В последние годы наблюдается рост интереса к электронным процессам, протекающим в объемных гетеропереходах, образованных поли(3-алкилтиофенами) (П3АТ) и производным фуллерена, метиловым эфиром 6,6-фенил-C₆₁-бутановой кислоты (МЭФБК), из-за перспективности использования композита П3АТ/МЭФБК в молекулярной электронике и фотонике. Облучение этой системы видимым светом инициирует перенос электрона с полимерной цепи на молекулу фуллерена, сопровождающийся образованием парамагнитных полярона P^+o и анион-радикала фуллерена C₆₁^-o. Представляется вполне очевидным, что эффективность преобразования энергии такими солнечными батареями должна зависеть от динамических свойств парамагнитных центров. В настоящем сообщении обсуждаются первые результаты исследования методом светоиндуцированного ЭПР (СЭПР) композитов П3АТ/МЭФБК с гексильным (П3ГТ) и додецильным (П3ДДТ) алкильными заместителями, облученных лучом лазера с энергией фотонов 1.8 - 3.4 эВ при 77 - 200 K.

СЭПР спектры радикальных пар, фотоиндуцированные в системе П3АТ/МЭФБК непосредственно в резонаторе спектрометра, состоят из двух линий с g₁ = 2.0023 и g₂ = 2.0001, отнесенных к полярону P^+o и анион-радикалу фуллерена C₆₁^-o, соответственно. При T > 180 K эти радикалы рекомбинируют со скоростью, зависящей от энергии фотонов лазера. Показано, что гибель долгоживущих радикальных пар, фотоиндуцированных в композитах П3АТ/МЭФБК, существенно зависит от расстояния между фотоиндуцированными носителями заряда. Долгое время жизни определяется в основном значительным расстоянием, образующимся между остальными фотоиндуцированными носителями заряда, которые не успели аннигилировать за более короткое время.

Спектры обоих радикалов уширяются при увеличении СВЧ поля в резонаторе спектрометра. Это позволило определить методом непрерывного насыщения оба времени их спин-решеточной и спин-спиновой релаксации. Диффузия поляронов вдоль и между полимерными цепями, а также вращательная диффузия ион-радикалов фуллерена ускоряет электронную релаксацию обоих спиновых ансамблей и позволяет раздельно определить все параметры всех динамических процессов. Показано, что динамика обоих фотоиндуцированных носителей заряда может быть описана в рамках их активационных скачков через энергетический барьер E_b.

Анализ показал, что увеличение энергии фотонов от 1.88 эВ до 2.22 эВ и затем до 2.75 эВ приводит к уменьшению величины E_b поляронов, фотоиндуцированных в композите П3ДДТ/МЭФБК, с 65 мэВ до 44 мэВ и последующему увеличению до 95 мэВ. В то же время эта величина, определенная для молекул фуллерена, уменьшается монотонно с 24 мэВ до 9 мэВ и затем до 6 мэВ. Эти же энергетические параметры, полученные для композита П3ГТ/МЭФБК, характеризуются экстремальной зависимостью от энергии фотонов вблизи 2.0 и 3.1 эВ. Такой эффект может быть вызван образованием носителей заряда в гетерогенных областях этого композита. Неоднородная упорядоченность таких доменов вызывает разброс энергий их запрещенных зон и, таким образом, их разную чувствительность к фотонам с определенной, но различной энергией. Температурный отжиг увеличивает размерность (кристалличность) П3ГТ/МЭФБК из-за образования в нем кристаллитов полимера и кластеров фуллерена и поэтому улучшает основные электронные свойства пластиковых солнечных батарей. Обсуждается стратегия создания пластиковых солнечных батарей с оптимальными энергетическими параметрами.