В последнее время внимание ученых привлекают органические солнечные элементы с p-n переходом, состоящие из пленок фталоцианина p-типа и перилена n-типа. Поскольку генерация фотоносителей в ячейке происходит только на гетеропереходе, оптимальная толщина ячейки должна быть меньше 100 нм. К сожалению, получать такие тонкие ячейки до сих пор очень сложно. Причина этого – возможный пробой между металлическими электродами. Поскольку большинство используемых в солнечных элементах органических пленок являются поликристаллическими, короткое замыкание является более серьезной проблемой, чем электролюминесценция (ЭЛ) используемых аморфных пленок. Предполагалось, что короткое замыкание может быть вызвано миграцией металла в тонную органическую пленку в ходе вакуумного осаждения противоэлектрода, например, серебра или золота, однако прямых доказательств такой миграции до сих пор не было.
В связи с вышесказанным, ученые из Осаки решили выяснить, есть ли связь между коротким замыканием и миграцией металлических компонентов, исследуя скол ячейки методом просвечивающей электронной микроскопии. В качестве тестовых материалов выступали часто используемая в ячейках органическая пленка перилена и золотой электрод (рис. 1). Действительно, было обнаружено, что короткое замыкание может быть вызвано миграцией материала электрода в ходе вакуумного напыления. Толщина слоя перилена в ячейках составляла 50, 100, 200, 300 и 500 нм. Органический слой, а затем золотой контакт напыляли в вакууме при 10-3 Па на слой ITO (индий-оловянный оксид) на стекле. Скорость осаждение перилена и золота составляла, соответственно, 0.2 и 0.05 нм/с; площадь ячейки - 0.05х0.4 см2. Ток измеряли, прикладывая в темноте напряжение между золотыми электродами и ITO при давлении 0.1 Па и комнатной температуре . Поперечный срез структуры изучали с помощью TEM (просвечивающей электронной микроскопии). На рис. 2. приведено ТЕМ-изображение среза ячейки. Видно, что наночастицы золота диаметром до 10 нм мигрируют внутрь периленовой пленки на глубину более 100 нм, при этом миграция осуществляется преимущественно между зернами органической пленки. Именно поэтому поликристаллические пленки более склонны к короткому замыканию. Было определено число мигрировавших частиц золота на разной глубине (Рис. 3), показавшее экспоненциальную зависимость между этими величинами. На рис. 4 приведена вольтамперная характеристика ячейки при разной толщине перилена, из которой видно, что при толщине слоя 300 и 500 нм наблюдается типичная зависимость, тогда как для тонких слоев (50 нм) происходит короткое замыкание.
