Organik yarı iletkenlerin enerji seviyesinin ayarlanmasının farkına varın: elektronik uyarılmış durum ve yük taşıma enerji seviyesi
Organik yarı iletkenlerin enerji düzeyini ayarlamak için Uygulamalı Fizik ve Fotonik Malzemelerin Entegrasyon Merkezi'nden (IAPP) ve Dresden Üniversitesi'ndeki İleri Elektronik Merkezi'nden (cfaed) ve Tubingen, Potsdam ve Mainz'den fizikçiler Araştırmacılar, organik yarı iletken filmlerdeki elektronların enerjisinin elektrostatik kuvvetler tarafından nasıl ayarlandığını kanıtlayabilirler. Simülasyonlarla desteklenen bir dizi farklı deney, moleküler yapı blokları tarafından taşıyıcılara uygulanan belirli elektrostatik kuvvetlerin etkisini rasyonelleştirebilir.Araştırma sonuçları Nature Communications'da yayınlandı.
Güneş pilleri, ışık yayan diyotlar, fotodetektörler veya transistörler gibi organik yarı iletkenlere dayalı elektronik cihazlarda, elektronik uyarılmış durumlar ve yük taşıma enerji seviyeleri, çalışma prensiplerini ve performanslarını tanımlamak için önemli kavramlardır. Bununla birlikte, geleneksel inorganik yarı iletkenlerle (silikon çipler gibi) karşılaştırıldığında, karşılık gelen enerjiyi elde etmek ve ayarlamak daha zordur, bu da yaygın bir zorluktur.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Bu hem ölçüm hem de harici kontrolün etkisi için geçerlidir. Bir ayar düğmesi, organik malzemelerde geliştirilmiş uzun menzilli Coulomb etkileşiminden yararlanır. Bu çalışma, organik malzemelerdeki yük taşıma enerji seviyesi ve eksiton durum enerjisi ile harmanlama bileşenleri ve moleküler yönelim arasındaki ilişkiyi araştırdı.
Eksitonlar, yarı iletken malzemelerde ışık absorpsiyonu ile oluşturulan bağlı elektron çiftleri ve deliklerdir. Farklı organik yarı iletken malzemelerin bir karışımıdır.Araştırma sonuçları, organik ince filmlerin enerjisinin, tek tek moleküllerin parametrelerini, yani pi istifleme yönündeki moleküllerin dört kutuplu momentini ayarlayarak ayarlanabileceğini göstermektedir. Bir elektrik dört kutuplu, nispeten eşit iki kutup oluşturan iki pozitif yük ve iki eşit derecede güçlü negatif yükten oluşabilir. En basit durumda, bir karenin köşelerine dönüşümlü olarak dört yük yerleştirilir.
Araştırma ayrıca organik güneş pillerinin fotoelektrik voltajı veya fotoakımı gibi cihaz parametrelerini dört kutuplu moment ile ilişkilendiriyor. Bu sonuç, yeni organik materyallere dayalı organik güneş pili cihazlarının verimliliğindeki en son gelişmeyi açıklamaya yardımcı olur. Gözlenen elektrostatik etki, "küçük moleküller" ve polimerler de dahil olmak üzere organik materyallerin genel bir özelliği olduğu için, her tür organik cihazın performansının iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Organik yarı iletken cihazların işlevi esas olarak moleküler enerjiye, yani iyonlaşma enerjisine ve elektron afinite enerjisine bağlıdır. Bununla birlikte, filmin iyonlaşma enerjisi ve elektron afinite değeri filmin morfolojisine ve bileşimine çok duyarlıdır, bu nedenle onları tahmin etmek zordur.
Çinko ftalosiyanin ve florlanmış türevlerinin birleşik deneyleri ve simülasyon çalışmalarında, iyonizasyon enerjisi, saf filmdeki moleküler yönelimin bir fonksiyonu olarak değişir veya karışımdaki karışım oranı, - boyunca moleküler dört kutuplu bileşen ile orantılıdır. . Bu bulgular organik güneş pillerine uygulanmış ve verici-alıcı arayüzünde ve ücretsiz yük taşıyıcılarında yük transfer durumu tarafından üretilen ayrışma bariyer enerjisini optimize etmek için elektrostatik etkileşimin nasıl ayarlanacağını göstermiştir. Diğer malzemelerin arayüz enerjisi ile dört kutuplu moment arasındaki korelasyon doğrulanmıştır, bu da arayüz enerjisi ile küçük moleküller ve polimerler arasındaki ilişkiyi göstermektedir.
