La exoergicidad excesiva reduce la eficiencia de fisión por excitación de singlet de los heteroacenos en soluciones

Área de la Ciencia:

• Fotoquímica y fotofísica
• Productos electrónicos orgánicos
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La fisión del excitón singleto (SF) es un proceso en el que un excitón singleto de alta energía se divide en dos excitones triplet de baja energía.
• La diferencia de energía entre un excitón singlet y el doble de la energía de un excitón triplet (ΔESF) es la fuerza motriz termodinámica para SF.
• La comprensión de la relación entre la eficiencia ΔESF y SF es crucial para el diseño de materiales orgánicos eficientes para aplicaciones optoelectrónicas.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente el efecto de ΔESF en la eficiencia de SF de cinco heteroacenos en solución.
• Determinar el ΔESF óptimo para maximizar la eficiencia del SF en estos materiales orgánicos.
• Explorar los mecanismos subyacentes que rigen la relación entre la eficiencia ΔESF y SF.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de fosforescencia de baja temperatura en el infrarrojo cercano para determinar los niveles de energía del excitón triple y calcular los valores ΔESF.
• Se utilizó la espectroscopia de absorción transitorio de femtosegundos para medir las eficiencias SF de las soluciones de heteroaceno.
• Se sintetizaron y estudiaron cinco heteroacenos con valores variables de ΔESF en soluciones de 0,02 M.

Principales resultados:

• Los valores de ΔESF para los heteroacenos estudiados oscilaron entre -0,58 y -0,31 eV.
• Las eficiencias de SF variaron entre el 117% y el 140%, y un ΔESF más alto no condujo constantemente a una mayor eficiencia.
• Se encontró que la exoergicidad excesiva (gran ΔESF negativo) reduce la eficiencia de SF al promover vías de relajación competidoras.

Conclusiones:

• El estudio demuestra que la optimización de la fuerza motriz termodinámica (ΔESF) es fundamental para lograr una alta eficiencia SF en materiales orgánicos.
• Contrariamente a las suposiciones comunes, una exoergicidad excesivamente alta puede ser perjudicial para la eficiencia de SF en los heteroacenos de la fase de solución.
• Estos hallazgos proporcionan información valiosa para el diseño racional de semiconductores orgánicos para aplicaciones que requieren una fisión de excitación de singlet eficiente.