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有機光電材料理論與計算 版權信息
- ISBN：9787030664624
- 條形碼：9787030664624 ; 978-7-03-066462-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
有機光電材料理論與計算 內容簡介
本書聚焦有機光電材料的基本理論研究, 首先從聚合物中能帶、元激發 (孤子、極化子) 結構與運動方程出發, 介紹導電聚合物的光譜與載流子傳輸過程, 然后探討有機聚集體的光譜和給受體復合體系中的光致電子轉移過程。從唯象模型出發, 給出有機光電器件的基本物理模型與數值描述, 然后返回到OLED和OFET器件的微觀模型, 即分子激發態過程與電荷傳輸過程。在分子模擬的框架下對有機光伏材料從原子結構的模擬, 分析相分離界面的結構/形貌對效率的影響。除了這些傳統的主流器件外, 還探討了有機自旋電子學器件和有機熱電器件的基本理論問題。
有機光電材料理論與計算 目錄
目錄
叢書序 i
前言 iii
第1章 有機高分子中的載流子動力學 001
1.1 有機高分子中的元激發及其動力學方法 001
1.1.1 有機高分子概述 001
1.1.2 物理模型簡介 003
1.1.3 有機高分子中的元激發 007
1.1.4 絕熱和非絕熱分子動力學方法 015
1.2 載流子在電場下的運動特征 017
1.2.1 極化子在電場下的運動和呼吸子 017
1.2.2 電子-電子相互作用對極化子運動的影響 021
1.2.3 雙極化子的動力學生成和運動特性 023
1.2.4 極化子激發態的形成、運動及解體 025
1.3 光致載流子產生及載流子的光誘導現象 027
1.3.1 光激發態動力學及荷電載流子產生 027
1.3.2 光控載流子自旋翻轉 031
1.3.3 光致自旋載流子電荷翻轉 033
1.3.4 光誘導極化反轉 035
1.4 有機高分子中激子相關的動力學過程 038
1.4.1 正負極化子對復合形成激子的動力學過程 038
1.4.2 正負雙極化子對復合的動力學過程 042
1.4.3 極化子與三重態激子的碰撞復合及轉化的動力學過程 045
1.4.4 激子-激子復合的動力學過程 049
參考文獻 053
第2章 有機材料的光譜與電子轉移理論 058
2.1 引言 058
2.2 有機分子材料吸收和發射光譜 060
2.2.1 含時微擾理論 060
2.2.2 吸收和發射光譜的時間相關函數表示 062
2.2.3 有機體系的吸收和發射光譜 067
2.2.4 香豆素343 分子異構體的電子吸收、發射光譜理論預測 074
2.3 弱電子耦合強度下的電子轉移速率理論 082
2.3.1 速率常數的一般表達式 083
2.3.2 Condon近似 085
2.3.3 非Condon效應 086
2.4 從弱到強電子耦合下的電子轉移速率理論 094
2.4.1 非絕熱過渡態理論 095
2.4.2 類Kramers量子理論 099
2.4.3 擴展的Sumi-Marcus理論 102
2.5 結論 104
參考文獻 105
第3章 有機光電材料的器件物理 114
3.1 引言 114
3.1.1 光電效應 115
3.1.2 有機光電材料 115
3.2 有機材料的電荷和激發態 119
3.2.1 分子軌道 119
3.2.2 從單電子軌道到多電子態 121
3.2.3 單重態和三重態 123
3.2.4 分子態之間的轉變 126
3.3 有機光電的轉換過程 128
參考文獻 129
第4章 激發態與有機發光理論 131
4.1 引言 131
4.2 有機分子激發態 132
4.2.1 激發態的產生 132
4.2.2 激發態的性質 132
4.2.3 激發態的轉化與衰減 134
4.3 態躍遷速率理論 136
4.3.1 基本原理和模型 137
4.3.2 吸收和發射光譜理論 141
4.3.3 單分子的無輻射躍遷速率理論 144
4.3.4 激子的無輻射躍遷速率理論 146
4.4 算例及應用 152
