Assessing Zethrene Derivatives as Singlet Fission Candidates Based on Multiple Descriptors
Assessing Zethrene Derivatives as Singlet Fission Candidates Based on Multiple Descriptors
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基于多个描述符评估二乙烯衍生物作为单线态裂变候选者
DOI：
10.1021/acs.jpcc.0c08160
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Marom, Noa
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu, Xingyu;Tom, Rithwik;Gao, Siyu;Marom, Noa
单线态裂变（SF）是一个单线态激子分裂成两个三线态激子的过程。利用SF可以潜在地将太阳能电池的效率提高到超过Shockley-Queisser极限。为了发现新的SF材料，需要SF性能的预测描述符。我们考虑多个描述符来评估几个zethrene衍生物作为候选材料的分子间SF在固态。描述符包括单分子多自由基字符，多体微扰理论计算的热力学驱动力SF和单线态激子的电荷转移字符在晶体中，和动力学模型的基础上提取的分子二聚体的晶体结构。将zethrenes与已知相对于这些描述符表现出SF的并苯进行比较。结果表明，所有的zethrene和heptazethrene衍生物在这里研究可能会显示SF。特别是7，14-双（2，4，6-三甲基苯基）二苯并[de，mn]并四苯（Z-T）是一个很有前途的候选化合物。它的SF驱动力高于并四苯，并四苯的裂变过程稍微吸热，但低于并五苯。它的单重态激子电荷转移特性接近并五苯，并且它的晶体堆积导致比其它的zethrene衍生物更高的SF率。因此，它可以以高能量效率经历快速SF。考虑多个描述符的方法可能有助于评估SF的其他候选材料。
Singlet fission (SF) is a process where one singlet exciton splits into two triplet excitons. Utilizing SF may potentially increase the efficiency of solar cells beyond the Shockley–Queisser limit. To discover new SF materials, predictive descriptors for SF performance are needed. We consider multiple descriptors to assess several zethrene derivatives as candidate materials for intermolecular SF in the solid state. The descriptors include single molecule multiradical characters, many-body perturbation theory calculations of the thermodynamic driving force for SF and the singlet exciton charge transfer character in crystals, and a kinetic model based on molecular dimers extracted from the crystal structures. The zethrenes are compared to acenes known to exhibit SF with respect to these descriptors. The results indicate that all zethrene and heptazethrene derivatives studied here may exhibit SF. In particular, 7,14-bis(2,4,6-trimethylphenyl)dibenzo[de,mn]naphthacene (Z-T) emerges as a promising candidate. Its SF driving force is higher than tetracene, whose fission process is slightly endoergic, but lower than pentacene. Its singlet exciton charge transfer character is close to pentacene, and its crystal packing leads to a higher SF rate than other zethrene derivatives. Therefore, it may undergo fast SF with high energy efficiency. The approach of considering multiple descriptors may be useful for evaluating additional candidate materials for SF.
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