有机光电材料的光谱研究 开题报告
一、课题背景：
能源问题一直是世界性的难题，太阳能作为一种绿色能源，逐渐成为各国开发利用的新能源之一。传统的太阳能电池主要依靠硅等无机材料实现光电转换，优点是高效率、长寿命，但材料昂贵、制备工艺复杂、成本高等因素一直限制其大规模应用。有机太阳能电池是一种新型太阳能电池，与无机太阳能电池相比，基于共轭聚合物的有机太阳能电池，具有低成本、超薄、质量轻、制作工艺简单、可制备大面积柔性器件等突出优点，有重要发展和应用前景，也已成为当今新材料和新能源领域最富活力的研究前沿之一[1]。目前的有机聚合物太阳能电池的最大的光电转换效率已经较接近商业应用的门槛10% [2]，但与无机薄膜太阳能电池相比还相差甚远，仍需较大的提高。因此，对有机聚合物太阳能电池显著提高光伏发电效率是最重要的挑战。pi;-共轭聚合物太阳能电池，作为有机太阳能领域的重要分支，引起了人们广泛的关注，实现有效的激子扩散到电荷分离界面，使能量转换效率增加，其中长寿命光激发态的复合及其衰减动力学对电池的性能有着重要的影响。
二、共轭聚合物
共轭聚合物与无机半导体如硅、砷化镓等相比在结构和性质方面具有很大差异。比如，有机分子之间相互作用主要是较弱的范德华力，凝聚态薄膜大多只具有准一维的分子结构；有机薄膜中存在很强的电子-晶格相互作用，电子态和晶格畸变二者相互影响。聚合物的发光特性被发现以后，人们对其发光机理进行了深入的研究。但由于聚合物的性质不同于传统半导体，比较复杂，其中很多机理仍处于探索阶段[3]。pi;-共轭聚合物太阳能电池，近来引起了人们广泛的关注，它能实现有效的激子扩散到电荷分离界面，使能量转换效率增加，但在毫秒时间范围的光激发态的复合过程仍然是一个有争议的问题，因此需要进一步的研究。[4]
在共轭聚合物中，键的强度比键弱很多，电子能量较高，占据能量最高的分子轨道（HOMO为轨道），而最低的空置轨道（LUMO）是*。因此，有机共轭材料的光学跃迁通常发生在电子中，表现为-*跃迁，如图1所示。由于-*跃迁能隙在1.5～3.0eV，有机共轭材料通常表现出近紫外、可见、近红外光谱区域的吸收或者发射光谱。这类材料的普遍规律是随着共轭长度增大，材料光学能隙减小，吸收和发射光谱红移。
图1 有机共轭分子的成键和反键能级示意图
共轭聚合物在光激发下的主要激发产物有孤子、激子、极化子、极化子对和双极化子，以及具有红外活性的振动模。
