Ученые из Москвы повысят эффективность солнечных батарей, сенсоров и светодиодов

Ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» исследовали фотогенерацию в органических полупроводниках, которые используются для солнечных батарей, светодиодов и сенсоров. Их работа может помочь создавать более эффективные устройства для пользователей. А инженерам исследование поможет предсказать, какой материал будет работать лучше другого.

Фотогенерация — это образование подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света в органических полупроводниках.
В них из-за малой диэлектрической проницаемости (способность материала накапливать электрическую энергию) поглощение фотона приводит к образованию пар. В парах электрон и дырка разделены в пространстве, но связаны кулоновским взаимодействием. Это взаимодействие неподвижных электрических зарядов: точечных заряженных тел, равномерно заряженных сфер и шаров.

Вероятность разделения таких пар зависит от эффективности фотогенерации электронов и дырок. Ученые поясняют, что увеличение эффективности фотогенерации очень важно для развития устройств на основе органических полупроводников. Это твердые вещества, строительными блоками которых являются молекулы с пи-связями или полимеры. Органические полупроводники обычно представляют собой молекулярные кристаллы или тонкие пленки.

Такие полупроводники опережают другие материалы в гибкости и легкости, по разнообразию свойств и по возможностям производства по дешевой массовой технологии. Они не подойдут для создания процессоров из-за низкой подвижности носителей зарядов, но идеальны для бюджетных радиочастотных меток и сверчувствительных сенсоров, например (помимо солнечных батарей). Также органические полупроводники используют в электронике в составе светодиодов и дисплеев на их основе.

Ученые НИЯУ МИФИ создали аналитическую модель. Она отслеживает зависимость вероятности разделения пар электрон+дырка от температуры. «Диффузия сильно неравновесных («горячих») носителей заряда аномально сильна и слабо зависит от температуры на начальном интервале времени после образования пары вследствие энергетического беспорядка, — объясняет профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ, доктор физ-мат. наук Владимир Никитенко. — Нам удалось оценить ключевой параметр модели — начальное разделение пары, который зависит от свойств материала».

Раньше ученые определяли этот параметр методом подгонки под экспериментальные данные.