Theoretische Untersuchung intramolekularer Singlet-Fission

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Thoss
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310618267

Der photophysikalische Prozess der Singulettspaltung (‘Singlet-Fission’ - SF), in dem in molekularen Materialien ein Singulett-Exziton in zwei Triplett-Exzitonen aufspaltet, hat in den letzten Jahren großes Interesse gefunden, insbesondere aufgrund möglicher Anwendungen zur Überwindung der Shockley-Queisser-Effizienzgrenze von Solarzellen. Während die meisten Forschungsarbeiten bisher intermolekulare Singulettspaltung in molekularen Kristallen untersuchten, ist in jüngster Zeit intramolekulare Singulettspaltung in chemisch gebundenen Bi- oder Multi-Chromophor-Systemen in Lösungsmittelumgebung in den Fokus des Interesses gerückt. Der Prozess intramolekularer Singulettspaltung ist einerseits besonders geeignet, um ein Verständnis der Singulettspaltung auf molekularen Ebene zu erlangen, und eröffnet andererseits Möglichkeiten zur Anwendung in lösungsmittelbasierter Prozessierung photovoltaischer Elemente.Das langfristige Ziel des Projekts ist es, ein detailliertes und umfassendes Verständnis der Mechanismen intramolekularer Singulettspaltung zu erlangen. Dazu soll die photoinduzierte Dynamik SF-aktiver Moleküle simuliert und analysiert werden. Methodisch wird eine Kombination aus Ab-initio-Elektronenstrukturrechnungen, quantendynamischen Verfahren und gemischt quanten-klassischen Methoden eingesetzt werden. Zu untersuchende Aspekte umfassen die Bedeutung direkter und indirekter Wege bei der Bildung von Multiexzitonzuständen, den Einfluss vibronischer Kopplung sowie die Rolle von Spin-Mischung induziert durch Spin-Dipol-Kopplung. Außerdem soll die Dynamik von Elektronenübergängen von SF-aktiven Molekülen auf Akzeptoren untersucht werden, ein Prozess, der grundlegende Bedeutung für den möglichen Einsatz der Singulettspaltung in Solarzellen hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Kooperationspartner: Dr. Pedro B. Coto