有机导电聚合物中结构无序及薄膜形貌对电荷输运动力学的影响

Charge transport process plays a key role in device performance in polymer-based optoelectronic devices. It is of great importance to fully understand the charge transport properties in organic devices. In this project we plan to study the effects of structural disorder and film morphology on charge transport in semiconducting polymers using a nonadiabatic evolution method. The simulations will be performed within the frame work of an extended version of the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) model modified to include structural disorder and film morphology. As the charge transport processes in organic materials are analyzed dynamically, the intuitive and accurate physical image will be given. Thus the specific methods to improve charge transport will be designed. This study will focus on the charge distribution, the charge velocity and the time evolution of charge center under different parameters. What factors are in favor of charge transport will be found. This study will be able to develop and improve the existing charge transport theory, and provide a theoretical basis for the design of new organic functional materials and organic optoelectronic devices.

基于导电聚合物的有机光电子器件中的电荷输运过程对器件性能起着至关重要的作用，探讨有机光电子器件中的电荷输运机制是凝聚态理论研究的重点。本项目拟在前期研究基础上，将一维SSH紧束缚模型进行扩展，扩展的核心是将模型中的某些参数看作为满足某种概率分布的随机数，扩展的目的是引入结构无序及薄膜形貌效应。拟采用非绝热动力学模拟结合统计平均方法研究结构无序及薄膜形貌对电荷输运性质的影响，揭示其内在输运机制，给出直观准确的物理图像，找出有利于电荷迁移率增大的因素，从而设计出提高电荷输运的具体方法。本研究注重有机材料中电荷输运的动力学过程分析，给出电荷密度分布和电荷运动中心的演化过程，分析电荷运动速度随某些参数的变化情况。本研究能够发展和完善现有的电荷输运理论，为研制和开发有机光电子器件、设计新型有机功能材料提供理论基础和指导，推动有机电子学和有机自旋电子学的发展。

本项目对有机导电聚合物中结构无序及薄膜形貌效应下的电荷输运动力学性质进行了研究，取得了一些重要的成果。重点研究了均匀无序效应对电荷输运性质的影响。研究发现在弱电场强度下，极化子的输运速度随均匀无序程度的增大而降低，无序效应起主导作用；但在大部分电场范围下，均匀无序效应对极化子输运的影响不太明显，几乎可以忽略，外加电场起主导作用。这与之前研究的高斯型结构无序效应下的极化子的输运性质有明显不同。简单探讨了薄膜形貌效应对电荷输运性质的影响。选取了两种常见类型的薄膜形貌，对两种情况下的电荷输运性质进行了比较。结果发现与高斯型无序的薄膜形貌相比，具有均匀型无序的薄膜形貌更有利于电荷输运。基于此研究结果，可以为实验上消除结构无序及薄膜形貌效应的不利影响提供有益的理论依据。研究成果于2014年10月被《物理学报》接收，拟于2015年第6期发表。.总体来看，课题组按照预定计划完成了各项任务，实现了预期研究目标，取得了一些重要的研究成果，所得结果和结论对相关领域的后续研究有重要的借鉴意义。