом РНФ.
Константин Фрумкин, начальник отдела по работе со СМИ Национального
исследовательского ядерного университета МИФИ
