CC BY
95
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________2007, том 50, №3____________
ФИЗИКА
УДК 631
М.Садраи*, Х.С.Каримов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов ФОТОКОНДЕНСАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ФТАЛОЦИАНИНОВ И ПЕРИЛЕНА
Органические полупроводники могут быть использованы в солнечных элементах, полевых транзисторах, датчиках и светодиодах [1-4]. В последние годы на основе тонких пленок органических полупроводников был создан ряд фотоэлектрических датчиков, имеющих такие преимущества, как низкая стоимость и простота технологии их изготовления. Позже было обнаружено, что фотоэлектрические датчики на основе гетероструктур органических и неорганических полупроводников обладают лучшей чувствительностью в широком спектральном диапазоне. В частности, в [2] были исследованы датчики на основе фталоцианина меди (ФМ) и арсенида галлия. Исследование спектров фототока и фото-эдс показало, что датчик обладает высокой чувствительностью в широком спектре длин волн от 200 до 1000 нм, т.е. в ИК, видимом и УФ спектрах.
Стремление упростить технологию изготовления датчиков и повысить их чувствительность привело исследователей к созданию фотоэлектрохимических датчиков, в которых органические полупроводники использовались в качестве электродов, наряду с неорганическими полупроводниками, или в электролите, то есть в растворе [5,6]. При этом органический полупроводник также играл роль активной светопоглощающей среды.
В последние годы [1] были разработаны так называемые объемные гетероструктуры, представляющие с собой смеси донорно-акцепторных органических полупроводников соответственно р- и п-типов, которые представляют с собой комплексы с фото-индуцированным переносом носителей зарядов. Такие гетероструктуры использовались в органических солнечных элементах, в которых в качестве электродов использовались проводники с различной работой выхода, например проводящее стекло (ПС) и алюминий.
Обычные слоистые гетероструктуры также использовались для создания солнечных элементов, например на основе перилена и фталоцианина хлор-алюминия (ПС/Пн-ФС1А1 /М, где М является А§ или Аи ) [7].
На ряде органических полупроводников был обнаружен эффект поляризуемости от освещения [8]. Учитывая, что некоторые органические полупроводники являются светочувствительными, представляет практический интерес создание на их основе фотоконденсаторов как датчиков света. В данной работе нами были созданы фотоконденсаторы на основе ФМ и перилена (Пн), а также фталоцианина (Ф) и Пн.
Пленки органических полупроводников, смеси ФМ и Пн, а также Ф и Пн в соотношении 60%:40% по весу осаждались из раствора (концентрацией 2-4 вес.% ) в дихлорметане спиновым методом. Для этого использовался спиновый процессор WS-400 Lite Series. Программа процессора обеспечивала вращение подложки из ПС в первой стадии с угловой скоростью 200 об./мин в течение 15 сек и во второй стадии со скоростью 3000 об./мин в течение минуты. Сравнение толщины пленок органических полупроводников, полученных в таких же условиях спиновым методом [9,10 ] позволило оценить толщину пленок в пределах от 100 до 200 нм для концентрации растворов 2 и 4 вес.% соответственно. Отжиг пленок осуществлялся при температуре 185оС в течение 2 ч. В качестве второго электрода конденсатора использовалась тонкая алюминиевая фольга. Эффективная площадь поверхности обкладок конденсатора составляла 0.5-1.0 см . На рис.1 приведена схематическая конструкция фотоконденсаторов структурой ПС/ФМ-Пн/Al и ПС/Ф-Пн/Al.
Емкость фотокоденсаторов на частоте 1 кГц измерялась при комнатной температуре цифровым измерителем емкости BK Precision 810 C, с погрешностью измерений
0,1 пФ. Освещенность измерялась цифровым люксметром Lx 1330 B, в качестве источника света использовалась лампа накаливания.
На рис.2 приведены результаты исследований изменений емкости фотоконденсаторов от освещения: емкость фотоконденсаторов возрастала в пределах 4-8%. Причем на конденсаторах, имеющих структуру ПС/ФМ-Пн/Al, эффект выше, чем на ПС/Ф-Пн/Al.
С другой стороны, на более толстых (200 нм) пленках органических полупроводников возрастание емкости с освещением является более существенным, что может быть связано с более полным поглощением света.
Известно, что емкость конденсатора зависит от поляризуемости материала диэлектрика. Известно несколько механизмов поляризации, такие как: дипольная, ионная, электронная (за счет связанных электронов электронных оболочек атомов) и поляризация вследствие переноса носителей тока [8,11-13]. Очевидно, что под действием света генерируются электронно-дырочные пары, которые и могут повысить поляризацию, связанную с носителями токов,
Рис. 1. Схематическая конструкция фотоконденсаторов структурой ПС/ФМ-П/Al и ПС/Ф-П/Al.
