Фотовольтаический эффект в гетеросистемах на основе поли(2-метокси-5-(2'-этил-гексилокси)-П-фениленвинилена

• Автор: Толстов, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Принципы работы фотовольтаических ячеек.

1.1.1 Механизм генерации свободных носителей зарядов в неорганических и

органических полупроводниках

1.1.2 Допирование полимеров акцепторами электронов

1.1.3 Роль подвижности носителей зарядов

1.1.5 Применение полупроводниковых наночастиц в фотовольтаических

системах.

1.1.6 Основные принципы построения высокоэффективной полимерной

солнечной ячейки.
1.2 Влияние магнитного поля на нестационарные процессы в конденсированной фазе
1.2.1 Заселение локальных триплетных возбужденных состояний в
органических полупроводниках.
1.2.2 Процессы с участием пар, содержащих частицы со спином 1
1.2.2.1 Аннигиляция триплетных экситонов
1.2.2.2 Взаимодействие триплетных экситонряс. радикалам и
1.2.3 Процессы с участием дублетдублетных пар, образующих
состояние с переносом заряда.
1.2.3.1 Адмеханизм.
1.2.3.2 Механизм сверхтонкого взаимодействия
1.3 Основные выводы из литературного обзора, выбор объектов и методик исследования.
Глава 2. Объекты и методики исследования.
2.1 Объекты исследования.
2.2 Приготовление образцов.
2.3 Описание методик исследования
Глава 3. Экспериментальные результаты
3.1 Процессы фотогенерации в пленках недопированного МЕНРРУ .
3.2 Фотовольтаические полимерные системы на основе МЕНРРУ с неорганическим акцептором.
3.2.1 Получение наноразмерных частиц Сс и РЬБ
3.2.2 Фотовольтаическая система с наночастицами СсБ.
3.2.3 Фотовольтаическая система с наночастицами РЬБ
3.3 Фотовольтаические полимерные системы на основе МЕНРРУ с органическим акцептором.
3.4 Основные результаты
Выводы.
Список литературы


В качестве акцептора используются различные производные фуллерена и наноразмерные частицы неорганических полупроводников. Целью диссертационной работы является исследование фотовольтаических свойств гетеросистем на основе поли2метокси52этилгексилоксипфениленвинилена МЕНРРУ, содержащих в качестве акцептора добавки фуллерена и производного фуллерена 5,6нитропиримидинозамещснного азагомофуллерена, а также наночастицы сульфидов кадмия и свинца. Получить дисперсии наночастиц сульфида свинца и кадмия в хлорбензоле. Получить нанокомпозиционные пленки, содержащие фуллерен, 5,6нитропиримидинозамещенный азагомофуллерен, наночастицы СбБ и РЬБ. Исследовать морфологию полученных композиционных материалов методом электронной микроскопии. Изучить зависимость интенсивности фотолюминесценции полимерных композиционных пленок от концентрации акцептора. Изготовить прототипы солнечных ячеек на основе полученных композиционных пленок и исследовать их фотовольтаические свойства методом стационарной фотопроводимости. Исследовать процессы фотогенерации в композиционных пленках и в пленках недопированного полимера методом магнитных спиновых эффектов. Глава 1. Электронные свойства неорганических полупроводников хорошо описываются в рамках зонной теории. Однако для органических материалов ситуация несколько иная. В силу больших отличий в строении и составе неорганических и органических материалов для описания фотопроводимости последних требуется введение таких понятий, как полярон, солитон, экситон, поляронные пары, комплекс с переносом заряда и т. Следует также отметить, что электрондьтрочные пары в неорганических полупроводниках являются так называемыми экситонами Ванье, в то время как в органических материалах это экситоны Френкеля 7. Неорганические полупроводники характеризуются сильным взаимодействием между атомами в кристаллической решетке, в результате чего образуются широкие валентная зона и зона проводимости. В результате поглощения света образуется электрондырочная пара рис. Волновая функция электрона и дырки сильно делокализована в пространстве. Соответственно и электрондырочная пара, т. Ванье. Для кристаллических неорганических полупроводников характерны
значения подвижностей носителей заряда р. Вс, для аморфных эта цифра намного ниже 8. Величина р очень важный параметр, контролирующий вероятность диссоциации образовавшейся электрондырочной еЬ пары. Ж
М
А 4 ЛГ А
Рис. Схематическое изображение электронных процессов, проводящих к образованию электрондырочной пары для а неорганических полупроводников слева б органических полупроводников справа. В нижней части изображены схемы кулоновской ямы для каждого из 2х случаев. В органических молекулярных кристаллах, типичным примером которых являются полиацены например, антрацен, пентацен и др. Это означает, что зоны в их энергетических спектрах узкие, и оптически индуцированные переходы приводят к образованию внутримолекулярного возбужденного состояния, которые в дальнейшем мигрируют как квазичастицы, называемые экситонами Френкеля. Диэлектрическая константа ег в органических полупроводниковых материалах колеблется от 3 для полупроводниковых полимеров до 4 для молекулярных кристаллов 7. Это означает, что радиус Онзагера намного больше, чем в неорганике и, как правило, г0 нм при комнатной температуре. Принимая во внимание также, что подвижность носителей зарядов намного ниже, процесс фотогенерации в органических кристаллах и полимерах существенно отличается от неорганических материалов. Имея меньшую длину свободного пробега X, электрон будет термализоваться на расстоянии, меньшем радиуса Онзагера. Таким образом, вероятность геминальной рекомбинации в органических полупроводниках намного выше, чем в неорганических. Эта ситуация проиллюстрирована на рис. Расчет подвижности р для X г0 нм дает величину р 2 см2Вс, которая необходима электрону для того, чтобы покинуть кулоновскую яму. Однако на практике типичные величины для молекулярных кристаллов составляют меньше, чем см2Вс . Таким образом, только небольшая часть первично образовавшихся пар имеют шанс избежать геминальной рекомбинации и диссоциировать.