本书聚焦有机光电材料的基本理论研究，首先从聚合物中能带、元激发(孤子、极化子)结构与运动方程出发，介绍导电聚合物的光谱与载流子传输过程，然后探讨有机聚集体的光谱和给受体复合体系中的光致电子转移过程。从唯象模型出发，给出有机光电器件的基本物理模型与数值描述，然后返回到OLED和OFET器件的微观模型，即分子激发态过程与电荷传输过程。在分子模拟的框架下对有机光伏材料从原子结构的模拟，分析相分离界面的结构/形貌对效率的影响。除了这些传统的主流器件外，还探讨了有机自旋电子学器件和有机热电器件的基本理论问题。最后，作者认为有机材料的核心问题就是载体(电荷、激子、自旋)的相干与非相干过程的竞争，这是与无机材料的最大差别，也是认识有机材料与器件特殊性能的关键所在，作者试图给出统一的描述。
样章试读
目录
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丛书序 i
前言 iii
第1章 有机高分子中的载流子动力学 001
1.1 有机高分子中的元激发及其动力学方法 001
1.1.1 有机高分子概述 001
1.1.2 物理模型简介 003
1.1.3 有机高分子中的元激发 007
1.1.4 绝热和非绝热分子动力学方法 015
1.2 载流子在电场下的运动特征 017
1.2.1 极化子在电场下的运动和呼吸子 017
1.2.2 电子-电子相互作用对极化子运动的影响 021
1.2.3 双极化子的动力学生成和运动特性 023
1.2.4 极化子激发态的形成、运动及解体 025
1.3 光致载流子产生及载流子的光诱导现象 027
1.3.1 光激发态动力学及荷电载流子产生 027
1.3.2 光控载流子自旋翻转 031
1.3.3 光致自旋载流子电荷翻转 033
1.3.4 光诱导极化反转 035
1.4 有机高分子中激子相关的动力学过程 038
1.4.1 正负极化子对复合形成激子的动力学过程 038
1.4.2 正负双极化子对复合的动力学过程 042
1.4.3 极化子与三重态激子的碰撞复合及转化的动力学过程 045
1.4.4 激子-激子复合的动力学过程 049
参考文献 053
第2章 有机材料的光谱与电子转移理论 058
2.1 引言 058
2.2 有机分子材料吸收和发射光谱 060
2.2.1 含时微扰理论 060
2.2.2 吸收和发射光谱的时间相关函数表示 062
2.2.3 有机体系的吸收和发射光谱 067
2.2.4 香豆素343 分子异构体的电子吸收、发射光谱理论预测 074
2.3 弱电子耦合强度下的电子转移速率理论 082
2.3.1 速率常数的一般表达式 083
2.3.2 Condon近似 085
2.3.3 非Condon效应 086
2.4 从弱到强电子耦合下的电子转移速率理论 094
2.4.1 非绝热过渡态理论 095
2.4.2 类Kramers量子理论 099
2.4.3 扩展的Sumi-Marcus理论 102
2.5 结论 104
参考文献 105
第3章 有机光电材料的器件物理 114
3.1 引言 114
3.1.1 光电效应 115
3.1.2 有机光电材料 115
3.2 有机材料的电荷和激发态 119
3.2.1 分子轨道 119
3.2.2 从单电子轨道到多电子态 121
3.2.3 单重态和三重态 123
3.2.4 分子态之间的转变 126
3.3 有机光电的转换过程 128
参考文献 129
第4章 激发态与有机发光理论 131
4.1 引言 131
4.2 有机分子激发态 132
4.2.1 激发态的产生 132
4.2.2 激发态的性质 132
4.2.3 激发态的转化与衰减 134
4.3 态跃迁速率理论 136
4.3.1 基本原理和模型 137
4.3.2 吸收和发射光谱理论 141
4.3.3 单分子的无辐射跃迁速率理论 144
4.3.4 激子的无辐射跃迁速率理论 146
4.4 算例及应用 152
4.4.1 有机发光体系的吸收和发射光谱 152
4.4.2 有机发光体系的激发态衰减速率 158
4.5 总结与展望 163
参考文献 164
第5章 有机场效应与局域电荷的核隧穿理论 168
5.1 引言 168
5.2 有机场效应晶体管 169
5.3 有机材料电子结构与电荷传输性质的关系 171
5.3.1 有机材料电子结构 171
