Electrical and Photovoltaic Properties of Tetrapyrydilporphyrin Sandwich Cells

TLDR: In this paper, the authors investigated the electrical and photovoltaic effects observed with a thin film of 5,10,15,20-tetra(4-pyrydil)21H,23H-porphine (TPyP) sandwiched between indium-tin oxide (ITO) and Al electrodes.

Abstract: Electrical and photovoltaic effects observed with a thin film of 5,10,15,20-tetra(4-pyrydil)21H,23H-porphine (TPyP) sandwiched between indium-tin oxide (ITO) and Al electrodes are explained in terms of the n-type semiconducting behaviour of the organic film and its formation of a blocking contact (Schottky barrier) with ITO. Under low forward bias (ITO electrode positive) Ohm's law is followed with a thermally-activated electron concentration of n0 ≈ 3 × 109 cm−3, an electron mobility μ0 ≈ 6 × 10−4 cm2/Vs, and a room temperature electrical conductivity σ0 ≈ 3 × 10−13 Ω−1 cm−1. At high applied voltage there is a space-charge-limited conductivity (SCLC) controlled by a single trap level. The derived trap level parameters are: the total trap concentration Nt, = 1.7 × 1014 cm−3 and the depth of the trap level Ec — Et = 0.78 eV. Under reverse bias currents are identified with Schottky emission over a potential barrier of approximate height 0.7 eV and thickness varying with temperature in the range (193 to 50) nm. At illumination through an ITO electrode with monochromatic light of 32 μ/cm2 at 440 nm, the typical cell parameters are determined. The action spectra are explained in agreement with the proposed energy band model for the ITO/TPyP/Al diodes. Les effets eletriques et photovoltaiques observe avec une couche mince de TPyP place entre les deux electrodes du ITO et Al, sont expliquees par la conduction de type-n, au TPyP et par le fait que le couche de TPyP forme une barriere de Schottky avec ITO. Dans le regime des faibles tensions appliquees il y a une conduction ohmique avec la concentration des electrons n0 ≈ 3 × 109 cm−3, la mobilite μ0 ≈ 6 × 10−4 cm2/Vs et la conductibilite σ0 ≈ 3 × 10−13 Ω−1 cm−1. Dans le regime des fortes tensions appliquees il y un courant limite par la charge d'espace controlle par un seul niveau des trapes. Les parametres des trapes sont: la concentration des trapes Nt = 1.7 × 1014 cm−3 et leur position dans la bande interdite du semiconducteur organique Ec — Et = 0.78 eV. Dans le regime des tensions appliquees dans le sens inverse, le courant est limite par haute de 0.7 eV et l'epaisseur qui varries avec le temperature dans le domain (193 a 50) nm. Quand la cellule a ete illumine avec la lumiere monochromatique de 32 μW/cm2 et 440 nm, les parametres photovoltaiques ont ete determine. Les spectres d'action ont ete explique avec l'aide du diagramme energetique propose pour les diodes ITO/TPyP/Al.