4.4.1 有機發光體系的吸收和發射光譜 152
4.4.2 有機發光體系的激發態衰減速率 158
4.5 總結與展望 163
參考文獻 164
第5章 有機場效應與局域電荷的核隧穿理論 168
5.1 引言 168
5.2 有機場效應晶體管 169
5.3 有機材料電子結構與電荷傳輸性質的關系 171
5.3.1 有機材料電子結構 171
5.3.2 電子結構與電荷注入 172
5.3.3 轉移積分與堆積結構 173
5.3.4 靜態及動態無序 174
5.3.5 重組能 177
5.4 有機半導體電荷傳輸模型 180
5.4.1 能帶模型 180
5.4.2 極化子模型——含時波包擴散理論 182
5.4.3 跳躍模型——Marcus電子轉移理論 184
5.4.4 跳躍模型——核隧穿理論 185
5.5 電荷局域尺度與電荷傳輸模型的應用 188
5.5.1 局域電荷圖像下核隧穿理論的應用 189
5.5.2 核隧穿理論與電荷遷移率預測 192
5.5.3 含時波包擴散預測電荷遷移率 195
5.6 電荷傳輸模型與同位素效應 201
5.6.1 基于能帶模型的同位素效應 202
5.6.2 基于跳躍模型的同位素效應 203
參考文獻 207
第6章 有機光伏材料的模擬——形貌、界面與能量轉換 211
6.1 有機光伏簡介 211
6.1.1 有機光伏器件及材料的發展 211
6.1.2 有機光伏的基本電子過程及相關理論問題 216
6.2 有機光伏形貌模擬 218
6.2.1 有機光伏形貌的模擬方法和策略 219
6.2.2 有機光伏局域界面形貌的研究 225
6.2.3 溶劑蒸發速率及熱退火處理的研究 227
6.3 有機光伏界面的激發態電子轉移過程 229
6.3.1 有機光伏給受體界面激發態的電子轉移理論方法 229
6.3.2 有機給受體界面構型影響的研究 230
6.3.3 高能級電荷轉移態的研究 231
6.3.4 有機給受體界面電子態離域性的研究 232
6.4 有機光伏器件物理及性能的模擬 233
6.4.1 光伏器件效率及其細致平衡極限(Shockley-Queisser極限) 233
6.4.2 器件尺度模擬方法 238
6.4.3 有機光伏器件性能的模擬研究 246
6.4.4 突破Shockley-Queisser極限的材料及器件結構設計 257
參考文獻 257
第7章 有機材料的自旋注入與輸運 268
7.1 引言 268
7.2 有機自旋閥 273
7.2.1 有機自旋閥效應 273
7.2.2 石墨烯和碳納米管自旋注入與輸運 276
7.2.3 有機自旋隧穿理論 277
7.2.4 有機自旋注入與輸運宏觀理論 279
7.3 有機磁場效應 285
7.3.1 有機磁場效應實驗 285
7.3.2 有機磁場效應理論 289
7.4 有機激發鐵磁性 301
7.5 有機自旋流 308
7.6 有機自旋器件展望 312
參考文獻 314
第8章 有機熱電材料的理論研究進展 321
8.1 引言 321
8.2 有機熱電材料研究的理論方法進展 323
8.2.1 玻爾茲曼電輸運理論 323
8.2.2 電子-聲子散射的形變勢模型 326
8.2.3 帶電雜質散射的Brooks-Herring方案 328
8.3 摻雜對聚合物熱電材料PEDOT熱電性能的影響 328
8.3.1 計算細節 329
8.3.2 結果與討論 330
8.3.3 小結 342
8.4 聚合物熱電材料熱輸運性質的調控 343
8.4.1 計算細節 343
8.4.2 結果與討論 347
8.4.3 小結 357
8.5 總結與展望 358
參考文獻 358
第9章 有機材料中電荷/自旋的相干及非相干動力學 365
9.1 電荷輸運過程中的退相干和能量弛豫 366
9.1.1 有機晶體中的電荷輸運和量子-經典模型 366
9.1.2 引入退相干機制的動力學過程 369
9.1.3 近平衡過程與電荷的能量弛豫 371
9.1.4 荷電載流子的漂移運動 374
9.2 電荷非相干與自旋相干的雜化過程 379
9.2.1 有機磁電阻效應及理論模型介紹 380
