7.9 Органические полупроводники

Органические полупроводники привлекают внимание вследствие низкой стоимости и возможности их получения в необходимом количестве при крупномасштабном производстве фотоэлектрических преобразователей. Однако в силу определенных свойств, присущих этим материалам, создаваемые на их основе солнечные элементы обладают очень низкой эффективностью. В одной из ранних работ, посвященных анализу КПД солнечных элементов на основе органических полупроводников, Фэнг [60] показал, что если один из двух контактов, на поверхности органического полупроводника не будет обладать диодными характеристиками, то возможно получение КПД около и др. [61, 62] изучали фотоэлектрические и диодные характеристики солнечных элементов с барьером Шоттки на основе -фталоцианин — и со структурой тетрацен — Авторы установили, что у элементов на основе фталоцианина магния ток короткого замыкания связан с интенсивностью излучения зависимостью Для напряжения холостого хода справедливо соотношение типичное для элементов с барьером Шоттки или -переходом. Отмечается, что солнечные элементы имеют большое последовательное сопротивление. Диффузионная длина электронов, найденная с помощью спектральной характеристики чувствительности, равна см. Чувствительность элементов зависит от направления падения: света. Согласно результатам измерений вольт-фарадных

характеристик, диффузионный потенциал составляет 0,6 В, а ширина обедненного слоя Коэффициент собирания фотогенерированных носителей равен Если свет с длиной волны 0,69 мкм поступает в элемент со стороны слоя алюминия, то КПД составляет около 0,01 %. В элементах на основе тетрацена [62] протекание тока при прямом напряжении смещения обусловлено процессами, происходящими в области пространственного заряда при участии дырок, инжектируемых из слоя Установлено, что где Как и у элементов на основе фталоцианина магния, спектральная чувствительность элементов на основе тетрацена зависит от направления падения света.

У элементов со структурой хлорофилл [63], при создании которых микрокристаллическая пленка хлорофилла а осаждается электролитическим методом, коэффициент выпрямления составляет . Прямая темновая вольт-амперная характеристика описывается уравнением Шокли, причем у элементов площадью диодный коэффициент равен 1,6, а обратный ток насыщения — Измерения показывают, что КПД преобразования энергии излучения с длиной волны при мощности падающего светового потока составляет При таком уровне освещенности напряжение холостого хода элементов, равное 0,32 В, не зависит от интенсивности света тогда как ток короткого замыкания меняется по линейному закону при вариациях Коэффициент собирания носителей заряда в элементах этого типа составляет 0,007.

Солнечные элементы с барьером Шоттки на основе фталоцианина (в состав которого не входит металл), диспергированного в органическом связующем и заключенного между электродами из [64], при низкой интенсивности излучения с длиной волны 0,67 мкм имеют КПД более 6%. Если экстраполировать зависимость КПД от интенсивности излучения к значению света с длиной волны содержащегося в солнечном спектре при максимально возможной общей интенсивности, составляющей то КПД уменьшится до 0,01 %. Это снижение эффективности элементов может быть связано с влиянием процессов, происходящих в области пространственного заряда. Напряжение холостого хода элементов данного типа достигает 1,1 В. Возможность улучшения их характеристик ограничена вследствие существования зависимости коэффициента собирания носителей от напряженности электрического поля в области пространственного заряда.

Морел и др. [65], используя органические полупроводники, изготовили существенно более эффективные солнечные элементы. При интенсивности излучения элементов площадью на основе мероцианина составляет

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Коэффициент собирания носителей зависит от напряженности поля в области пространственного заряда и энергии падающего излучения. При высоких энергиях фотонов происходит почти полное собирание носителей, однако в области главного максимума кривой спектральной зависимости коэффициента собирания, расположенного в видимой части спектра, значение составляет около 0,35. Эти результаты относятся к элементам, имеющим полупрозрачный алюминиевый контакт с оптическим коэффициентом пропускания, равным 50%. При наличии абсолютно прозрачного контакта можно ожидать повышения КПД до значений более 1 %.