Органические донорно-акцепторные композиты привлекают внимание как перспективные материалы для создания различных молекулярных устройств, таких как полевые транзисторы, коммутаторы, датчики и фотоэлектронные элементы. Функциональность и эффективность таких устройств в значительной степени зависят от структуры используемых в них ингредиентов. Фотоэлементы обычно изготавливаются из полимерной матрицы и аллотропов углерода, прежде всего фуллерена, и других малых молекул. При облучении светом в таких объемных гетеропереходах (ОГП) образуются экситоны, которые могут диссоциировать на положительно заряженные поляроны на полимерных цепях и отрицательно заряженные анионы фуллерена, расположенные между полимерными цепями. В настоящее время предпринимаются активные усилия для исследования взаимосвязи морфологии ОГП и электронными свойствами молекулярных устройств с полимерными и сополимерными матрицами. Поли(3-алкилтиофены) (P3AT) и другие сопряженные полимеры проявляют полиморфную структуру, поскольку они состоят из аморфной разупорядоченной фазы и агрегированной фазы с относительно упорядоченными кристаллическими областями. Среди P3AT региорегулярный поли(3-додецилтиофен) (P3DDT) характеризуется удлиненными боковыми алкильными заместителями. Они действуют как изолирующие оболочки его π-сопряженных цепей и, следовательно, более эффективно ослабляют взаимодействие обоих носителей заряда со своим микроокружением. Улучшение проводящих свойств в таких органических фотовольтаических системах может быть достигнуто путем их модификации различными углеродными аллотропами, например, нанотрубками, графеном, а также малыми 2D- углеводородными молекулами.

Ранее нами было показано, что введение оптимального количества (весовых 3-6%) молекул 1,2-бензопирона или 2,5-дифенилоксазола в композиты, образованные метанофуллереном PC₆₁BM с P3DDT [1] или PBDB-T [2], уменьшает число локализованных носителей заряда, увеличивает количество подвижных носителей, их стабильность и обменное π-π-взаимодействие. Было предположено, что это могло произойти вследствие существенного упорядочения матрицы образца при его допировании. Было показано, что концентрация, состав и динамика носителей спинового заряда определяются не только модификацией композита малыми молекулами, но и количеством, пространственным распределением и энергетической глубиной спиновых ловушек, образующихся в неупорядоченной полимерной матрице, а также энергией инициирующих фотонов.

В настоящей работе представлены результаты сравнительного исследования методом светоиндуцированного ЭПР процессов инициирования спиновых носителей заряда фотонами различной энергии, их релаксации, динамики и рекомбинации в композите P3DDT:PC₆₁BM при его слабом допировании простейшими антраценами. Использование таких молекул с сопряженной и плоской структурой в качестве добавок, как ожидалось,должно усилить межмолекулярное π-π-взаимодействие в композите и, таким образом, улучшить его упорядочение и энергопреобразующие свойства. Проведенные исследования позволили установить корреляции, связывающие основные спектральные параметры спиновых носителей заряда со структурой, составом исследуемых образцов, а также энергией инициирующих световых фотонов. Был сделан вывод о ключевой роли степени сопряженности малых молекул в структурировании исходного полимерного композита, что улучшает его энергопреобразующую функциональность за счет более высокой стабильности спиновых носителей заряда.

Работа выполнена в рамках Государственного задания, номер Госреги-страции № АААА-А19-119032690060-9 при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, грант № 18-29-20011-мк.

[1] Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N., Bogatyrenko V.R., 2020, Synth. Met. 267, 116462.
[2] Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N., Konkin A.A., Ritter U., Bogatyrenko V.R., Konkin A.L., 2021, J. Phys. Chem.C. 125. 12224-12240.