@phdthesis{Mingebach2012,
  author    = {Mingebach, Markus Harald},
  title     = {Photocurrent in Organic Solar Cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73569},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {A quite new approach to low-cost mass production of flexible solar cells are organic photovoltaics. Even though the device efficiencies increased rapidly during the last years, further imporvements are essential for a successful market launch. One important factor influencing the device efficiency is the photocurrent of a solar cell, which is defined as the difference between the current under illumination and in the dark. In case of organic bulk heterojunction (BHJ) solar cells it is — in contrast to inorganic devices — dependent on the applied bias voltage. The voltage dependence results in a reduced fill factor and thus an even more pronounced influence of the photocurrent on the device efficiency. It is therefore crucial to understand the underlying processes determining the photocurrent in order to be able to further improve the solar cell performance. In a first step the photocurrent of P3HT:PC61BM devices was investigated by a pulsed measurement technique in order to prevent disturbing influences due to device heating under continous illumination. The resulting photocurrent was hyperbolic tangent like and featured a point symmetry, whose origin and meaning were discussed. In addition, the photocurrent was described by a combined model of Braun-Onsager and Sokel-Hughes theory for field dependent polaron pair dissociation and charge extraction, respectively. After this macroscopic view on the photocurrent, the focus of this work moves to the more basic processes determining the photocurrent: charge photogeneration and recombination. In a comparative study the field-dependence of these was investigated by time-delayed collection field (TDCF) measurements for two well-known reference systems, namely P3HT:PC61BM and MDMO-PPV:PC61BM. It was possible to identify two different dominating scenarios for the generation of free charge carriers. The first one — via a thermalized charge transfer state (CTS) — is clearly influenced by geminate recombination and therefore less efficient. In the second scenario, the free charge carriers are either generated directly or via an excited, "hot" CTS. In addition, clear differences in the nongeminate recombination dynamics of both material systems were found. Similar studies were also be presented with two modern low bandgap polymers which only differ by the bridging atom in the cyclopentadithiophene (PCPDTBT:PC71BM vs. Si-PCPDTBT:PC71BM). Such small changes in the chemical structure were already sufficient to affect the charge photogeneration as well as the morphology of the blend. These findings were set into relation to current-voltage characteristics in order to discuss the origin of the clear differences in the solar cell performance of both materials. Another crucial parameter limiting the solar cell efficiency is the builtin potential of a device. Within the range of semiconducting pn-junctions, Mott-Schottky analysis is an established method to determine the built-in potential. As it was originally derived for abrupt pn-junctions, its validity for organic BHJ solar cells — a bipolar, effective medium — was discussed. Experimental findings as well as the contradictions to Mott-Schottky theory indicated, that a direct transfer of this method to organic photovoltaics is not appropriate. Finally, the results obtained in the framework of the MOPS-project (Massengedruckte Organische Papier-Solarzellen) will be presented, in which the first completely roll-to-roll printed paper solar cells were realized.},
  subject      = {Organische Solarzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Dantscher2006,
  author    = {Dantscher, Sandra},
  title     = {Photostromspektroskopie an Nanokontakten : Tunnel- und Einzelmolek{\"u}lkontakte unter Femtosekundenbeleuchtung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18094},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurde der lichtinduzierte Ladungstransfer in Nanokontakten untersucht. Dabei wurden sowohl Tunnel- als auch Molek{\"u}lkontakte eingesetzt. Zur Pr{\"a}paration der Tunnelkontakte standen zwei verschiedene Methoden zur Verf{\"u}gung: mechanisch kontrollierte Bruchkontakte und elektromigrierte Nanokontakte. Die Bruchkontakttechnik bietet die M{\"o}glichkeit, den Abstand der Elektroden mit Sub-AA-Genauigkeit zu ver{\"a}ndern, w{\"a}hrend die elektromigrierten Kontakte einen durch die