Studium elektrických a fotoelektrických vlastností organických polovodičů
| Název práce v češtině: | Studium elektrických a fotoelektrických vlastností organických polovodičů |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Study of electrical and photoelectrical properties of organic semiconductors |
| Klíčová slova: | elektrická vodivost|pohyblivost nosičů náboje|výstupní práce elektronů|elektrická impedance|difúzní délka excitonů |
| Klíčová slova anglicky: | Klíčová slova anglicky: electrical conductivity|mobility of charge carriers|electron work function|electrical impedance|exciton diffusion length |
| Akademický rok vypsání: | 2024/2025 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. Jiří Toušek, CSc. |
| Řešitel: | |
| Konzultanti: | doc. RNDr. Jana Toušková, CSc. |
| Zásady pro vypracování |
| Seznámit se s odbornou literaturou.
Systematicky studovat elektrické vlastnosti organických polovodičů. Na polovodičových organických vrstvách proměřit elektrickou vodivost, pohyblivost volných nábojů metodou CELIV a pomocí frekvenční závislosti impedance. Určit výstupní práci elektronů pomocí Kelvinovy sondy a difúzní délku excitonů na různých vrstvách organických polovodičů. Výsledky vyhodnotit, porovnat s literaturou a sepsat práci. |
| Seznam odborné literatury |
| Electronic Processes in Organic Semiconductors. An Introduction
A.Koehler, H.Baessler, Wiley-WCh, Weinheim, Germany 2015 Semiconducting and Metallic Polymers A.J.Heeger, N.S.Sariciftci and M.B.Namdas Oxford University Press 2010 T.Blythe, D.Bloor, Electrical properties of polymers. Cambridge University Press, New York 2005 J.Toušek, J.Toušková, The role of the space charge region in surface photovoltaic effect J.Appl.Phys.116, 083708 (2014) |
| Předběžná náplň práce |
| V poslední době se intenzivně zkoumají organické polovodiče, jako materiály vhodné na výrobu organických slunečních článků, palivových článků a pro další aplikace. Na rozdíl od anorganických polovodičů, jejichž základem jsou atomy, jsou tvořené molekulami. Jejich vlastnosti je proto možné jednodušeji a jemněji modifikovat a nevyžadují vysokou polovodičovou čistotu materiálu. Byly již vytvořeny solární články dosahující účinnosti přes 10% a na trhu se objevují také drobné aplikace jako jsou například nabíječky akumulátorů. Výhodou je méně náročná výroba, ohebnost výsledného produktu a velká rychlost produkce, například tiskem.
Cílem práce je studovat elektrické a fotoelektrické vlastnosti organických polovodičů, zejména těch, které jsou důležité z hlediska využití pro solární články a detektory záření. Pro charakterizaci materiálů bude využito určování pohyblivosti nábojů s užitím impedanční spektroskopie a metody CELIV (charge extraction by lineary increasing voltage). Dále bude rozvíjena metoda zjišťování difúzní déĺky generovaných nábojů a šířky oblasti prostorového náboje z povrchového fotonapětí, založená na našem modelu, který popisuje povrchový fotovoltaický jev. Nově bude využíváno také frekvenčních charakteristik fluktuace nosičů proudu pro určování součinu pohyblivosti a doby života nosičů proudu, což je světová novinka. Studovat se budou organické polovodiče P3HT, PTB7, polyanilin, případně další, ve spolupráci s technology. Předpokládají se znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika, makromolekulární a chemická fyzika. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Recently, organic semiconductors have been intensively studied as materials suitable for the production of organic solar cells, fuel cells and other applications. Unlike inorganic semiconductors, which are based on atoms, they are made up of molecules. Their properties can therefore be modified more easily and finely and do not require high semiconductor purity of the material. Solar cells with an efficiency of over 10% have already been prepared and small applications such as battery chargers are also appearing on the market. The advantages are less demanding production, flexibility of the final product and high speed of production, for example by printing.
The aim of this work is to study the electrical and photoelectric properties of organic semiconductors, especially those that are important in terms of use for solar cells and radiation detectors. Determination of charge mobility using impedance spectroscopy and CELIV (charge extraction by linearly increasing voltage) method will be used for characterization of materials. Furthermore, a method for determining the diffusion length of generated charges and the width of the spatial charge region from surface photovoltage will be developed, based on our model, which describes the surface photovoltaic phenomenon. The frequency characteristics of current carrier fluctuations will also be used to determine the product of mobility and lifetime of current carriers, which is a world first. Organic semiconductors P3HT, PTB7, polyaniline, or others will be studied in cooperation with technologists. The applicant's knowledge at the level of completed master's degree in biophysics, macromolecular and chemical physics is assumed. |