有机光电材料光致发光光致吸收谱的测量(2)
20世纪90年代, 有机共混体系中光诱导电荷转移现象的发现及本体异质结结构的建立, 使得有机太阳电池性能大幅度提高, 有机共混体系的太阳电池得到了人们广泛的研究。PPV 是较早应用于太阳能电池中的聚合物材料。PPV类材料通常作为太阳能电池中的给体，然而, PPV 在有机溶剂中的溶解度有限, 这个特点在一定程度上限制了PPV 在太阳能电池中的应用。为了改善其溶解性, 人们在PPV 的苯环上接入烷氧基支链, 得到材料MEH-PPV（分子结构如图1.1中b）, 较好地改善了原有材料。众多有机材料中,MEH-PPV作为发光材料是一种最有前途的工业化的材料。实验发现, 基于MEH-PPV: PC61 BM（图1.1a） ( 质量比为1: 4)的光伏器件, 其能量转换效率达到1. 3%。
通过对MEHPPV薄膜及MEHPPV与PCBM混合薄膜的光谱测量，我们可以通过得到的光谱图来探测其分子的能级结构及反应动力学等多方面物质结构的知识，可以进一步了解有机光电材料的发光特性，可以进一步探究有机光电材料在光照下所形成的光生激子的动力学机制，从而对研究有机太阳能电池的光激发态有重要意义。
图1.1 PCBM（a）与MEHPPV（b）分子结构示意图
1．2 课题研究内容
本课题选用MEHPPV和PCBM两种有机光电材料，使用激光、斩波器、单色仪、锁相放大器、低温恒温器等仪器搭建光路测量纯MEHPPV薄膜、溶液在低温和室温下的光致发光光谱，并用泵浦探测的方法分别测量纯MEHPPV薄膜、MEHPPV:PCBM(1:1)掺杂薄膜在低温和室温下的光致吸收谱。得到的光谱用origin软件处理，通过观察光谱峰值及光谱的变化可以推断分子激发态的变化。
2 光谱测量技术简介
2.1 光谱学简介
光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。
通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。
根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学。这些不同种类的光谱学，从不同方面提供物质微观结构知识及不同的化学分析方法。
2.2 有机光电材料中的光激发态
基态有机分子受到光激发后，会发生电子跃迁、产生激发态。激发态分子是高能量的非稳定状态，它会在分子内和分子间产生各种电子跃迁，并伴随能量转移和衰减。由原子组成的分子，存在许多电子能级，能量较低的能级被电子填充，而能量较高的是空置轨道。最高填充能级为HOMO，最低空置能级为LUMO。当分子的电子最高能级为HOMO时，分子处于基态。在适当的光辐射下，分子中的电子可以吸收光能，由较低能级跃迁到较高能级，产生激发态分子。如适当能量的光子可将HOMO中的电子激发到LUMO，使分子处于激发态。跃迁至LUMO的电子与原来HOMO能级中形成的空穴由于库伦吸引力而相互关联，使该LUMO电子得到稳定，体系能量降低，形成光激发的第一激发态。
有机材料除了第一激发态，其他所有激发态的寿命都比较短，它们可以在皮秒时间内将能量通过内转换过程，以非辐射振动热能的方式衰减至第一激发态。第一单线态和三线态（S1和T1）是寿命较长的激发态。通常情况下，S1寿命在10-9～10-6s范围，T1寿命在10-6～20s范围。
2.2.1 有机光电材料中的光致发光原理
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