5.3.2 电子结构与电荷注入 172
5.3.3 转移积分与堆积结构 173
5.3.4 静态及动态无序 174
5.3.5 重组能 177
5.4 有机半导体电荷传输模型 180
5.4.1 能带模型 180
5.4.2 极化子模型——含时波包扩散理论 182
5.4.3 跳跃模型——Marcus电子转移理论 184
5.4.4 跳跃模型——核隧穿理论 185
5.5 电荷局域尺度与电荷传输模型的应用 188
5.5.1 局域电荷图像下核隧穿理论的应用 189
5.5.2 核隧穿理论与电荷迁移率预测 192
5.5.3 含时波包扩散预测电荷迁移率 195
5.6 电荷传输模型与同位素效应 201
5.6.1 基于能带模型的同位素效应 202
5.6.2 基于跳跃模型的同位素效应 203
参考文献 207
第6章 有机光伏材料的模拟——形貌、界面与能量转换 211
6.1 有机光伏简介 211
6.1.1 有机光伏器件及材料的发展 211
6.1.2 有机光伏的基本电子过程及相关理论问题 216
6.2 有机光伏形貌模拟 218
6.2.1 有机光伏形貌的模拟方法和策略 219
6.2.2 有机光伏局域界面形貌的研究 225
6.2.3 溶剂蒸发速率及热退火处理的研究 227
6.3 有机光伏界面的激发态电子转移过程 229
6.3.1 有机光伏给受体界面激发态的电子转移理论方法 229
6.3.2 有机给受体界面构型影响的研究 230
6.3.3 高能级电荷转移态的研究 231
6.3.4 有机给受体界面电子态离域性的研究 232
6.4 有机光伏器件物理及性能的模拟 233
6.4.1 光伏器件效率及其细致平衡极限(Shockley-Queisser极限) 233
6.4.2 器件尺度模拟方法 238
6.4.3 有机光伏器件性能的模拟研究 246
6.4.4 突破Shockley-Queisser极限的材料及器件结构设计 257
参考文献 257
第7章 有机材料的自旋注入与输运 268
7.1 引言 268
7.2 有机自旋阀 273
7.2.1 有机自旋阀效应 273
7.2.2 石墨烯和碳纳米管自旋注入与输运 276
7.2.3 有机自旋隧穿理论 277
7.2.4 有机自旋注入与输运宏观理论 279
7.3 有机磁场效应 285
7.3.1 有机磁场效应实验 285
7.3.2 有机磁场效应理论 289
7.4 有机激发铁磁性 301
7.5 有机自旋流 308
7.6 有机自旋器件展望 312
参考文献 314
第8章 有机热电材料的理论研究进展 321
8.1 引言 321
8.2 有机热电材料研究的理论方法进展 323
8.2.1 玻尔兹曼电输运理论 323
8.2.2 电子-声子散射的形变势模型 326
8.2.3 带电杂质散射的Brooks-Herring方案 328
8.3 掺杂对聚合物热电材料PEDOT热电性能的影响 328
8.3.1 计算细节 329
8.3.2 结果与讨论 330
8.3.3 小结 342
8.4 聚合物热电材料热输运性质的调控 343
8.4.1 计算细节 343
8.4.2 结果与讨论 347
8.4.3 小结 357
8.5 总结与展望 358
参考文献 358
第9章 有机材料中电荷/自旋的相干及非相干动力学 365
9.1 电荷输运过程中的退相干和能量弛豫 366
9.1.1 有机晶体中的电荷输运和量子-经典模型 366
9.1.2 引入退相干机制的动力学过程 369
9.1.3 近平衡过程与电荷的能量弛豫 371
9.1.4 荷电载流子的漂移运动 374
9.2 电荷非相干与自旋相干的杂化过程 379
9.2.1 有机磁电阻效应及理论模型介绍 380
9.2.2 有机材料中的电荷与自旋退相干时间 383
9.2.3 电荷非相干与自旋相干的杂化模型 384
9.2.4 自旋退相干调制的电荷跃迁：磁电阻效应 386
9.3 激子单重态裂分的相干动力学 390
9.3.1 单重态裂分与太阳电池效率 391
9.3.2 双分子的激子-电荷转移态杂化模型 392
9.3.3 局域与非局域声子的影响 393
9.3.4 多分子中的单重态裂分及退局域化 396
参考文献 397
索引 399
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