10. Ladungsträgertransport (II)

Themen

Effekte durch Fallen

Transport bei höheren Ladungsträgerdichten

Einfluss der Morphologie auf den Transport

Ladungstransport auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen

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• Ladungstransport wird oft durch Fallen gehindert.
  Elektronen sind stärker als Löcher davon betroffen.
• Die Tiefe der Fallen ist von der relativen Lage
  der beteiligten Energieniveaus abhängig.
• Eine höhere Ladungsträgerdichte führt zu höherer Mobilität
  durch Auffüllen energetisch niedrig liegender Zustände.
• Die Morphologie hat einen entscheidenden Einfluss
  auf die Ladungsträgermobilität.
• Für unterschiedliche Längen- und Zeitskalen gelten
  unterschiedliche Modi des Ladungstransports.

Die nachfolgenden Fragen sollten sich mit den in der Vorlesung vermittelten Inhalten beantworten lassen und diesen der eigenständigen Nacharbeit bzw. Beschäftigung mit der Thematik.

• Welchen Einfluss haben Fallen auf die Ladungsträgermobilität in organischen Halbleitern? Wie erklären Sie sich den dramatischen Unterschied im Einfluss auf Elektronen und Löcher?
• Warum führt eine starke Dotierung organischer Halbleiter mitunter zu einem Anstieg der Ladungsträgermobilität?
• Welche Bedeutung hat das Wissen über Fallen und die dahinter liegenden Mechanismen für den Entwurf neuer Materialien?
• Viele Modelle für den Ladungstransfer ignorieren Wechselwirkungen zwischen Ladungsträgern. Nennen Sie Kriterien, wann diese Näherung zusammenbricht.
• Warum steigt die Ladungsträgermobilität mitunter bei zunehmender Ladungsträgerdichte?
• Welche drei mikroskopischen Parameter liegen dem starken Einfluss der Morphologie auf den Ladungstransport zugrunde?
• Welche drei generellen Modi des Ladungstransports lassen sich in (amorphen) organischen Halbleitern unterscheiden? Welcher Modus dominiert den Transport über makroskopische Längenskalen?

Eine kommentierte und handverlesene Liste mit weiterführender Literatur zum Thema. Die Auswahl ist zwangsläufig subjektiv.

Die beiden in der Vorlesung erwähnten Artikel, die jeweils die Rolle der Anpassung der Energieniveaus und der Morphologie für die Effizienz organischer Solarzellen herausstellen, sind [Scharber, 2006Scharber, Markus C.; Mühlbacher, David; Koppe, Markus; Denk, Patrick; Waldauf, Christoph; Heeger, Alan J.; Brabec, Christoph J. (2006): Design rules for donors in bulk-heterojunction solar cells—towards 10%; energy-conversion efficiency, Adv. Mater. 18:789-794] und [Jackson, 2015Jackson, Nicholas E.; Savoie, Brett M.; Marks, Tobin J.; Chen, Lin X.; Ratner, Mark A. (2015): The next breakthrough for organic photovoltaics?, J. Phys. Chem. Lett. 6:77-84].

• Jackson, Nicholas E.; Savoie, Brett M.; Marks, Tobin J.; Chen, Lin X.; Ratner, Mark A. (2015): The next breakthrough for organic photovoltaics?, J. Phys. Chem. Lett. 6:77-84
• Scharber, Markus C.; Mühlbacher, David; Koppe, Markus; Denk, Patrick; Waldauf, Christoph; Heeger, Alan J.; Brabec, Christoph J. (2006): Design rules for donors in bulk-heterojunction solar cells—towards 10%; energy-conversion efficiency, Adv. Mater. 18:789-794