Ultrafast conductivity in a low-band-gap polyphenylene and fullerene blend studied by terahertz spectroscopy

0328161 - FZÚ 2010 RIV US eng J - Journal Article
Němec, Hynek - Nienhuys, H.-K. - Perzon, E. - Zhang, F. - Inganäs, O. - Kužel, Petr - Sundström, V.
Ultrafast conductivity in a low-band-gap polyphenylene and fullerene blend studied by terahertz spectroscopy.
[Ultrarychlá vodivost ve směsi úzkopásového polyfenylenu a fullerenu studovaná terahertzovou spektroskopií.]
Physical Review. B. Roč. 79, č. 24 (2009), 245326/1-245326/7. ISSN 1098-0121
R&D Projects: GA ČR(CZ) GP202/09/P099; GA MŠMT LC512; GA ČR(CZ) GA202/06/0286
Institutional research plan: CEZ:AV0Z10100520
Keywords : time-resolved terahertz spectroscopy * ultrafast conductivity * polymer * solar-cell material
Subject RIV: BM - Solid Matter Physics ; Magnetism
Impact factor: 3.475, year: 2009

Time-resolved terahertz spectroscopy and Monte Carlo simulations of charge-carrier motion are used to investigate photoinduced conductivity in a blend of a low-band-gap polyphenylene copolymer and fullerene derivative. The optical excitation pulse generates free holes on polymer chains. We show that these holes exhibit a very high initial mobility as their initial excess energy facilitates their transport over potential barriers on polymer chains. The conductivity then drops down rapidly within 1 ps, and we demonstrate that this decrease occurs essentially by two mechanisms. First, the carriers loose their excess energy and they thus become progressively localized between the on-chain potential barriers—this results in a mobility decay with a rate of (180 fs)⁻¹. Second, carriers are trapped at potential wells with a capture rate of (860 fs)⁻¹. At longer time scales, populations of mobile and trapped holes reach a quasiequilibrium state.

Časově rozlišená terahertzová spektroskopie a Monte Carlo simulace pohybu nosičů náboje jsou použity pro studium fotoindukované vodivosti ve směsi úzkopásového polyfenylenu a derivátu fullerenu. Optickou excitací jsou na řetězcích polymeru generovány volné díry. Ukazujeme, že počáteční pohyblivost těchto děr je velmi vysoká kvůli jejich vysoké počáteční energii, která jim umožňuje překonávat potenciálové bariery na řetězcích polymerů. Vodivost se pak během 1 ps rychle sníží, a my ukazujeme, že tento pokles je způsoben dvěma mechanismy. (1) Energie nosičů rychle klesá a ty jsou potom postupně lokalizovány mezi potenciálovými bariérami, což má za následek pokles pohyblivosti s rychlostí (180 fs)⁻¹. (2) Nosiče jsou zachytávány v potenciálových jámách s rychlostí (860 fs)⁻¹. Na delším časovém měřítku dosáhnou koncentrace pohyblivých a zachycených děr kvazi-rovnovážný stav.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0174542