excitonrecombinatie

Excitonrecombinatie is het proces waarbij een exciton, een gebonden toestand van een elektron en een gat in een halfgeleider of isolator, geannihileerd wordt. Bij recombinatie komt de binding tussen de electron en het gat op te lossen en komt energie vrij. Die energie kan in de vorm van een foton vrijkomen (radiatieve recombinatie) of als warmte via trillingen van het kristal en andere niet-radiatieve kanalen (niet-radiatieve recombinatie).

Er bestaan verschillende typen excitonen en recombinatiekanalen. Frenkel-excitons zijn sterk lokaal gebonden en voorkomen vooral in organische kristallen en moleculaire systemen. Wannier-Mott-excitons hebben een grotere ruimtelijke omvang en komen voor in veel conventionele halvegeleiders zoals metalen oxiden en III-V-materialen. Radiatieve recombinatie levert vaak fotonen op die worden gebruikt in licht-emitterende diodes en lasers; niet-radiatieve recombinatie gebeurt via defecten, trillingsvibraties (phononen) of via Augerprocessen waarbij meerdere ladingeenheden betrokken zijn. Bij hoge exciton-dichtheden kan exciton-excitonzijnverlies optreden, waardoor de luminescentie-efficiëntie afneemt.

Tot de belangrijkste toepassingen en implicaties behoort de rol van excitonrecombinatie in lichtgevendeapparatuur en zonnecellen. In organische en hybride emissie-apparaten bepaalt de luminescentie- en recombinatieroute de efficiëntie en het kleurpunt, terwijl in zonnecellen de exciton-diffusielengte en de snelheid van recombinatie de ontwerpkeuzes voor de apparaatarchitectuur beïnvloeden. Meetmethoden zoals tijd-resolved fotoluminescentie en fotoluminescentiequivalentie geven inzicht in de recombinatiesnelheden en de keyparameters van excitonprocessen.