Исследование оптических свойств тонких пленок фуллерен-порфириновых комплексов

• Автор: Доненко, Екатерина Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Органические полупроводниковые материалы

1.1.1. Порфирины - органические полупроводники

1.1.2. Фуллерен - молекулярный полупроводник с акцепторными свойствами

1.1.3. Диады и комплексы на основе фуллсренов

1.1.4. Донорно - акцепторные фуллерен - порфириновые комплексы и диады с переносом заряда

1.2. Оптоэлектронные приборы и гетеропереходы на молекулярных 17 полупроводниках

1.2.1. Солнечные элементы на основе нелегированного С«о с неорганическими полупроводниками ]§
1.2.2. Фотопреобразователи на основе легированных пленок С60 с неорганическими полупроводниками

1.2.3. Оптоэлектронные приборы на органических полупроводниках

1.2.4. Солнечные ячейки на основе смеси фуллерен/полимер

1.2.5. Системы искусственного фотосинтеза и сенсибилизированные красителем солнечные элементы
1.2.6. Гетеропереходы на органических полупроводниковых материалах
1.2.7 Электронный молекулярный выпрямитель на основе Сбо
Глава 2. Технология получения тонких поликристалличсских пленок органических полупроводников
2.1. Метод горячей стенки
2.2. Подбор технологических режимов
2.2.1. Технологические режимы получения тонких пленок комплекса Сео-ТРР и скорость конденсации 4 ]
2.2.2. Технологические режимы получения тонких пленок комплекса Сбо-2пТРР
2.3. Морфология поверхности пленок
2.4. Выводы к главе 2
Глава 3. Оптическая спектроскопия
3.1 Спектроскопия поглощения света
3.1.1. Спектры пропускания фуллерена Сбо
3.1.2. Спектры пропускания тстрафенилпорфирина ТРР
3.1.3. Спектры пропускания пленок комплекса Сбо-ТРР и раствора смеси Сбо+ТРР
3.1.4. Спектры пропускания гпТРР и комплекса С6о-2пТРР
3.2. Результаты измерения спектров ИК пропускания
3.3. Спектры комбинационного рассеяния света
3.4. Выводы к главе 3

Глава 4. Исследование фотолюминесценции
4.1. Спектры фотолюминесценции тонких пленок тетрафенилпорфирина и комплекса С60-ТРР
4.2. Спектры фотолюминесценции раствора ZnTPP и тонких пленок ZnTPP
и комплекса C60-ZnTPP
4.3. Кинетика фотолюминесценции
4.4. Выводы к главе 4
Глава 5. Квантово-химические расчеты
5.1. Результаты расчета геометрии комплексов С6о-ТРР и C«rZnTPP
5.2. Результаты расчета одноэлектронных спектров
5.2.1. Результаты расчета одноэлектронных спектров молекул Сбо, ТРР и комплекса Сбо-ТРР
5.2.2. Результаты расчета одноэлектронных спектров молекул Zn ТРР и комплекса Ceo-ZnTPP
5.2.3. Результаты расчета возбужденных электронных состояний
5.3. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными
5.3.1. Результаты расчета ИК активных колебательных мод. Сравнение с экспериментом
5.3.2. Сравнение расчетных данных комбинационного рассеяния света с экспериментальными данными j
5.4. Выводы к главе 5
Заключение
Список литературы

Идея использования органических молекул для выработай тока под воздействием света привлекает специалистов всего мира. Солнечные элементы на органических полупроводниках оказываются значительно дешевле и проще в применении, чем традиционные полупроводниковые. Распространение этой технологии сдерживают два важных фактора: невысокая (менее 6%)
эффективность преобразования и малый (несколько тысяч часов) срок службы. Считается, что коммерческие перспективы органических солнечных элементов зависят от того, сумеют ли они достичь десятипроцентной эффективности при одновременном увеличении расчетного ресурса до 10 тысяч часов.
Существует ряд проблем при работе с органическими полупроводниковыми материалами:
При получении органических пленок методом Ленгмюр - Блоджетт (метод позволяет упорядочивать и ориентировать молекулы в монослоях заданным образом) возникает проблема их термической нестабильности и дислокаций, появляющихся при переносе пленки на подложку. Кроме того, толщина таких пленок и, следовательно, доля поглощенного света мала. Это делает сложным получение функциональных фотоэлектрических приборов на таких органических пленках.
Органические элементы с более высокой эффективностью преобразования (до 11%) можно получить используя метод самоорганизации молекул, но из-за сложности данного метода промышленное производство данных приборов исключено.
Часто в качестве органических веществ используется смесь сопряженного полимера, играющего роль донора, и фуллерена, эффективного акцептора. При нанесении такой смеси на поверхность она твердеет и образует пленку, в толще которой формируются полимерные и фуллереновые «каналы», т.е. формируется объемный гетеропереход с большой площадью границы раздела п- и р-материалов. В идеале эти токопроводящие структуры должны достигать краев

Глава 3. Оптическая спектроскопия.
Измерения спектральных зависимостей пропускания при температурах 293К и 80К производились на монохроматоре МДР-23 и спектрофотометре UV-VIS UNICO 2800, предназначенном для выделения монохроматического излучения в непрерывном спектральном диапазоне 300 - 1000 нм. Проводились исследования спектров пропускания пленок, полученных на подложках из полированного стекла, CaF2 и КВг и растворов в толуоле.
Спектры ИК пропускания для пленок вакуумного напыления чистых ТРР и ZnTPP и комплексов Сбо-ТРР и Ceo-ZnTPP на КВг, прозрачного в ИК диапазоне от 1 - 30 мкм, измерялись на ИК - спектрометре «Specord М-80».
Спектры комбинационного рассеяния были померены на установке «Микрораман» в университете г. Умео, Швеция. Исследовались пленки на кремнии. Измерение проводилось на маленькой интенсивности лазерного пучка, для избежания эффекта полимеризации. Возбуждение осуществлялось на длине волны He-Ne лазера 632,8 нм.
3.1 Спектроскопия поглощения света.
3.1.1. Спектры пропускания фуллерена С60.
Спектр пропускания тонкой пленки С6о представлен на рисунке 35. Край поглощения чистого С6о составляет 653 нм (1,9 эВ). В области до края собственного поглощения, пропускание Сбо меняется незначительно и совпадает с ранее полученной зависимостью коэффициента экстинкции к(А.) в этой области.
Из спектра пропускания раствора С6о (рисунок 36) видно, что основные электронные переходы в молекуле С6о имеют энергии 280 нм (4,4 эВ) и 339 нм (3,66 эВ). Широкие полосы поглощения в области 450 - 680 нм с некоторыми максимумами связаны с переходами в возбужденные синглетные состояния молекулы, т.е. с формированием внутримолекулярного экситона.