а вследствие этого, эффективную диэлектрическую проницаемость материала и ёмкость конденсатора, что и было обнаружено экспериментально.
Рис. 2. Зависимость относительного возрастания емкости фотоконденсаторов ПС/ФМ-Пн/Al (1 и 2) и ПС/Ф-Пн/Al (3 и 4) в % от освещенности (lx): толщина пленок полупроводника была равна
200 нм (1 и 3 ) и 100 нм (2 и 4 ).
Таким образом, получены фотоконденсаторы на основе объемных гетероструктур органических полупроводников фталоцианина меди и перилена, фталоцианина без металла и перилена, исследованы их свойства при освещении, обнаружено, что ёмкость возрастает в пределах 4-8%, причем на конденсаторах на основе фталоцианина меди эффект выше, так же, как и на сравнительно толстых (200 нм) пленках полупроводников.
Данные фотоконденсаторы могут быть использованы для демонстрационных целей при обучении, на их основе может быть разработана оптическая система связи для приема звуковых сигналов, а также устройства регистрации и обработки сигналов в измерительной технике.
Физико-технический институт им.С.У. Умарова Поступило 20.08.2007 г.
АН Республики Таджикистан,
Сейнт Клаудскийуниверситет, г.Сейнт Клауд, Миннесота, США.
ЛИТЕРАТУРА
1. Brabec C.J., Dyakonov V., Parisi J., Sariciftci N.S. .- Organic Photovoltaics.Concepts and Realization . Berlin, Germany : Springer-Verlag, 2003, 472 р.
2. Karimov Kh.S., Ahmed M.M., Moiz S.A., and Fedorov M.I. - Solar Energy Materials & Solar Cells, 2005, vol.87, pp.61-75.
3. Shaw J.M. , Seidler P.F. - IBM , J. Res.& Dev.,2001, v.45, №1, pp.3-9.
4. Chartier P., Nguyen Cong H., Sene C. - Solar Energy Materials and Solar Cells,1998, v.52 , pp. 413-421.
5. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Кабутов К., Федоров М.И., Ахмед М.М., Хан М.Н.,Моиз С. А., Рус-тамбеков Г.Ч. - ДАН РТ ,2003, т. XLVI, № 10, с.60-64.
6. Gratzel M. - Nature , 2001, vol.414, №11 , pp. 338-344 .
7. Panayotatos P., Whitlock J., Sauers R.R., Husain S., Sadrai M.and Bird G.R.- Proceedings of the Conference of the 19th IEEE Photovoltaic Specialists,New Orleans,LA, May 4-8,1987, pp.1-6.
8. Органические полупроводники. Под ред. В.А.Каргина. М.: Наука, 1968, 325с.
9. Norrman K, Ghanbari-Siahkali A. and Larsen N.B. - Annu.Rep.Prog.Chem.Sect., C. 2005,101, pp.174-201.
10. Hall D.B., Underhill P.and Torkelson J.M. - Polymer Engineering and Science, Dec., 1998, vol.38, №12, pp.2039-2045.
11. Iwamoto M., Manaka T. - Proc.Int.Symp.Super-Functionality Organic Devices, IPAP Conf. Series 6, 2005, pp.63-68.
12. Amy F., Chan C., Kahn A.- Organic Electronics, 2005, vol.6, pp.85-91.
13. Ali Omar M. - Elementary Solid State Physics: Principles and Applications, Singapore: Published by Pearson Education Pte.Ltd., 2002, p.506.
М.Садраи, Х.С.Каримов, Х.М.Ахмедов ФОТОКОНДЕНСАТОР^О ДАР АСОСИ НИМНОЦИЛ^ОИ ОРГАНИКИ -ФТАЛОЦИАНИЩО ВА ПЕРИЛЕН
Дар мак;ола хосиятх,ои электрикии фотоконденсаторх,ое, ки дар асоси нимнок;илх,ои органикй фталоцианинх,о ва перилен сохта шудааст омухта шудаанд. Нишон дода шудааст, ки гунчоиши фотоконденсаторх,о дар зери таъсири равшани баланд мешавад ва ин асбобх,оро дар сох,аи электроника истифода бурдан мумкин аст.
M.Sadrai, Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov PHOTOCAPACITORS ON THE BASE OF ORGANIC SEMICONDUCTORS PHTHALOCYANINES AND PERYLENE
In this paper an investigation was made of electric properties of photocapacitors on the base of organic semiconductors phthalocyanines and perylene. It was shown that the capacitance of the photocapacitors increases under illumination. These photocapacitances may be used for demonstrative purposes in optical communication system and instrumentation.
