Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

FP7

EXTMOC Wynik w skrócie

Project ID: 329513
Źródło dofinansowania: FP7-PEOPLE
Kraj: Zjednoczone Królestwo

Dyfuzja ekscytonów w kryształach molekularnych

Ekscyton to para złożona z elektronu i dziury, związanych siłą elektrostatyczną. Jest to elektrycznie neutralna kwazicząstka występująca w izolatorach, półprzewodnikach i niektórych cieczach.
Dyfuzja ekscytonów w kryształach molekularnych
Dyfuzja ekscytonów w kryształach molekularnych lub agregatach zachodzi w wielu organicznych urządzeniach elektronicznych, w tym w diodach LED i ogniwach słonecznych. W wydajnych organicznych ogniwach słonecznych potrzebna jest duża długość dyfuzji ekscytonów, ponieważ w urządzeniach tych ekscytony ulegają dyfuzji na granicy między donorem i akceptorem, inicjując proces separacji ładunku. Efektem jest wytwarzanie fotoprądu.

Celem projektu EXTMOC (Exciton transport in molecular crystals: The role of dynamic disorder) było opracowanie dokładnego modelu teoretycznego opisującego dyfuzję ekscytonów w kryształach molekularnych. Prace koncentrowały się na wprowadzeniu cieplnych ruchów cząsteczek (nieporządek dynamiczny) w przybliżonych obliczeniach. Podzielono je na następujące etapy: opracowanie odpowiedniego modelu diabatyzacji w celu obliczenia sprzężeń między ekscytonami; ocena fluktuacji sprzężeń między ekscytonami wynikającej z cieplnych ruchów jądrowych; modelowanie teoretyczne mające na celu zbadanie dyfuzji ekscytonów w systemach koherentnych i niekoherentnych.

Wykazano, że sprzęganie ekscytonów w kryształach molekularnych podlega bardzo dużej fluktuacji w temperaturze pokojowej, co wynika z połączonych ruchów cieplnych jąder. Opracowano model diabatyzacji, umożliwiający obliczenie sprzężeń ekscytonowych między dowolną liczbą stanów w parach cząsteczek. Metodę oparto na procedurze algebraicznej, aby znaleźć stany diabatyczne o właściwościach jak najbliższych określonym stanom odniesienia.

Opracowano wyrażenie opisujące wskaźnik efektu hoppingu między zlokalizowanymi stanami w półprzewodnikowych nieuporządkowanych polimerach, wśród których znajdują się jako przypadki szczególne wskaźniki najczęściej używane w piśmiennictwie. Wskaźników tych nie da się uzyskać bezpośrednio na podstawie teorii szybkości transferu elektronów, ponieważ nie sposób zdefiniować stanów zlokalizowanych diabatycznie, jeżeli lokalizacja spowodowana jest przez nieuporządkowanie. Jest tak w przypadku większości polimerów, a efekt ten przeważa nad polaryzacją jąder.

Zespół zbadał mechanizm generowania w organicznych ogniwach fotowoltaicznych ładunków swobodnych z elektrostatycznie związanych par elektron-dziura. Uczeni dowiedli, że ruchy cieplne w kryształach molekularnych powodują znaczącą fluktuację sprzężenia ekscytonowego między sąsiednimi cząsteczkami (nieuporządkowanie dynamiczne). Wpływ tej fluktuacji na dynamikę ekscytonów zbadano dla dwóch kontrastujących ze sobą przypadków, a mianowicie kryształów antracenu i pochodnej heteropentacenu.

Wyniki tych badań powinny znacząco przyczynić się do udoskonalenia technologii fotowoltaicznej.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Ekscyton, dyfuzja, dioda LED, ogniwo słoneczne, diabatyzacja, antracen, heteropentacen
Numer rekordu: 188707 / Ostatnia aktualizacja: 2016-10-26
Dziedzina: Technologie przemysłowe
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę