中文摘要：

研究有机光电材料中的载流子传输机理，对于揭示实验现象本质以及设计高迁移率的有机光电材料具有重要的指导作用。Marcus电荷转移速率理论及Holstein-Peierls模型是描述有机光电材料载流子传输的两种极端模型，前者是弱电子耦合极限下的经典理论，后者忽略了热涨落效应。本项目根据流相关函数形式的电荷转移速率理论，采用虚时路径积分方法，建立适用于强电子耦合的量子电荷转移速率方法，结合蒙特卡罗随机行走方法模拟迁移率；构建一维周期性体系哈密顿算子，拓展虚时路径积分方法，建立计算载流子相干长度的理论方法，通过分子力学和量子化学多尺度模拟，计算载流子相干长度；探索应用新理论方法，研究强电子耦合和热涨落效应共同对有机光电材料载流子传输的影响。对理论和实验结果的综合比较分析，揭示强电子耦合效应对载流子传输的影响，初步明确影响载流子相干长度的因素，为设计高迁移率的有机光电材料提供可靠的理论依据。

结论摘要：

载流子迁移率是影响有机光电材料性能的一个重要物理量，其大小与分子结构、分子间堆积方式以及外部环境等因素有关，是研究有机光电材料的一个重要科学问题。发展新的载流子传输理论，对于揭示载流子的传输机理、理解结构与性能的关系，以及设计高载流子迁移率的有机光电材料具有重要的指导作用。为了超越Marcus电荷转移速率理论的局限性，在本项目中，我们首先根据流流相关函数形式的精确量子电荷转移速率理论，采用虚时路径积分方法，建立了适用于强电子耦合的量子电荷转移速率方法，编制了相应程序，并与基于级联运动方程方法的电荷转移速率理论进行比较，验证所发展的方法在不同电子耦合强度范围内的精确性。以此为基础，分别选取六聚噻吩的高温相和低温相晶体结构，利用量子化学方法计算所有分子振动模式和分子间的电子耦合，构建二维传输网络，利用所发展的方法计算电荷转移速率，采用随机行走方法模拟空穴载流子迁移率，揭示了强电子耦合效应对载流子迁移率随温度变化的影响。同时，我们在六聚噻吩单晶结构的基础上建立了一个多晶模型，研究了载流子迁移率随着微晶尺寸和微晶边界能垒的变化，发现了影响多晶材料中载流子传输的关键因素，解释了实验上测量的载流子迁移率随微晶尺寸变化不一致的现象。这些研究结果对于理解有机光电材料中载流子传输机理具有重要的指导意义。为了揭示有机光电材料中的晶格热涨落效应对载流子迁移率的影响，我们结合了分子动力学和量子化学方法，发展了考虑晶格热涨落效应的载流子迁移率的理论方法。通过对实验最新合成的具有良好的空气稳定性以及优越的载流子传输性能的有机光电材料dianthra[2,3-b:2’,3’-f]-thieno[3,2-b]thiophene和[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene衍生物进行研究，我们发现晶格热涨落效应对载流子传输的影响与分子的堆积方式密切相关，并且指出了晶格热涨落效应对pentacene体系中载流子传输没有影响的原因。此外，我们还结合随机行走方法发展了计算角分辨的各向异性载流子迁移率的理论方法，分别研究了dibenzo-tetrathiafulvalene的不同晶体结构以及chrysene衍生物的晶体结构与载流子传输之间的关系，提出了设计高载流子迁移率的有机光电材料的新思想。