Modelo de equação mestra para difusão e relaxação eletrônica em semicondutores nanoestruturados

Abstract

Resumo: Nós aplicamos um modelo de Equação Mestra para investigar o tempo de relaxação e o coeficiente de difusão de uma população eletrônica fora do equilíbrio em semicondutores nanoestruturados. A relaxação ocorre via estados localizados e é acessível por técnicas de transiente de absorção. Nós estabelecemos como a dependência temporal da densidade de elétrons na banda de condução é afetada pela: condição inicial de equilíbrio, a densidade de armadilhas e a DOS das armadilhas (analisamos armadilhas com níveis de energia discretos, níveis uniformemente distribuídos e exponencialmente distribuídos). Nós também aplicamos nossos resultados para nanopartículas de semicondutores isoladas, tais como aquelas encontradas em células solares sensibilizadas por corante, discutimos como o tempo de relaxação impacta a difusão de um elétron injetado por um corante através da rede de nanopartículas. Palavras-chave: equação mestra, semicondutor nanoestruturado, relaxação eletrônica, difusão eletrônica.

Abstract: We apply a Master Equation model to investigate the relaxation time and the diffusion coefficient of an out-of-equilibrium electronic population in a nanostructured semiconductor. The relaxation occours via trapping in localized leves and is accessible via transient absorption techniques. We establish how the time-dependence of the density of electrons in the conduction band is affected by: the initial equilibrium condition, the density of traps and the trap DOS (we analyse discrete trap levels, uniformly spread levels and exponentially spread levels). We also apply our results to isolated semiconductor nanoparticles, such as the ones found in dye sensitized solar cells, and argue how this relaxation time impacts the diffusion of dye injected electrons through the nanoparticles network. Keywords: master equation, nanostructured semiconductor, electronic relaxation, electronic diffusion.