PTO与POP有机半导体材料中电荷传输超快动力学研究

【作者】 郭文平； 盛传祥； 马万里； 陈张海； 赵海斌；

【机构】 复旦大学光科学与工程系微纳光子结构教育部重点实验室上海超精密光学工程中心； 苏州大学功能纳米与软物质研究院； 南京理工大学电子工程与光电技术学院； 复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室先进材料实验室；

【摘要】 基于有机半导体材料的全溶液制程太阳能电池,由于其制备工艺简单,成本低,可火面积成膜,具有较强的柔韧性等特点,受到广泛的关注。一个简单的太阳能电池可以由高分子聚合物作为施主,富勒烯材料作为受主制作而成,它的能量转化效率可以达到6-7.5%[1,2],火气环境下寿命超过一年[3]。当前有机半导体材料的吸收局限于可见光范围和低的电荷迁移率是限制有机太阳能电池效率的主要原因。为了进一步提高有机太阳能电池的能量转化效率,人们在寻找新的窄带隙高分子聚合物材料方面做了大量的工作。聚合物的性质介于半导体和分子之间,并且可形成种类繁多的纳米结构,致使其能带结构及光电性质都非常复杂,激子如何快速有效地到达异质结界面产生电荷分离是国际研究的热点。瞬态光谱测量能够表征激发态粒子数目随时间的演化过程,有助于我们深入地了解电荷产生,分离,复合和输运的全过程。我们利用钛宝石放火级飞秒激光器搭建起一套泵浦-探测系统,对由苯并二噻吩(BDT)和反丁烯二氰(BCNV)合成的两种新颖的同源共聚物PTO、POP及其分别与富勒烯PCBM的混合物薄膜样品进行了瞬态光谱的测量。泵浦激发密度依赖实验室结果显示PTO、POP、PTO:PCBM、POP:PCBM相对透射变化与激发密度呈线性关系。比较PTO与PTO:PCBM混合物光致吸收光谱,混合物对600nm的光致吸收增加,而对于700nm、850nm光致吸收变弱,PTO中混合PCBM后,吸收600nm光的激发态粒子增加,吸收700nm、850nm光的激发态粒子数目减少,同时出现2-3ps内向其他态转化的超快电荷转移过程。说明PCBM的加入,形成了某种电荷传输态,导致激发态粒子在2-3ps内快速的向这种中间态转化。比较POP与POP:PCBM混合物光致吸收光谱,混合物的光致吸收明显减弱。5ps内POP与POP:PCBM混合物相对透射缓慢变化,均无超快电荷转移过程出现。更多还原