有机半导体包括小分子和高分子共轭聚合物,具有原材料丰富,价格低廉,制备简单,柔性可折叠,环保等优势,因此基于有机半导体的光电器件被开发出来应用在照明,太阳能电池等领域。有机光电器件展现出了诸多宝贵的优势,然而与无机器件相比,器件的效率以及稳定性还有待提高。亟待进一步研究有机光电过程中的内在机理和影响因素以实现制备高效稳定的有机功能器件。有机半导体的一个重要特性是具有强的电子-声子（e-ph）相互作用,使得电荷载流子不再是传统无机半导体中的电子和空穴,而是与晶格结构耦合形成自陷态,如孤子、极化子、双极化子等;元激发也不再是无机半导体中的Wannier-Mott激子而是紧束缚的Frenkel激子,双激子等。这些自陷态给有机光电器件带来了诸多有趣的现象。如:输运机制不再是简单的带输运机制,可以是跃迁机制或者隧穿机制;由于束缚能较大,激子通常不能直接解离成自由的载流子,而是解离成电荷转移（CT）态等。其中,载流子输运以及激子解离是有机光电器件中的核心过程,考虑实际的环境温度对这些过程的影响具有重要意义。此外,手性诱导自旋选择（CISS）效应的发现为有机光电器件领域注入了新的活力。Paltiel等人利用电子的自旋属性,提出了手性分子辅助的电荷分离机制;Ouchi和Brown等人先后将具有手性结构的分子作为太阳能电池的活性层和载流子传输层,展现了手性结构应用在光伏器件中的优势;Nuzzo等人利用手性有机发光器件调控光的极化,极化率高达74%;Kim等人将手性分子作为空穴传输层制备了新型自旋发光二极管。结合分子的有机与手性特征,将手性有机材料引入有机光电器件中作为载流子传输层和发光层时,手性构型对载流子输运和激发态会有怎样的调控,如何利用手性构型设计有机光电器件等都是亟待研究的问题。基于有机光电器件,本论文围绕其相关的物理过程展开研究,结合扩展的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型和非绝热分子动力学的方法,研究了温度效应对激子扩散和解离的影响以及手性有机螺旋构型对载流子输运和激子产率的调控,得到了一些重要的结论,揭示了实验现象,为有机光电器件的设计和制备提供了理论指导。本论文的研究内容和结果如下:1.有机半导体中热诱导激子扩散和解离在有机半导体中,激子的束缚不仅来源于电子-电子相互作用,还来源于晶格畸变,其束缚能远远大于室温热能,因此很难通过室温将激子解离。然而,实验发现温度效应不仅有利于激子发生解离,且在高温区和低温区激子的扩散机制不同。本论文第三章引入π电子费米-狄拉克分布和原子核玻尔兹曼分布,在紧束缚模型下首先研究了均匀温度场下的激子行为,发现温度效应可以使激子中的电子-空穴发生分离,并且温度升高会加剧电子-空穴的空间分离。此外,设计了线性梯度的非均匀温度场,发现激子将沿着聚合物链向高温区扩散。基于此,提出了一种内建热场辅助激子扩散和解离的物理机制,为实现高效的有机太阳能电池（OSCs）提供了一种新的思路。2.有机异质结光伏器件中热辅助电荷转移和解离为了进一步提高激子的解离效率,基于给体（D）和受体结构（A）的体异质结（BHJ）结构,成为有机光伏器件设计的主流。在BHJ中,光吸收产生激子,激子迁移或扩散到D/A界面发生电荷转移形成CT态。本论文第四章对电荷转移过程的温度效应进行了理论研究,揭示了由弹性能引起的给受体中声子间差异作为电荷转移的热驱动力,并发现在高低温区域表现出截然不同的电荷转移过程。进一步,结合熵驱动机制,计算得到热辅助电荷分离概率在室温下可达70%。该研究为高效率的有机光伏器件设计提供了理论指导。3.手性有机分子中极化子输运诱导的自旋选择效应随着有机自旋电子学研究的深入,具有独特结构的手性有机材料开始受到关注。因其具有独特的自旋-轨道耦合（SOC）,预示着拥有丰富的自旋-电荷相关的现象,例如CISS效应。近年来手性有机分子被广泛应用在有机光电器件中作为载流子传输层或者活性层等。实验发现,手性分子作为载流子传输层产生自旋极化,可以打破25%的单态激子比例。为了研究手性材料作为传输层时,载流子在手性有机材料中输运产生自旋极化的来源,本论文的第五章对手性有机聚合物分子建立了紧束缚模型并研究了自旋极化子的输运行为,发现初态为自旋上和自旋下极化子在手性分子中的输运特征是不对称的。特别是,通过计算FM/Helix/Metal器件的I-V关系,揭示了自旋极化对施加电压的复杂依赖性,并将其归因于自旋载流子速度和浓度的竞争作用。这为手性有机自旋过滤器件中观测到的CISS提供了微观量子理解,并为手性有机分子器件的制备提供了理论指导。4.螺旋堆积诱导单-三态激子转换的手性有机电致发光器件当手性螺旋构型的有机材料作为发光层时,势场梯度使得电子沿着螺旋链运动时产生SOC,导致自旋简并解除。通常来讲,SOC可以降低激子自旋单态和三态之间的能量差,有利于它们之间的转化。本论文的第六章从手性SOC强度和螺旋结构两个方面研究了螺旋构型对激子产率的影响。发现螺旋堆积可以诱导激子单态和三态之间的转换,打破传统的激子自旋统计。改变螺旋结构,可以实现对激子产率的调控。该研究很好地解释了实验上观测到的螺旋堆积诱导单-三态转换的现象,为手性OLED发光器件的制备提供了理论支持。