9.2.2 有機材料中的電荷與自旋退相干時間 383
9.2.3 電荷非相干與自旋相干的雜化模型 384
9.2.4 自旋退相干調制的電荷躍遷：磁電阻效應 386
9.3 激子單重態裂分的相干動力學 390
9.3.1 單重態裂分與太陽電池效率 391
9.3.2 雙分子的激子-電荷轉移態雜化模型 392
9.3.3 局域與非局域聲子的影響 393
9.3.4 多分子中的單重態裂分及退局域化 396
參考文獻 397
索引 399
叢書序 i
前言 iii
第1章 有機高分子中的載流子動力學 001
1.1 有機高分子中的元激發及其動力學方法 001
1.1.1 有機高分子概述 001
1.1.2 物理模型簡介 003
1.1.3 有機高分子中的元激發 007
1.1.4 絕熱和非絕熱分子動力學方法 015
1.2 載流子在電場下的運動特征 017
1.2.1 極化子在電場下的運動和呼吸子 017
1.2.2 電子-電子相互作用對極化子運動的影響 021
1.2.3 雙極化子的動力學生成和運動特性 023
1.2.4 極化子激發態的形成、運動及解體 025
1.3 光致載流子產生及載流子的光誘導現象 027
1.3.1 光激發態動力學及荷電載流子產生 027
1.3.2 光控載流子自旋翻轉 031
1.3.3 光致自旋載流子電荷翻轉 033
1.3.4 光誘導極化反轉 035
1.4 有機高分子中激子相關的動力學過程 038
1.4.1 正負極化子對復合形成激子的動力學過程 038
1.4.2 正負雙極化子對復合的動力學過程 042
1.4.3 極化子與三重態激子的碰撞復合及轉化的動力學過程 045
1.4.4 激子-激子復合的動力學過程 049
參考文獻 053
第2章 有機材料的光譜與電子轉移理論 058
2.1 引言 058
2.2 有機分子材料吸收和發射光譜 060
2.2.1 含時微擾理論 060
2.2.2 吸收和發射光譜的時間相關函數表示 062
2.2.3 有機體系的吸收和發射光譜 067
2.2.4 香豆素343 分子異構體的電子吸收、發射光譜理論預測 074
2.3 弱電子耦合強度下的電子轉移速率理論 082
2.3.1 速率常數的一般表達式 083
2.3.2 Condon近似 085
2.3.3 非Condon效應 086
2.4 從弱到強電子耦合下的電子轉移速率理論 094
2.4.1 非絕熱過渡態理論 095
2.4.2 類Kramers量子理論 099
2.4.3 擴展的Sumi-Marcus理論 102
2.5 結論 104
參考文獻 105
第3章 有機光電材料的器件物理 114
3.1 引言 114
3.1.1 光電效應 115
3.1.2 有機光電材料 115
3.2 有機材料的電荷和激發態 119
3.2.1 分子軌道 119
3.2.2 從單電子軌道到多電子態 121
3.2.3 單重態和三重態 123
3.2.4 分子態之間的轉變 126
3.3 有機光電的轉換過程 128
參考文獻 129
第4章 激發態與有機發光理論 131
4.1 引言 131
4.2 有機分子激發態 132
4.2.1 激發態的產生 132
4.2.2 激發態的性質 132
4.2.3 激發態的轉化與衰減 134
4.3 態躍遷速率理論 136
4.3.1 基本原理和模型 137
4.3.2 吸收和發射光譜理論 141
4.3.3 單分子的無輻射躍遷速率理論 144
4.3.4 激子的無輻射躍遷速率理論 146
4.4 算例及應用 152
4.4.1 有機發光體系的吸收和發射光譜 152
4.4.2 有機發光體系的激發態衰減速率 158
4.5 總結與展望 163
參考文獻 164
第5章 有機場效應與局域電荷的核隧穿理論 168
5.1 引言 168
5.2 有機場效應晶體管 169
5.3 有機材料電子結構與電荷傳輸性質的關系 171
5.3.1 有機材料電子結構 171
5.3.2 電子結構與電荷注入 172
5.3.3 轉移積分與堆積結構 173
5.3.4 靜態及動態無序 174
5.3.5 重組能 177
5.4 有機半導體電荷傳輸模型 180
