Dépendance de l'énergie de liaison des excitons à la bande interdite des semi-conducteurs organiques

Les excitons fortement liés affectent de manière cruciale le fonctionnement des dispositifs optoélectroniques organiques. Néanmoins, des données expérimentales précises sur l'énergie de liaison des excitons des semi-conducteurs organiques font défaut. Dans cette étude, nous déterminons l'énergie de liaison des excitons comme la différence entre les bandes interdites optiques et de transport avec une précision de 0,1 eV. En particulier, les affinités électroniques avec une précision supérieure à 0,05 eV déterminées par spectroscopie de photoélectrons inversée à basse énergie nous permettent de déterminer la bande de transport et les énergies de liaison des excitons avec une telle haute précision. À travers une comparaison systématique d'un large éventail de semi-conducteurs organiques, y compris 42 matériaux de cellules solaires organiques (15 accepteurs non fulleréniques, 4 accepteurs fulleréniques, 13 polymères à faible bande interdite, 7 matériaux de diode électroluminescente organique et 3 matériaux cristallins), nous avons trouvé que l'énergie de liaison des excitons représente un quart de la bande de transport, quel que soit le matériau. Nous interprétons cette relation inattendue à partir d'un modèle de type atome d'hydrogène, c'est-à-dire les niveaux d'énergie quantifiés dans un potentiel de Coulomb entre les charges positives et négatives.