Эффективность полимерных солнечных батарей значительно повышается при использовании объемных гетеропереходов взаимопроникающих сетей электронно-донорных и электронно-акцепторных материалов. Для этой цели наиболее перспективными оказались органический сопряженный полимер, поли(3-гексилтиофен) (П3ГТ), и производным фуллерена, метиловый эфир 6,6-фенил-C₆₁-бутановой кислоты (МЭФБК). Фотоиндуцированный перенос заряда в объемных гетеропереходах П3ГТ/МЭФБК сопровождается образованием анион-радикальной пары, полярона и анион-радикала фуллерена со спинами S = 1/2, поэтому релаксационные и динамические свойства таких парамагнитных центров можно исследовать прямым методом фотоиндуцированного ЭПР (ФЭПР). Упорядоченная цепочечная структура П3ГТ может выступать центром наноструктурирования полимерных молекул в двумерные слои посредством межцепочечного выстраивания. Ранее было показано [1], что самоорганизация макромолекул при прогреве региорегулярного П3ГТ улучшает подвижность носителей заряда более чем на два порядка. Однако наноструктурирование может существенно различаться в исходном полимере и в матрице композита П3ГТ/МЭФБК из-за влияния молекул фуллерена на самоорганизацию цепей этого полимера. Целью данной работы явилось изучение влияния термической модификации композита П3ГТ/МЭФБК на динамические и кинетические свойства фотоиндуцированных в нем носителей зарядов.

Представлены результаты ФЭПР-исследования магнитных, релаксационных и динамических параметров поляронов и анион-радикалов фуллерена, индуцированных в объемном гетеропереходе исходного и прогретого при разных температурах композита П3ГТ/МЭФБК белым светом в широком (77 - 300 К) температурном диапазоне. Показано, что носители заряда в радикальной паре не взаимодействуют друг с другом и, что обуславливает их различное взаимодействие со своим микроокружением. Это позволило раздельно определить магнитные, релаксационные и динамические параметры, а также идентифицировать механизм рекомбинации и динамики обоих типов носителей заряда в объемном гетеропереходе П3ГТ/МЭФБК. Показано, что взаимодействие поляронов с решеткой определяется энергией ее фононов E_ph, в то время как вращательная диффузия фуллерена может быть описана в рамках модели Эллиота активационного переноса электрона через энергетический барьер E_b. Расчеты показали, что величины E_ph и E_b существенно уменьшаются после прогрева композита. Температурные зависимости коэффициентов диффузии рассчитывали исходя из движения поляронов вдоль и поперек полимерных цепочек, а также ротационной диффузии фуллерена. Обнаружено уменьшение анизотропии подвижности полярона после термической модификации композита. Это свидетельствует в пользу увеличения эффективной кристалличности полимерной матрицы. Прогрев композита способствует наноструктурированию объемного гетероперехода в композите П3ГТ/МЭФБК вследствие образования в нем кристаллитов полимера и фуллерена и, таким образом, улучшает электронные свойства такой пластиковой солнечной батареи.

1. Sirringhaus H., Brown P.J. et.al., Nature,1999, 401, p.685-688.