Pokrok ve vývoji polymerních organických solárních článků
Badatelům z ÚMCH se podařilo vysvětlit zvláštnosti časového vývoje excitační energie pozorované při excitaci tenkých vrstev konjugovaných metalo-supramolekulárních polymerů laserovým pulsem. V budoucnu by tento mechanismus mohl hrát roli v rámci vývoje polymerních organických solárních článků. Výsledky studie byly publikovány v časopise Frontiers in Chemistry.
Zkoumaný polymer představuje soubor jednorozměrných řetězců organických molekul (ditopické thiofenem přemostěné terpyridiny), propojených kationty kovů (Zn2+, viz obrázek). Po fotoexcitaci se vytvoří dva druhy excitonů: singletní a tripletní, které se liší hodnotou svých spinů. „Naše podrobná analýza časově rozlišených optických absorpčních spekter ukázala, že fotoexcitované singlety se pohybují po polymerních řetězcích a srážejí se, čímž vznikají vázané tripletní páry, které následně disociují na dva nezávislé tripletní excitony. Takový mechanismus by mohl hrát roli ve vývoji polymerních organických solárních článků vyrobených z těchto materiálů,“ popisuje dr. Miroslav Menšík z oddělení Polymery pro elektroniku a fotoniku.
Tato nedávno publikovaná práce navazuje na dřívější publikaci dokončenou v roce 2017, kde se vědcům z ÚMCH podařilo experimentálně potvrdit existenci singletních i tripletních stavů a jejich vzájemnou přeměnu při relaxaci polymeru po excitaci. Zároveň se jim podařilo zjistit neobvyklý pokles jejich koncentrace v čase. Mezitím také badatelé vyvinuli matematické metody pro lepší popis a pochopení takových procesů. „Náš výzkum by nebyl možný bez vývoje vhodných materiálů. Metalo-supramolekulární polymery použité v našem výzkumu byly syntetizovány ve skupině prof. Vohlídala na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze. Naše teoretická práce zúročila dlouhodobou spolupráci s jeho týmem,“ dodává dr. Miroslav Menšík.
Nahoře: Struktura metalo-supramolekulárního polymeru, jehož konstituční jednotky (ditopické thiofenem přemostěné terpyridiny) jsou spojeny kationty Zn2+.
Dole: Schéma kinetiky fotoexcitovaných stavů: po srážce dvou singletních excitonů (S1), jedna z molekul přejde do základního a sousední do vyššího excitovaného stavu (Sn). Přenosem energie se pak vytvoří tripletní pár T1T1, jež následně disociuje na dva nezávislé tripletní excitony T1.
