【摘 要】
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有机半导体材料中单重态裂分过程可提高太阳能器件的光电转换效率,因此对单重态裂分机制的理解有必要深入研究。又由于苝二酰亚胺衍生物具有高的光稳定性和摩尔消光系数,是理想的单重态裂分材料。因此本文将对苝二酰亚胺三种衍生物EP、C5和C8的单重态裂分的动力学机制及扩散机制展开理论研究。首先构建苝二酰亚胺衍生物的激子动力学模型,分析单重态裂分动力学机制。考虑单重态裂分至中间态、单重态衰减至基态、中间态裂分至
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有机半导体材料中单重态裂分过程可提高太阳能器件的光电转换效率,因此对单重态裂分机制的理解有必要深入研究。又由于苝二酰亚胺衍生物具有高的光稳定性和摩尔消光系数,是理想的单重态裂分材料。因此本文将对苝二酰亚胺三种衍生物EP、C5和C8的单重态裂分的动力学机制及扩散机制展开理论研究。首先构建苝二酰亚胺衍生物的激子动力学模型,分析单重态裂分动力学机制。考虑单重态裂分至中间态、单重态衰减至基态、中间态裂分至三重态、单重态-单重态湮灭和三重态-三重态湮灭动力学过程。在考虑激发光能量较高情况下,考虑激子湮灭过程对分析动力学过程很重要。构建苝二酰亚胺衍生物激子一维扩散模型,研究其中单重态与三重态激子扩散的时空分布及激子扩散系数与长度。研究结果表明,仅考虑单重态激子与三重态激子扩散过程时,皮秒时间尺度下,其单重态激子扩散长度约为5微米,而三重态激子扩散系数比单重态激子扩散系数小两个量级。考虑到在光激发后纳秒时间尺度范围内,不仅发生单重态裂分至中间态、单重态衰减至基态、中间态裂分至三重态、单重态-单重态湮灭和三重态-三重态湮灭动力学过程,还会同时发生单重态激子扩散和三重态激子扩散。研究结果表明,同时考虑激子跃迁和激子扩散时,皮秒时间尺度下,单重态激子扩散长度约为0.8微米,而三重态激子扩散系数比单重态激子扩散系数小三个量级。单重态激子扩散系数由于激子跃迁过程的影响,比只考虑单重态激子与三重态激子扩散过程时的单重态激子扩散系数小了一个量级。且理论分析表明苝二酰亚胺衍生物单重态裂分中电子转移的主导机制为双电子转移,单重态激子能量转移的主导机制是Forster能量转移机制,三重态激子Dexter能量转移机制占主导地位。
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