(Phys.org) —Forskare vid Ludwig-Maximilians-Universitaet i München har utvecklat en ny metod för att visualisera materialdefekter i tunnfilmssolceller.

En LMU-forskargrupp ledd av Bert Nickel har, för första gången, lyckats funktionellt karakterisera det aktiva lagret i organiska tunnfilmssolceller med hjälp av laserljus för lokal excitation av materialet. Fynden rapporteras i den vetenskapliga tidskriften " Avancerade material ". "Vi har utvecklat en metod där materialet rasterskannas med laser, medan den fokuserade strålen moduleras på olika sätt, med hjälp av exempelvis en roterande dämpare. Detta gör det möjligt för oss att direkt kartlägga den rumsliga fördelningen av defekter i organiska tunna filmer, en bedrift som inte tidigare har uppnåtts, " förklarar Christian Westermeier, som är första författare till den nya studien.

Solceller kan omvandla solljus till elektrisk kraft genom att utnyttja ljusets förmåga att excitera molekyler, producerar fria elektroner och positivt laddade "hål". Hur lång tid det tar för dessa laddningsbärare att extraheras av elektroderna beror i sin tur på den detaljerade strukturen hos cellens aktiva skikt. Defekter i det regelbundna arrangemanget av atomerna fungerar som tillfälliga fällor för laddningsbärare, och därmed minska storleken på den användbara ström som kan produceras. Den nya kartläggningsmetoden gör det möjligt för forskare att upptäcka förändringar i strömflödet i samband med lokal excitation av defekter med laserljus. I den använda experimentgeometrin fungerar en metallisk bakkontakt som grindelektrod. Genom att lägga på en spänning till denna grind, fällorna som finns i det halvledande materialet kan fyllas eller tömmas på ett kontrollerbart sätt via den så kallade fälteffekten. Genom att modulera laserljusets frekvens kan den tidsmässiga dynamiken för fälltillstånden bestämmas.

Studien visade att i pentacen, en organisk halvledare, defekterna tenderar att koncentreras till vissa positioner. "Det skulle vara intressant att veta vad som är speciellt med ytskiktet vid dessa hot spots. Vad producerar defekter på dessa platser? De kan bero på kemiska föroreningar eller på oregelbundenheter i molekylernas inriktning, säger Bert Nickel, som också är medlem i Nanosystems Initiative Munich (NIM), ett kluster av excellens.

Nickel och hans kollegor valde pentacen för sina experiment eftersom det är det mest ledande materialet för närvarande tillgängligt för tillverkning av organiska halvledare. I föreliggande studie, de tittade på ett tunt pentacenlager där majoriteten av laddningsbärarna är positivt laddade hål. I efterföljande arbete, de planerar att undersöka kompletta solceller, som består av en hålledande film i direkt kontakt med ett elektronledande skikt.