Pr{\"a}parationsbedingungen fest vorgegebenen Abstand haben. Bei den hier untersuchten Molek{\"u}len handelt es sich um Dithiole, die {\"u}ber eine Schwefel-Gold-Bindung an die Elektroden gebunden sind. Die Beleuchtung erfolgte im Fall der Bruchkontakte mit ultrakurzen Laserpulsen bei 800 nm und durch Frequenzverdopplung bei 400 nm. Durch Fokussierung auf einen Radius von ca. 100 mum wurden Spitzenintensit{\"a}ten von 10^7 Wcm^-2 (800 nm) bzw. 10^6 Wcm^-2 (400 nm) erreicht. Die Bruchkontakte (Tunnel- und Molek{\"u}lkontakte) waren bis zu den auftretenden Maximalintensit{\"a}ten von 10^7 Wcm^-2 stabil. F{\"u}r alle untersuchten Tunnelkontakte konnte eine lichtinduzierte Stromkomponente von bis zu 1 nA nachgewiesen werden. Sie ist proportional zum jeweils fließenden mittleren DC-Strom und betr{\"a}gt typischerweise einige Prozent davon. Dieser Strom wurde auf die thermische Ausdehnung der Elektroden auf Grund der dort durch Absorption deponierten Lichtenergie zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Aus der relativen Gr{\"o}ße des lichtinduzierten Signals und einem Wert der Austrittsarbeit von Gold von ca. 4,7 eV ergibt sich eine Expansion jeder Elektrode um etwa 1 pm. Dies ist in guter {\"U}berinstimmung mit einem einfachen thermischen Modell der freitragenden Elektroden. Bei einigen Kontakten wurde noch eine weitere lichtinduzierte Stromkomponente in der Gr{\"o}ßenordnung einiger pA gefunden, die nicht von der angelegten Biasspannung abh{\"a}ngt, aber linear mit der Laserleistung zunimmt. Ein Modell, das diese Befunde erkl{\"a}rt, geht von einer asymmetrischen Anregung in den beiden Elektroden aus. Somit ergibt sich ein Nettostrom angeregter Elektronen in eine Richtung. Die dazugeh{\"o}rige gemessene Quanteneffizienz liegt nahe bei 1, was ein Indiz auf einen Beitrag von sekund{\"a}ren heißen Elektronen zum Strom ist. Auch bei den Molek{\"u}lkontakten konnte eine lichtinduzierte Stromkomponente identifiziert werden, die linear von der Laserintensit{\"a}t abh{\"a}ngt. Sie wird, {\"a}hnlich wie im Fall der Tunnelkontakte, der thermisch verursachten Expansion der Elektroden zugeschrieben, allerdings ließ sich der genaue Prozess bisher noch nicht erkl{\"a}ren. Es ist anzunehmen, dass die Zunahme der Elektrodenl{\"a}nge durch eine Umordnung auf atomarer L{\"a}ngenskala in der vordersten Spitze der Goldelektrode kompensiert wird, da dies der duktilste Bereich des gesamten Kontakts ist. Der genaue Prozess konnte jedoch noch nicht gekl{\"a}rt werden. Messungen, die den Elektrodenabstand um einige AA ver{\"a}nderten, lieferten weitere Indizien f{\"u}r die Komplexit{\"a}t der Molek{\"u}lkontakte. So trat in manchen F{\"a}llen eine starke Korrelation zwischen Ver{\"a}nderungen des mittleren DC-Stroms und des lichtinduzierten Signals auf, was auf einen einzelnen Transportpfad f{\"u}r beide Signale hindeutet. Andererseits ver{\"a}nderten sich die beiden Str{\"o}me teilweise aber auch unabh{\"a}ngig voneinander, was nur durch mehrere parallele Transportkan{\"a}le im Kontakt erkl{\"a}rt werden kann. Zus{\"a}tzlich zum thermisch verursachten lichtinduzierten Signal wurden, wie im Fall der Tunnelkontakte, biasspannungsunabh{\"a}ngige Str{\"o}me identifiziert. Sie sind in der gleichen Gr{\"o}ßenordnung wie in Tunnelkontakten und werden somit der gleichen Ursache zugeschrieben, n{\"a}mlich einer asymmetrischen Anregung in den Metallelektroden, die zu einem Nettostrom in einer Richtung f{\"u}hrt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden elektromigrierte Tunnelkontakte untersucht. Da diese Kontakte einen sehr großen Elektrodenabstand in der Gr{\"o}ßenordnung von 30 nm aufwiesen, konnte nur bei Kombination von einer Biasspannung von mehreren Volt mit Femtosekundenbeleuchtung ein Strom im Bereich von 100 fA detektiert werden. Durch Verbesserung der Fokussierung im Vergleich zu den Experimenten an den Bruchkontakten wurden Spitzenintensit{\"a}ten von 10^11 Wcm^-2 erreicht. Die lichtinduzierten Tunnelstr{\"o}me zeigen eine quadratische Intensit{\"a}tsabh{\"a}ngigkeit, was einem Zwei-Photonen-Prozess entspricht, sowie eine ebenfalls nichtlineare Spannungsabh{\"a}ngigkeit. Zur Beschreibung der Daten wurde das Modell einer Multiphotonen-Photofeldemission verwendet, das auf der Fowler-Nordheim-Formel f{\"u}r Feldemission basiert. Durch geeignete Wahl der Modellparameter (Elektrodenabstand, Kr{\"u}mmungsradius der Elektrodenspitze und Barrierenh{\"o}he im Tunnelkontakt) war es m{\"o}glich, die Spannungsabh{\"a}ngigkeit des lichtinduzierten Signals zu reproduzieren.},
  subject      = {Tunnelkontakt},
  language  = {de}
}