Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3681
Westphal, Michael
Einfluß von Metall-Cluster auf den photovoltaischen Effekt in organischen Dünnschichtsystemen
99 S., 1999
Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, die Frage zu klären, ob Plasmonenabsorption in
Metallclustern sich positivauf photovoltaisch aktive Systeme auswirken kann. Als Ansatz
diente dabei die Hypothese, daß bei Metallclustern, die in ein elektrisches Feld eingebracht
werden, durch Plasmonenresonanzabsorption von Photonen eine gerichtete
Ladungsträgeremission möglich ist. Hergestellt wurden die Cluster durch Aufdampfen von
Silberinselschichten im Vakuum mit anschließendem Tempern, so daß gut separierte Cluster
mit fast kugelförmiger Gestalt entstanden. Eingebettet wurden die Silbercluster dann in
photovoltaisch aktive Farbstoffschichten aus Zink-Phthalocyanin und/oder aus
Methylsubstituiertem Perylen-Pigment. Als elektrische Kontakte dienten dabei auf dem Glassubstrat
transparentes, leitendes Indiumzinnoxid und als Rückkontakt Silber oder Gold. Die Proben
wurden optisch und photoelektrisch untersucht. Es konnte im Ral1men dieser Arbeit gezeigt
werden, daß Silbercluster in dem elektrischen Feld eines ITO/ZnPc-Schottky-Kontaktes zur
Erhöhung des Photostroms in dem Wellenlängenbereich führen, bei dem ZnPc eine minimale
Absorption besitzt, bei dem aber genau die Plasmonenresonanz der Metallcluster liegt. Zur
Erklärung dieses Effektes wurde ein auf Elektronenniveaus beruhendes Energiemodell
entwickelt, welches die Möglichkeit zur Erzeugung von Ladungsträgerpaaren aufgrund des
Zerfalls von Clusterplasmonen in einem elektrischen Feld beschreibt.
The goal of this thesis was to find out whether surface plasmon absorption in small metal
clusters could be of benefit for the photovoltaic efficiency of molecular organic solar cells.
Starting point was the hypothesis that plasmon absorption of metal clusters in the electric
field of an photovoltaically active contact may lead to a directed charge carrier emission.
Silver clusters were prepared by evaporation of silver island films in vacuum followed by
tempering. Thereby well separated clusters of nearly spherical geometry were formed which
were embedded into photovoltaically active organic dye films made from zinc phthalocyanine
and/or a methyl substituted perylene pigment with indium tin oxide (ITO) on glass as a front
and gold as a back contact. The samples were investigated by optical and photocurrent
spectroscopy as well as by electrical measurements. It was proven in this thesis that silver
clusters embedded into the photovoltaically active contact formed at the junction of ITO and
zinc phthalocyanine lead to a primary photocurrent exactly following both, the surface
plasmon resonance of the silver clusters (in a region with negligible absorption in the dye film)
and the direct absorption of the zinc phthalocyanine layer. This experimental result is
explained using an energy model in which the cluster plasmon decay leads to the excitation of
electrons followed by the directed emission in an electric field.
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