Organische Halbleiter: Verluste genau berechenbar

Das Helmholtz-Zentrum Berlin hat erforscht, was Verluste zwischen organischen Halbleitern und Metallen, wie sie z.B. in OLEDs oder Solarzellen (OPVCs) vorkommen, verringert. [...]

So kann eine dünne, elektrisch isolierende Schicht zwischen den beiden Materialien den Übergang von Ladungsträgern sogar erleichtern. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Aktuell gibt es viele unterschiedliche Ansätze, um diesen Übergang zwischen organischen Halbleitermaterialien und den metallischen Kontakten zu beschreiben. Diese teilweise widersprüchlichen Theorien, von denen aber keine in vollem Umfang für alle Fälle gültig ist, hat HZB-Wissenschaftler Martin Oehzelt nun vereinheitlicht und ein universelles Modell entwickelt.

Dieses beruht vor allem auf dem elektrostatischen Potenzial, das von den Ladungsträgern im Metall und im organischen Halbleiter hervorgerufen wird. „Ich habe die Auswirkungen der Ladungsträgerverteilung auf die elektronischen Zustände an der Grenzfläche berechnet, und wie diese Veränderung auf die Ladungsträgerverteilung zurückwirkt“, unterstreicht Oehzelt.

Berechnungen dieser Art wurden bislang nicht durchgeführt. „Überraschend war, dass hier die quantenphysikalische Ebene gar nicht so stark in Erscheinung tritt. Die elektrostatischen Effekte überwiegen. Das sehen wir auch daran, wie gut das Modell zu Messergebnissen passt“, so Oehzelt. Am Beispiel von Pentazen, einem organischen Halbleiter, hat der Experte die Vorhersagen des Modells zu den Grenzflächenverlusten quantitativ überprüft.

Die Verteilung der elektronischen Zustände im Halbleiter legt fest, welche Mindestbarriere die Ladungsträger beim Übergang vom oder in das Metall überwinden müssen. Die Berechnung zeigt, dass auch die Form dieser Energiebarrieren dabei variieren kann, von einer Stufe bis hin zu langsam und kontinuierlich ansteigenden Kurven, die zu wesentlich weniger Verlusten führen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten es erleichtern, Grenzflächen und Kontakte zu optimieren und damit effizientere organische Halbleiterbauelemente zu entwickeln. (pte)