Environmental influence on light-induced processes
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden theoretische Methoden entwickelt und angewendet, die die lichtinduzierte Dynamik in organischen Funktionsmaterialien verlässlich beschreiben. Hierzu wurden bestehende Ansätze so weiterentwickelt, dass sie die in Aggregaten auftretenden Kopplungen vollständiger erfassen und weitere wichtige Umgebungseffekte berücksichtigen. Untersuchungen wurden zu Perylen-basierten Aggregaten und Kristallen durchgeführt. Zudem werden Exzitonen- und Ladungstransfer in speziell präparierten Strukturen mit unterschiedlichem Ordnungsgrad simuliert werden. Die Untersuchungen unterteilen sich in mehrere Bereiche. Durch die Entwicklung eines Aggregat-basierten Ansatzes zur Beschreibung des Verhaltens von Exzitonen gelang es uns in Kooperation mit P5, den Mechanismus der Exzimerbildung in Aggregaten und Kristallen von Perylen-basierten Systemen auf atomistischem Niveau aufzuklären. Bei den zwischen DIP und α-PTECDA auftretenden Unterschiede in den Exzitonendiffusionslängen zeigte sich, dass die sich aus der Kristallstruktur ergebenden Restriktionen dominieren. Die Unterschiede in den elektronischen Strukturen der Moleküle oder kleinen Aggregate sind dagegen kaum von Bedeutung. In weiteren Arbeiten wurden die Näherungen wurden effizientere Methoden zur Berechnung der elektronischen Effekte entwickelt, die es erlaubt, die Näherungen des Dimer-Ansatzes zu überprüfen. Hierbei konnten wir zeigen, dass alle Näherungen gerechtfertigt sind. Durch weitere sehr erfolgreiche Anwendungen gelang es uns, den Ansatz in der Community zu etablieren. Zur Berechnung und Vorhersage von Exzitonendiffusionslängen oder Ladungsträgermobilitäten erarbeiteten wir in Kooperation mit Projekt P6 (Dyakonov/Deibel) verschiedene Ansätze (Überlappungsansatz, Marcus, Levich-Jortner) und implementierten diese in das von der Arbeitsgruppe Engels entwickelte Programmpaket VAMP. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten wir z.B. erstmalig zeigen, dass auch der Marcus-Ansatz zur Beschreibung der Exzitonendiffusion verwendet werden kann, was das Design von Molekülen mit verbesserten Eigenschaften wesentlich vereinfacht. In weiteren Arbeiten wurde ein Programm entwickelt, das es erlaubt, alle an Organik-Organik-Grenzflächen ablaufenden Prozesse auf gleichem Niveau zu erfassen. Mit Hilfe dieser Simulationen konnten wir verschiedene experimentell bekannte, bislang aber unverstandene Trends erklären. Vergleiche zu gemessenen makroskopischen Daten deuten darauf hin, dass unser Ansatz die wichtigen Prozesse im Wesentlichen korrekt beschreibt. In neueren Anwendungen simulieren wir TR-SHG Messungen.
Publications
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