Assessing the effects of increasing conjugation length on exciton diffusion: from small molecules to the polymeric limit

文献情報

出版日 2021-07-09
DOI 10.1039/D1CP01263K
インパクトファクター 3.676
著者

Leonardo Evaristo de Sousa, Laura Simonassi Raso de Paiva, Gjergji Sini, Pedro Henrique de Oliveira Neto


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要旨

Organic solar cells (OSC) generally contain long-chain π-conjugated polymers as donor materials, but, more recently, small-molecule donors have also attracted considerable attention. The nature of these compounds is of crucial importance concerning the various processes that determine device performance, among which singlet exciton diffusion is one of the most relevant. The efficiency of the diffusion mechanism depends on several aspects, from system morphology to electronic structure properties, which vary importantly with molecular size. In this work, we investigated the effects of conjugation length on the exciton diffusion length through electronic structure calculations and an exciton diffusion model. By applying extrapolation procedures to thiophene and phenylene vinylene oligomer series, we investigate their electronic and optical properties from the small-molecule point of view to the polymeric limit. Several properties are calculated as a function of oligomer size, including transition energies, absorption and emission spectra, reorganization energies, exciton coupling and Förster radii. Finally, an exciton diffusion model is used to estimate diffusion lengths as a function of oligomer size and for the polymeric limit showing agreement with experimental data. Results also show that longer conjugation lengths correlate with longer exciton diffusion lengths in spite of also being associated with shorter exciton lifetimes.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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