多相半晶微结构驱动纯塑料半导体中的激子解离

大分子半导体的光电性质根本上取决于其固态微结构。例如，分子量分布通过多种微结构影响聚合物半导体的性质；低重均分子量 ($M_w$) 的聚合物形成不相连的伸展链晶体，通常具有石蜡结构。由于相对短链大分子的非缠结特性，这导致了多晶单相形貌。相比之下，在高 $M_w$ 材料中，平均链长大于缠结长度，可获得由嵌入 largely 无序（非晶）区域的晶体部分组成的两相形貌。我们通过时间分辨光致发光 (PL) 光谱研究了不同 $M_w$ 的纯区域规整聚 (3-己基噻吩) (P3HT) 中的电荷光生过程。在 10 K 时，源自长寿命电荷对复合的 PL 在微秒时间尺度上衰减。其振幅和衰减速率分布均强烈依赖于 $M_w$。在以单相伸展链微结构为主的薄膜中，由于光生电荷产率降低，延迟 PL 受到抑制，且其衰减速度显著快于两相微结构。然而，无论 $M_w$ 如何，电荷复合都会在扭转无序链中再生单重态激子，形成比稳态系综耦合更强的光物理聚集体，其延迟 PL 线形让人联想到稳态下的石蜡形貌。我们得出结论，位于晶相与非晶相之间无序区域中的高度离域激子会发生外在解离，其产率和空间分布与微结构密切相关。