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Enregistrement W2336466133 · doi:10.1149/ma2015-01/18/1259

(Invited) Role of the Metal-Organic Interfaces in the Dark Current-Voltage Characteristics of Organic Solar Cells

2015· article· en· W2336466133 sur OpenAlexaff
J. A. Jiménez-Tejada, Pilar López-Varo, Ognian Marinov, M. Jamal Deen

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2015
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueOrganic Electronics and Photovoltaics
Établissements canadiensMcMaster University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOrganic solar cellOptoelectronicsDiodeMaterials scienceCurrent densityVoltageCharge carrierDiffusionThermal conductionBoundary value problemSpace chargeCondensed matter physicsPhotovoltaic systemPhysicsElectrical engineeringElectronThermodynamicsEngineeringQuantum mechanics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. We present a model for the current-voltage curves of organic solar cells (OSCs), operating at dark conditions. The model relates the free charge density at the contact interface with the current density in OSCs. The strength and novelty of the model lie in the use of appropriate and physically-based boundary conditions for the charge and potential at the metal-organic interfaces. These boundary conditions contain information for the doping close to interfaces and for built-in voltage and band bending due to asymmetric contacts. We show that the values for the boundary conditions obtained from symmetric single-carrier diodes can be successfully used also for asymmetric double-carrier devices, such as OSCs, irrespectively of the dominant limit (space-charge, injection or diffusion) in the charge transport. Motivation. Organic solar cells (OSCs) are a promising alternative for powering portable devices directly from sunlight [1]. To support these applications, analyses and physical modeling of OSCs are required. In particular, the electrical conduction of the OSCs is described by the drift-diffusion differential equations. However, the solutions of these equations depend on the boundary conditions (BCs) at the contacts. Model and BCs. OSCs are asymmetric, with contacts to materials with different work functions, which result in built-in voltage Vbi and generate a voltage V between the contacts under illumination. Previously in [2-4], by relating to the charge density at interfaces, we have proposed a model for the current density – voltage (J-V) curves of single-carrier organic diodes, considering high bias and conduction limited by space-charge (SCLC) and injection (ILC). However, the OSCs are double-carrier devices, and their photovoltaic operation is at low bias, 0<V<Vbi , for which the diffusion dominates in the charge transport. We are now validating the model from [2-4] also for the diffusion regime at low bias of double-carrier diodes. In our model, the boundary conditions for charge concentrations at their respective injecting contacts are Eqs. (1), where p and n are the hole and electron concentrations, respectively, and the model parameters K­ 1p , K­ 1n , mp, mn, K2p and K2n depend on the organic materials, energy barriers at interfaces and doping [5]. These parameters can be extracted from experimental J-V curves (symbols in Fig. 1) for electron-only Yb/PPV/Ca and hole-only ITO/Ag/PPV/Ag devices [6], by fitting the experimental J-V curves with the curves obtained from the numerical solutions of the transport equations, using (1) as boundary conditions at the injection interfaces. The carrier densities at their respective extracting electrodes are assumed constant (2), since p(L) and n(0) are small, owing to the large Φ 4 /kT>>1 and Φ 1 /kT>>1, where, Φ 1 to Φ 4 are the barriers seen at the interfaces, (see inset of Figure 1) and NC is the density of sites. Then, the charge boundary conditions extracted from single-carrier devices are introduced in the model of the double-carrier device. Inspecting equations and results from numerical simulations, the potential distribution in the semiconductor V(x) can be approximated by a linear function (3), where b, b=kT/q[ln(q 2 NcL 2/2kTε)-2], is a band-bending related parameter [7]. This suggests that the hole Jp and electron Jn current densities are (4) and (5). With the above boundary conditions, our J−V model (solid lines in Fig. 1) is in an excellent agreement with published experimental results at dark conditions, both for the aforementioned single-carrier devices and for the double-carrier Ag/PPV/Ca diode. Conclusions. In this work, we present a model for J-V curves of OSCs that highlights the importance of the carrier density at interfaces. The model is valid for single- and double-carrier organic devices at dark conditions. Acknowledgments. This work was supported by the Project mP_TIC_5 from Campus de Excelencia Internacional BioTic Granada. [1] H. Hoppe and N.S. Sariciftci, Journal of Materials Research, 19, 1924-1945, 2004. [2] P. López Varo, J. A. Jiménez Tejada, J. A. López Villanueva and M. J. Deen, Org. Electron., 15, 2526 (2014). [3] P. Lara Bullejos, J. A. Jiménez Tejada, S. Rodríguez-Bolivar, M. J. Deen, O. Marinov, J. App. Phys. 105, 084516 (2009). [4] M. J. Deen, O. Marinov, U. Zschieschang, H. Klauk, IEEE Trans. El, Dev., 56, 2962 (2009). [5] P. López Varo, J. A. Jiménez Tejada, J. A. López Villanueva and M. J. Deen, Org. Electron., 15, 2536 (2014). [6] T. van Woudenbergh, P. W. M. Blom, and J. N. Huiberts, Appl. Phys. Lett. 82, 985 (2003). [7] P de Bruyn, A.H.P. van Rest, G.A.H. Wetzelaer, D.M. de Leeuw, and P.W.M. Blom Phys. Rev. Lett. 111, 186801 (2013). Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,015

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,010
Tête enseignante GPT0,204
Écart entre enseignants0,194 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2015
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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