Configurazione sperimentale utilizzata per mappare le densità dei difetti nei film sottili organici. Un raggio laser pulsato viene utilizzato per eseguire la scansione raster del materiale di interesse, che è assemblato in una geometria ad effetto di campo, consentendo di rilevare le variazioni del flusso di corrente. Le zone gialle indicano i siti in cui la densità del difetto è particolarmente elevata. Fonte:Christian Westermeier
(Phys.org) —I ricercatori della Ludwig-Maximilians-Universitaet di Monaco hanno sviluppato un nuovo metodo per visualizzare i difetti dei materiali nelle celle solari a film sottile.
Un team di ricerca LMU guidato da Bert Nickel ha, per la prima volta, è riuscito a caratterizzare funzionalmente lo strato attivo nelle celle solari organiche a film sottile utilizzando la luce laser per l'eccitazione localizzata del materiale. I risultati sono riportati sulla rivista scientifica” Materiale avanzato ". "Abbiamo sviluppato un metodo in cui il materiale viene sottoposto a scansione raster con un laser, mentre il fascio focalizzato viene modulato in modi diversi, per mezzo di un attenuatore rotante per esempio. Questo ci consente di mappare direttamente la distribuzione spaziale dei difetti nei film sottili organici, un'impresa che non è stata raggiunta in precedenza, " spiega Christian Westermeier, chi è il primo autore del nuovo studio.
Le celle solari possono convertire la luce solare in energia elettrica sfruttando la capacità della luce di eccitare le molecole, producendo elettroni liberi e "buchi" carichi positivamente. Il tempo necessario affinché questi portatori di carica vengano estratti dagli elettrodi dipende a sua volta dalla struttura dettagliata dello strato attivo della cella. Difetti nella disposizione regolare degli atomi fungono da trappole temporanee per i portatori di carica, e quindi ridurre la dimensione della corrente utilizzabile che può essere prodotta. Il nuovo metodo di mappatura consente ai ricercatori di rilevare i cambiamenti nel flusso di corrente associati all'eccitazione localizzata dei difetti mediante luce laser. Nella geometria sperimentale utilizzata un contatto posteriore metallico funge da elettrodo di controllo. Applicando una tensione a questa porta, le trappole presenti nel materiale semiconduttore possono essere riempite o svuotate in modo controllabile tramite il cosiddetto effetto di campo. Modulando la frequenza della luce laser è possibile determinare la dinamica temporale degli stati trap.
Lo studio ha rivelato che nel pentacene, un semiconduttore organico, i difetti tendono a concentrarsi in determinate posizioni. "Sarebbe interessante sapere cosa c'è di speciale nello strato superficiale in questi punti caldi. Cosa produce difetti in questi siti? Potrebbero essere dovuti a contaminanti chimici o a irregolarità nell'allineamento delle molecole, "dice Bert Nickel, che è anche membro della Nanosystems Initiative Munich (NIM), un Cluster di Eccellenza.
Nickel ei suoi colleghi hanno scelto il pentacene per i loro esperimenti perché è il materiale più conduttivo attualmente disponibile per la produzione di semiconduttori organici. In questo studio, hanno osservato un sottile strato di pentacene in cui la maggior parte dei portatori di carica sono fori caricati positivamente. Nei lavori successivi, hanno in programma di studiare celle solari complete, che consistono in un film conduttore di lacune a diretto contatto con uno strato conduttore di elettroni.
