分子修饰对有机半导体材料堆栈结构和载流子迁移率的影响

Organic semiconductors have been widely used in organic electronic devices. The theoretical studies of charge transport properties of organic semiconductors could direct and help the molecular design of new functional electron materials. Generally, the mobilities of organic semiconductors are very low and the proper molecular modification of conjugated molecules would facilitate the charge transport and extend the application field. In this project we would deduce the angular-resolution anisotropic mobility function and combine the density functional theory (DFT) calculation to investigate the hole and electron transport behaviors of conjugated systems at room temperature. We would modify the organic molecules with different substituents in different positions and explore the relations of molecular conformation, intermolecular interaction and charge mobility to clarify the influence of molecular modification on the molecular packing and charge transport ability and then we would find the effective methods for improving the charge mobility as well as stability of materials. The anistropic moblities have been calculated with angular-resolution function which would help the experimental researchers to exploit the organic semiconductors and improve the performances.

有机半导体材料在有机电子器件中有广泛的应用，有机半导体材料载流子迁移性质的理论研究能够为设计和开发新型电子材料提供重要的指导和帮助。有机半导体材料的载流子迁移率通常较低，通过对有机共轭材料进行恰当的结构修饰能够增强载流子的输运能力，拓宽其应用范围。本项目的主要任务是建立有机半导体材料载流子迁移率各向异性方程并结合密度泛函理论计算（DFT），研究室温下复杂有机共轭体系的空穴及电子输运行为，通过对共轭分子在不同位置用不同取代基团进行修饰，探讨材料的分子构象与分子间的相互作用以及载流子迁移率之间的关系，探究分子修饰对有机半导体材料分子堆栈构型以及空穴及电子输运能力的影响，寻找改善有机半导体材料载流子迁移率、提高空气稳定性的有效方法。利用角分辨各向异性方程计算载流子的各向异性迁移率，为实验人员有效利用有机半导体材料并以此提高电子器件性能提供理论依据。

在自然科学基金的支持下，本项目的主要工作是研究复杂有机半导体材料体系的输运行为，采用密度泛函（DFT）与含时密度泛函（TDDFT）方法结合Marcus-Hush理论对各种通过分子修饰的有机半导体材料的载流子输运性质进行了计算，建立角分辨各向异性迁移率方程，对材料的各向异性特征进行了分析。通过对空穴和电子的输运行为的比较研究，建立了材料的分子构象与分子间的相互作用以及载流子迁移率之间的关系，揭示了分子修饰对有机半导体材料分子堆栈构型以及空穴及电子输运能力的影响，为新型分子材料的分子设计提供了有效方法。同时，深入分析了结构修饰对于染料分子体系的激发态氢键动力学的影响，研究了激发态质子转移反应、电子转移反应、分子内电荷扭转等过程的机理。