由模拟支持的各种实验能够使分子构建块对电荷载体施加的特定静电力的影响合理化。该研究最近发表在Nature Communications上。

在基于诸如太阳能电池,发光二极管,光电探测器或晶体管的有机半导体的电子设备中,电子激发和电荷传输水平是描述其操作原理和性能的重要概念。然而,相应的能量学比诸如硅芯片的传统无机半导体更难以接入和调谐,这是一般挑战。这既适用于测量,也适用于来自外部的受控影响。

一个调谐旋钮利用了远程库仑相互作用,这种相互作用在有机材料中得到了增强。在本研究中,探讨了电荷传输能级和激子态能量对有机材料中共混物组成和分子取向的依赖性。激子是通过光吸收在半导体材料中形成的电子和空穴的束缚对。当组分由不同的有机半导体材料组成时,科学家提到混合组合物。研究结果表明,有机薄膜中的能量可以通过调整单个分子参数来调整,即分子的π-堆叠方向上的分子四极矩。电四极可以由两个正电荷和两个同样强的负电荷组成,它们形成两个相反相等的偶极子。

作者进一步将有机太阳能电池的器件参数(例如光电压或光电流)链接到该四极矩。这些结果有助于解释最近有机太阳能电池器件效率的突破,这些器件基于一类新的有机材料。由于观察到的静电效应是有机材料的一般性质,包括所谓的“小分子”和聚合物,它可以帮助改善所有类型的有机器件的性能。