相干空穴转移过程的二维电子光谱研究
作者单位：南京大学物理学院
会议名称：《第十五届全国化学动力学会议》
会议日期：2017年
学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学]
关 键 词：二维电子光谱 电声相干 空穴转移 有机光伏 非富勒烯受体
摘 要：近年来,有机光伏器件取得了长足的进步,单节器件的效率已经突破13%,接近商用所需的效率阈值。富勒烯及其衍生物是传统有机光伏器件中的主要电子受体材料,其载流子输运性能极为出色,不过其吸收集中在紫外波段,在太阳能谱中占比很小,受体自身吸收的贡献微弱,机理的研究也主要关注在电子转移过程。非富勒烯受体材料的广泛采用是近期进步的重要原因,突破了传统观念的束缚,新的受体材料层出不从,性能提升有了更多期待。从机制上看,受体材料自身的吸收覆盖太阳能占比重要的可见近红外波段,贡献很重要的器件效率部分。前期工作,我们利用瞬态吸收光谱技术确认在非富勒烯基的聚合物/小分子[1],小分子/小分子[2]等给受体混合物系统中亚皮秒尺度的空穴转移的重要作用。为进一步理解空穴转移的物理机制,我们利用高时间分辨(10 fs)的二维电子光谱,研究了聚合物/小分子[1]有机光伏系统中的空穴转移过程。如Fig.1所示,我们发现在亚皮秒时间尺度的电荷转移过程中,动力学曲线显示3fs为周期的明显量子拍频现象,其频率对应于C=C键等主要振动模式,显示电声相干性在空穴转移过程中扮演重要角色,与利用量子动力学理论模型计算结果吻合。电声相干性对于高效空穴转移起到关键作用,在此效应下,有效电荷转移可发生在能级差极小的分子界面之间,原则上可大幅提升开路电压,这一结果显示利用相干性进一步提升有机光电器件性能的可行性[3]。