Energy‐Dependent Excitonic Injection of Charge into Anthracene Crystals

Abstract

Steady-state exciton-injection currents (EIC) as a function of electric field and temperature are measured in anthracene crystals upon energy-selective excitation within the So + S, transition. The current for each given absorption coefficient decreases as the excitation energy (ho) passes through the high-energy wing and is swept downward the low-energy wing (Urbach tail) of the absorption band, demonstrating that the flux of excitons reaching the injecting contact is energy dependent. The maximum absorption at the So + S, 0-0 transition establishes a demarcation energy ha,. Above hw, only diffusion of mobile (band) excitons (S) is an injection-determining process, below faw, thermal activation of localized states (SJ becomes an unavoidable step in the S-exciton creation process, diminishing the effective flux of S-excitons reaching the contact. An analysis of the dependence of the activation energy on the localization energy hw, -hm of primarily excited S, states indicates that EIC are the sum of a singlet exciton-injection contribution and a triplet exciton-injection contribution, the triplets being produced via intersystem crossing transitions from S and S, states. A theoretical description of excitonic processes underlying charge injection is presented and applied to the experimental results. Agreement between theoretical predictions and experiment is good if the frequency factor for the thermally activated S , -+ S excitation is assumed to be z lo9 s -'.Stationare Exzitoneninjektionsstrome (EIC) werden in Abhangigkeit vom e1ektri:chen Feld und der Ternperatur in Anthrazenkristallen unter energieselektiver Anregung im So .+ S,-Ubergang gemessen. Fur jeden vorgegebenen Absorptionskoeffizienten nimmt der Strom ab, wenn die .Anregungsenergie ho im hochenergetischen oder im niederenergetischen (Urbach-Auslauier) Fliigel des Absorptionsbandes liegt, was zeigt, dalj der den injizierenden Kontakt erreichende Exzitonenflu5 energieabhangig ist. Das Absorptionsmaximum am 0-0 So -+ S,-ubergang legt eine Energiemarkierung hoo fest. Oberhalb hw, bestimmt nur die Diffusion beweglicher (Band)-Exzitonen S den Injektionsprozelj, unterhalb hw, ist thermische Aktivierung von lokalisierten Zustanden S, ein unausweichlicher Schritt im Prozelj der S-Elektronenbildung, wodurch der effektive Flu13 der den Kontakt erreichenden S-Exzitonen verringert wird. Eine Analyse der Abhangigkeit der Aktivierungsenergie von der Lokalisierungsenergie hwo -hw der primar angeregten S,-Zustande zeigt, dalj die EIC sich aus einem Singulett-und einem Triplett-Exzitoninjektionsanteil zusammensetzen, dabei entstehen die Triplets durch Intersystem-Crossing aus S und S,-Zustlnden. Die der Ladungsinjektion zugrundeliegenden Exzitonenprozesse werden theoretisch beschrieben und auf experimentelle Ergebnisse bezogen. Die obereinstimmung von Theorie und Experiment ist gut, wenn der Frequenzfaktor fur die thermisch aktivierte S, + S-Anregung zu z lo9 s -l angenommen wird.

Currents and photocurrents in organic materials determined by the interface phenomena

“…E ex and E g denote exciton energy and band gap energy in organic material, respectively. Hole injection into organic material is possible by tunneling of an electron from distance x [31,32]. After electron tunneling to free states in metal electrode or to some acceptors in nonmetallic electrode (eq.…”