RESUMO

Charge hopping based on Marcus theory is often used to predict charge carrier mobilities in organic crystals, although it is known to systematically underestimate the values. Here we show that this deficiency may lie on a fundamental aspect of quantum statistical averages, rather than on the approximation itself. Under adequate Boltzmann weighing procedure used to evaluate electron and hole transfer integrals, a kinetic Monte Carlo model is employed to describe mobilities in an azacene derivative. The values are in good agreement with experimental data suggesting that the evaluation of transfer integrals may be the weak link in hopping transport models.

RESUMO

Se presentan los modelos de hopping de rango variable (variable range hopping; VRH), vecinos cercanos (nearest neighbor hopping; NNH) y barreras de potencial presentes en las fronteras de grano; como mecanismos de transporte eléctrico predominantes en los materiales semiconductores para aplicaciones fotovoltaicas. Las medidas de conductividad a oscuras en función de temperatura fueron realizadas para región de bajas temperaturas entre 120 y 400 K con Si y compuestos Cu3BiS2 y Cu2ZnSnSe4. Siguiendo la teoría de percolación, se obtuvieron parámetros hopping y la densidad de estados cerca del nivel de Fermi, N(E F), para todas las muestras. A partir de los planteamientos dados por Mott para VRH, se presentó el modelo difusional, que permitió establecer la relación entre la conductividad y la densidad de estados de defecto o estados localizados en el gap del material. El análisis comparativo entre modelos, evidenció, que es posible obtener mejora hasta de un orden de magnitud en valores para cada uno de los parámetros hopping que caracterizan el material.

Here, we present variable range hopping (VRH) models, nearest neighbor hopping (NNH) and potential barriers present at the grain boundaries, as well as mechanisms of electrical transport predominant in semiconductor materials for photovoltaic applications. We performed dark conductivity measures according to temperature for low temperature regions between 120 and 400 K in Si and Cu3BiS2 and Cu2ZnSnSe4 compounds. Using the percolation theory, we obtained hopping parameters and the density of states near the Fermi, N(E F) level for all samples. Using the approach by Mott for VRH, we obtained the diffusion model, which established the relationship between conductivity and density of defect states or localized gap states of the material. The comparative analysis between models evidenced that it is possible to obtain improvement of an order of magnitude in the values of each of the hopping parameters that characterize the material.

Apresentam-se os modelos de hopping de categoria variável (variable range hopping; VRH), vizinhos próximos (nearest neighbor hopping, NNH) e barreiras de potenciais presentes nas fronteiras de grãos; como mecanismo de transporte elétrico predominantes nos materiais semicondutores para aplicações fotovoltaicas. As medidas de condutividade no escuro em função da temperatura foram realizadas para região de baixas temperaturas entre 120 e 400 K com Si e compostos Cu3BiS2 e Cu2ZnSnSe4. Seguindo a teoria da percolação obtiveram-se parâmetros hopping e a densidade de estados próximos do nível Fermi[BO1] N(E F) para toda a amostra. A partir das abordagens seguidas por Mott para VRH, apresentou-se o modelo de difusão, que permitiu estabelecer a relação entre a condutividade e a densidade de estados de defeito ou estados localizados no gap do material. A análise comparativa dos modelos mostrou que é possível obter melhoria até de uma amplitude de magnitude em valores para cada um dos parâmetros hopping que caracterizam o material.