Transient optical spectroscopy of organic semiconductors

Abstract

Tranzientní optická spektroskopie organických polovodičů Abstrakt: Tato disertační práce zkoumá mechanismy a dynamiku transformací excitovaných stavů v organických molekulách a hybridních nanomateriálech, se zaměřením na jev singletového štěpení (SF). Tento proces je často uváděn jako jedna z možných cest vedoucích k významnému zvýšení energetické účinnosti solární fotovoltaické přeměny energie. Chování excitonů, přechodů mezi stavy molekul s různou spinovou multiplicitou a přenosu energie, je diskutováno za účelem vytvoření komplexního fotofyzikálního popisu procesu SF v korelaci s dalšími konkurenčními procesy a molekulární a nadmolekulární strukturou studovaných materiálů. Výzkum SF probíhal na několika materiálových platformách. Na vybraných derivátech diketopyrrolopyrrolu (DPP) byly zkoumány procesy SF v závislosti na molekulární energetické struktuře a krystalové struktuře materiálu. Na další materiálové platformě látek odvozených od molekuly barviva známého pod komerčním názvem Cibalackrot, bylo ukázáno, jak chemická substituce vodíku za deuterium ovlivňuje dynamiku excitovaných stavů ve vazbě na vibrace krystalové mřížky. Doplňková studie zaměřená na funkční organicko-anorganické nanomateriály, zahrnující nanoklastry zlata a fluorovaného oxidu grafenu, ukázala na možnosti ovlivnění procesu SF v...

Transient optical spectroscopy of organic semiconductors Abstract: This thesis explores the mechanisms and dynamics of excited states in molecular solids, with an emphasis on the singlet fission (SF) phenomenon in organic semiconductors as a possible pathway to enhance energy efficiency in solar photovoltaic energy conversion. Fundamental processes, including exciton behavior, spin transitions, and energy transfer, are analyzed through steady-state and time-resolved spectroscopic techniques. The findings are discussed to establish a comprehensive photo-physical description of the SF in correlation with other competitive processes and the material structure. The research was conducted with a broad variety of material platforms. Particularly diketopyrrolopyrrole (DPP) derivatives were chosen to investigate how the SF pathway depends on the molecular energy levels and crystalline structure. In another class of organic materials, known under the commercial name Cibalackrot, a controlled hydrogen-deuterium substitution was proven to modulate their excited-state properties through coupling with a crystal lattice. Additional studies on functionalized nanomaterials, including gold nanoclusters and fluorinated graphene oxide, were aimed to explore the ways in which SF is influenced by "extrinsic" factors such as...