5.4.1 能帶模型 180
5.4.2 極化子模型——含時波包擴散理論 182
5.4.3 跳躍模型——Marcus電子轉移理論 184
5.4.4 跳躍模型——核隧穿理論 185
5.5 電荷局域尺度與電荷傳輸模型的應用 188
5.5.1 局域電荷圖像下核隧穿理論的應用 189
5.5.2 核隧穿理論與電荷遷移率預測 192
5.5.3 含時波包擴散預測電荷遷移率 195
5.6 電荷傳輸模型與同位素效應 201
5.6.1 基于能帶模型的同位素效應 202
5.6.2 基于跳躍模型的同位素效應 203
參考文獻 207
第6章 有機光伏材料的模擬——形貌、界面與能量轉換 211
6.1 有機光伏簡介 211
6.1.1 有機光伏器件及材料的發展 211
6.1.2 有機光伏的基本電子過程及相關理論問題 216
6.2 有機光伏形貌模擬 218
6.2.1 有機光伏形貌的模擬方法和策略 219
6.2.2 有機光伏局域界面形貌的研究 225
6.2.3 溶劑蒸發速率及熱退火處理的研究 227
6.3 有機光伏界面的激發態電子轉移過程 229
6.3.1 有機光伏給受體界面激發態的電子轉移理論方法 229
6.3.2 有機給受體界面構型影響的研究 230
6.3.3 高能級電荷轉移態的研究 231
6.3.4 有機給受體界面電子態離域性的研究 232
6.4 有機光伏器件物理及性能的模擬 233
6.4.1 光伏器件效率及其細致平衡極限(Shockley-Queisser極限) 233
6.4.2 器件尺度模擬方法 238
6.4.3 有機光伏器件性能的模擬研究 246
6.4.4 突破Shockley-Queisser極限的材料及器件結構設計 257
參考文獻 257
第7章 有機材料的自旋注入與輸運 268
7.1 引言 268
7.2 有機自旋閥 273
7.2.1 有機自旋閥效應 273
7.2.2 石墨烯和碳納米管自旋注入與輸運 276
7.2.3 有機自旋隧穿理論 277
7.2.4 有機自旋注入與輸運宏觀理論 279
7.3 有機磁場效應 285
7.3.1 有機磁場效應實驗 285
7.3.2 有機磁場效應理論 289
7.4 有機激發鐵磁性 301
7.5 有機自旋流 308
7.6 有機自旋器件展望 312
參考文獻 314
第8章 有機熱電材料的理論研究進展 321
8.1 引言 321
8.2 有機熱電材料研究的理論方法進展 323
8.2.1 玻爾茲曼電輸運理論 323
8.2.2 電子-聲子散射的形變勢模型 326
8.2.3 帶電雜質散射的Brooks-Herring方案 328
8.3 摻雜對聚合物熱電材料PEDOT熱電性能的影響 328
8.3.1 計算細節 329
8.3.2 結果與討論 330
8.3.3 小結 342
8.4 聚合物熱電材料熱輸運性質的調控 343
8.4.1 計算細節 343
8.4.2 結果與討論 347
8.4.3 小結 357
8.5 總結與展望 358
參考文獻 358
第9章 有機材料中電荷/自旋的相干及非相干動力學 365
9.1 電荷輸運過程中的退相干和能量弛豫 366
9.1.1 有機晶體中的電荷輸運和量子-經典模型 366
9.1.2 引入退相干機制的動力學過程 369
9.1.3 近平衡過程與電荷的能量弛豫 371
9.1.4 荷電載流子的漂移運動 374
9.2 電荷非相干與自旋相干的雜化過程 379
9.2.1 有機磁電阻效應及理論模型介紹 380
9.2.2 有機材料中的電荷與自旋退相干時間 383
9.2.3 電荷非相干與自旋相干的雜化模型 384
9.2.4 自旋退相干調制的電荷躍遷：磁電阻效應 386
9.3 激子單重態裂分的相干動力學 390
9.3.1 單重態裂分與太陽電池效率 391
9.3.2 雙分子的激子-電荷轉移態雜化模型 392
9.3.3 局域與非局域聲子的影響 393
9.3.4 多分子中的單重態裂分及退局域化 396
參考文獻 397
索引 399
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