Фотоконденсатор на основе комплекса поли-N-эпоксипропилкарбазола и тетрацианхинондиметана

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

2006, том 49, №6

ФИЗИКА

УДК 539.21:537.31

Х.С.Каримов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, И.Кази ,

Т.А.Хан , И.Хомидов , Дж.Валиев ФОТОКОНДЕНСАТОР НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА ПОЛИ-К-ЭПОКСИПРОПИЛКАРБАЗОЛА И ТЕТРАЦИАНХИНОНДИМЕТАНА

В настоящее время органические полупроводники и приборы на их основе исследуются интенсивно ввиду возможности их использования в солнечных элементах, светодиодах, полевых транзисторах и различных датчиках [1-4] .

В [5] исследован фотоконденсатор для прямого преобразования и аккумулирования солнечной энергии в электрическую. Фотоконденсатор содержал многослойный фотоэлектрод, состоящий из сенсибилизированного полупроводникового слоя наночастиц ТЮ2 и активированных частиц углерода, находящегося в контакте с раствором органического электрода. Данная работа связана с исследованием комплексов фоточувствительного органического полупроводника поли- К-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК), которые могут использоваться в фотоэлектрических датчиках, солнечных элементах и электрофотографии [6]. В [7,8] исследовался фотоконденсатор, в котором в качестве фоточувствительного материала использовался ПЭПК, допированный олигомерной солью пирилия (ОСП). Было показано, что этот материал может использоваться для изготовления фотоконденсаторов, чувствительных в видимом спектре. В работе приведены результаты исследования свойств фотоконденсатора на основе комплекса ПЭПК с тетрацианхинондиметаном (ТЦХД).

Л

6

2

1

ППП!

Свет

Рис. 1. Схематическая конструкция фотоконденсатора ПС/ПЭПК-ТЦХД/А1:

1 - проводящее стекло (ПС), 2 - пленка ПЭПК-ТЦХД, 3 - алюминиевая фольга, 4 и 5 - электроды, 6 - стеклянная пластина, 7 и 8 - зажимы.

ПЭПК и ТЦХД были синтезированы в лабораторных условиях [6]. Молекулярная масса ПЭПК была равна 1200 а.е.м. Для изготовления фотоконденсатора ПС/ПЭПК-ТЦХД/А1 (рис.1), где ПС - проводящее стекло размером 1x2 см , использовалась технология «печатание через маску»: на подложку

3

4

5

из ПС и А1 фольгу по отдельности наносился раствор комплекса ПЭПК и ТЦХД (20 вес %) в бензоле. Нанесенный раствор выдерживался 20 мин при комнатной температуре, вследствие чего растворитель испарялся. Образовавшиеся пленки комплекса ПЭПК, осажденные на поверхностях ПС и А1 фольги, прижимались друг к другу фиксаторами и сушились в течение 24 ч при комнатной температуре. Толщина пленки полимерного комплекса была равна 11 цт. Для измерения емкости использовались стандартные приборы, измерение проводилось при частоте 1 кГц при комнатной температуре. Поверхность фотоконденсатора освещалась лампой накаливания.

На рис.2 приведена зависимость от освещенности (Ь) емкости фотоконденсатора в относительных единицах ( С/Ст ), где С и Ст - емкость образца при освещении и в темновых условиях соответственно. Видно, что емкость возрастает с освещенностью и при освещенности 2000 1х увеличивается на 5% относительно своего темнового значения ( Ст = 665 пФ ).

L , 1х

Рис. 2. Зависимость емкости фотоконденсатора ПС/ПЭПК-ТЦХД/А1 в относительных единицах (С/Сг), где С и Ст - емкость образца при освещении и в темновых условиях, от освещенности (Ь) .

Емкость плоского конденсатора определяется по следующему выражению

Ст = є 8о А / d,

где є и єо - относительная диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая постоянная, А - площадь пластины конденсатора (1 см ) и d - расстояние между пластинами конденсатора. Из выражения (1) была определена є = 4 .

Как известно [9], величина емкости зависит от поляризуемости материала диэлектрика. Известно несколько основных механизмов поляризуемости: дипольная ад, ионная аи и электронная аэ. Электронная поляризуемость является наиболее универсальной и связана со

смещением орбитальных электронов под действием электрического поля. По-видимому, в темновую емкость исследуемого материала вносит соответствующий вклад и ионная поляризуемость, т.к. система ПЭПК-ТЦХД относится к комплексам с переносом заряда. В то же время зависимость емкости от освещения может быть обусловлена поляризуемостью связанной со смещением свободных зарядов, в том числе генерированных как фононами аф, так и светом ас: в [10-12] исследовался такой механизм поляризуемости. Следовательно, суммарную поляризуемость исследованного материала в темновых условиях ат можно выразить следующим уравнением, если пренебречь наличием дипольной поляризуемости:

ат аи + аэ + аф

При освещении образца суммарная поляризуемость а может быть выражена следующим выражением:

а = аи + аэ + аф + ас

Количественная связь между емкостью и интенсивностью света может быть установлена на основе известного выражения Клаузиуса-Моссоти [9], связывающего относительную диэлектрическую проницаемость и поляризуемость, что, по-видимому, будет предметом дальнейших исследований.

