ИСТИНА

В настоящее время доля солнечной энергетики в мировом производстве энергии существенно растет. В ближайшем будущем встанет вопрос о новых более дешевых и простых в массовом производстве солнечных фотоэлементов (СФЭ), так как производство традиционных кремниевых СФЭ являются дорогим. Такими СФЭ могут стать органические СФЭ, которые помимо дешевизны и простоты производства обладают механической гибкостью и малым весом. Однако эффективность преобразования энергии органических солнечных фотоэлементов на данный момент невысока: КПД лучших лабораторных образцов составляет не более 12%. С другой стороны, современные достижения в области полупроводниковой индустрии во многом связаны с реализацией управляемого легирования неорганических полупроводников, так, например, успехи кремниевой электроники во многом связаны с разработкой методов легирования кремния. Известно, что органические полупроводники, в частности сопряженные полимеры, обычно содержат легирующие примеси [1-4]. Например, широко исследуемый полимер органической электроники — поли(3-гексилтиофен) — легирован кислородом [2-4]. При этом легирующие примеси можно направленно вводить в ходе приготовления пленок [5-10]. Однако влияние легирования на КПД полимерных солнечных элементов мало изучено. Вместе с тем, недавно проведённое нами численное моделирование эффекта легирования органических полупроводников на эффективность СФЭ показало, что легирование сильно влияет на КПД и фототок [11]. В частности для двухслойного солнечного фотоэлемента с планарным гетеропереходом было показано, что при легировании слоёв основными носителями, то есть когда слой, проводящий электроны, легирован примесями n-типа, а слой, проводящий дырки, легирован примесями n-типа, КПД, ток короткого замыкания, напряжение холостого хода существенно повышаются при увеличении концентрации легирующих примесей. Более того, фактор заполнения вольтамперных характеристик такого легированного СФЭ может превышать предел Шокли-Квайссера [12]. Фактор заполнения равен отношению максимальной мощности СФЭ к произведению тока короткого замыкания и напряжения холостого хода и показывает, насколько вольтамперная характеристика близка к прямоугольному виду (см. Приложение). Чтобы реализовать управляемое легирование органических полупроводников, сначала нужно разработать методы контроля уровня легирования. Известен метод импедансометрии, заключающийся в измерении электрической ёмкости образца органического СФЭ, которая даёт информацию о толщине барьера Шоттки, откуда может быть рассчитана концентрация легирующих примесей [2,3,13]. В данном проекте планируется разработать новый метод определения концентрации легирующих примесей в органических полупроводниках – метод спектроскопии электропоглощения. Данный метод будет заключаться в измерении оптического коэффициента поглощения активного слоя в зависимости от приложенного к электродам образца СФЭ внешнего напряжения и расчёте из полученных данных распределения электрического поля в активном слое, откуда может быть рассчитана концентрация легирующих примесей. Планируется измерить концентрацию легирующих примесей в органических СФЭ двумя методами (импедансометрия и спектроскопия электропоглощения), сравнить полученные данные с результатами численного моделирования и оценить адекватность этих методов. Имея возможность контролируемого легирования, планируется повысить КПД органических СФЭ. 1. B. Van Der Zanden, A. Goossens, Journal of Applied Physics 94 (2003) 6959. 2. M. Glatthaar, M. Riede, N. Keegan, K. Sylvester-Hvid, B. Zimmermann, M. Niggemann, A. Hinsch, A. Gombert, Solar Energy Materials and Solar Cells 91 (2007) 390. 3. G. Garcia-Belmonte, A. Munar, E.M. Barea, J. Bisquert, I. Ugarte, R. Pacios, Organic Electronics 9 (2008) 847. 4. S. Hoshino, M. Yoshida, S. Uemura, T. Kodzasa, N. Takada, T. Kamata, K. Yase, Journal of Applied Physics 95 (2004) 5088. 5. K. Walzer, B. Maennig, M. Pfeiffer, K. Leo, Chemical Reviews 107 (2007) 1233. 6. J. Blochwitz, M. Pfeiffer, T. Fritz, K. Leo, Applied Physics Letters 73 (1998) 729. 7. X. Zhou, J. Blochwitz, M. Pfeiffer, A. Nollau, T. Fritz, K. Leo, Advanced Functional Materials 11 (2001) 310. 8. M. Pfeiffer, A. Beyer, B. Plonnigs, A. Nollau, T. Fritz, K. Leo, D. Schlettwein, S. Hiller, D. Wohrle, Solar Energy Materials and Solar Cells 63 (2000) 83. 9. T. Taima, J. Sakai, T. Yamanari, K. Saito, Solar Energy Materials and Solar Cells 93 (2009) 742. 10. D.T. Duong, C. Wang, E. Antono, M.F. Toney, A. Salleo, Organic Electronics 14 (2013) 1330. 11. V.A. Trukhanov, V.V. Bruevich, D.Yu. Paraschuk, Physical Review B 84 (2011) 205318. 12. W. Shockley, H.J. Queisser, J. of Appl. Phys. 32 (1961) 510. 13. O.V. Kozlov, S.A. Zapunidi, Synthetic Metals 169 (2013) 48.