超越 Bloch：共轭聚合物光电子学的理论蓝图

由于在各种有机器件中的广阔应用前景，共轭聚合物正经历新一轮的关注热潮。这些器件包括有机发光二极管（OLEDs）、场效应晶体管和有机光伏（OPV）器件等众多类型。其吸引力源于它们相对于传统无机半导体所具备的独特优势。在无机半导体中，电子通常被认为处于离域、自由或准自由状态（如 Bloch 理论所描述），而共轭聚合物中的电子行为则有所不同。它们在高度局域化的 $\sigma$ 或 $\pi$ 轨道内强耦合，并与离子实发生显著相互作用。这意味着它们远非 Bloch 理论方法所假设的理想化离域状态。因此，在将 Bloch 理论应用于无机材料的电子输运性质近一个世纪之后，显然需要一种新的理论框架来解释这些有机固体中的高效电荷传输。我们提出的模型通过纳入关键的电子-电子相互作用来满足这一需求。具体而言，它同时考虑了格点内相互作用以及位于聚合物链交替格点处的 $\pi$ 态之间的相互作用。该框架提供了一种多体电荷传导机制，并解释了未掺杂材料的半导体性质。我们模型的一个重要成果是预测了两个由激发键合态组成的全新平带。有趣的是，这些态服从 Bose-Einstein 统计并促进电荷传输。此外，我们的模型准确再现了实验数据，对实测的 UV-Vis 吸收光谱和电致发光光谱提供了极好的拟合。