Таким образом, изготовлен и исследован фотоконденсатор на основе комплекса поли-N-эпоксипропилкарбазола и тетрацианхинондиметена, которые могут быть получены при комнатной температуре. На основе данного фотоконденсатора могут быть разработаны датчики света для использования в измерительной технике.

Физико-технический институт им. С.У. Умарова Поступило 30.09.2006 г.

АН Республики Таджикистан,

*

Институт прикладных наук и технологии им. Гулам Исхак Хана, Пакистан.

ЛИТЕРАТУРА

1. Physics of Organic Semiconductors, Edited by W.Brutting, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, Weinheim, 2005.

2. Dimitrakopoulos C.D., Mascaro D.J. - IBM J. Res. & Dev., v.45, No.1, (2001), pp.11-27.

3. Karimov Kh.S., Akhmedov Kh.M., Moiz S.A., Fedorov M.I. - Solar Energy Materials & Solar Cells, v.87, (2005), pp.61-75.

4. Moiz S.A., Akhmed Kh.M., Karimov Kh.S. - Japanese Journal of Applied Physics, v.44, No.3, (2005), pp.1199-1203.

5. Miyasaka T., Murakami T. - Applied Physics Letters, v.85, No.17, (2004), pp.3932-3934.

6. Ахмедов Х.М., Каримов Х.С., Щербакова И.М., Черкашин М.И. и др. - Успехи химии, т. 59 , 1990, с. 738-761 .

7. Фомин А.М., Ахмедов Х.М., Каримов Х.С., Поршнев Ю.Н., Чаусер М.Г., Мисин В.М., Черкашин М.И. Способ получения фотоконденсатора. Патент СССР № 1581101, 1990 .

8. Поршнев Ю.Н., Ахмедов Х.М., Каримов Х.С., Чаусер М.Г., Мисин В.М., Черкашин М.И. Материал для фотоконденсатора. Патент СССР № 1598742, 1990.

9. Omar M.Ali - Elementary Solid State Physics: Principles and Applications, Published by Pearson Education (Singapore) Pte.Ltd, 2002.

10. Organic Semiconductors, Edited by V.A.Kargin, Nauka, Moscow, 1968.

11. Iwamoto M., Manaka T. - Proc.Int.Symp.Super-Functionality Organic Devices, IPAP Conf.Series 6, (2005), pp.63-68.

12. Amy F., Chan C., Kahn A., Organic Electronics, v.6, (2005), pp.85-91.

Х,.С.Каримов, Х,.М.Ахмедов, И.Кази, Т.А.Хан, И.Х,омидов, Ч.Валиев ФОТОКОНДЕНСАТОР ДАР АСОСИ КОМПЛЕКСИ ПОЛИ-N-ЭПОКСИПРОПИЛКАРБАЗОЛ ВА ТЕТРАЦИАНХИНОНДИМЕТАН

Дар мадола фотоконденсаторе тахдид шудааст, ки дар он хамчун мавод комплекси полиэпоксипропилкарбазол истифода шудааст. Фотоконденсатори ШГ/ПЭПК-ТЦХД/ тайёр карда шудааст. Нишон дода шудааст, ки то 2000 люкс зиёд намудани равшанноки гунчоиши конденсатор аз диммати аввалааш 5% зиёд мешавад.

Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, I.Qazi, T.A.Khan, I.Homidov, J.Valiev PHOTO CAPACITOR WITH POLY-N-EPOXYPROPYLCARBAZOLE AND ETRACYANOQUINODIMETHANE COMPLEX

In this study the properties of photocapacitor where as a photosensitive material an organic semiconductor poly-N-epoxypropylcarbazole (PEPC) doped with tetracyanoquinodimethane (TCNQ) was investigated. The CG/PEPC-TCNQ/Al photocapacitor was fabricated by screen printing technology. It was shown that under filament lamp illumination up to 2000 lx the capacitance of the CG/PEPC-TCNQ/Al photo capacitive detectors increased up to 5 % with respect of dark condition. It is assumed that photo capacitive response of the detector is associated with polarization due to the transfer of photo-generated electrons and holes.