Giống như trong chất bỏn dẫn vụ cơ, trong bỏn dẫn hữu cơ cũng tồn tại vựng cấm năng lượng. Ởđõy khỏi niệm vựng cấm được định nghĩa là sự khỏc biệt giữa hai mức năng lượng HOMO và LUMO. Tức là mức năng lượng ở trạng thỏi cơ bản với quỹđạo phõn tửđược điền
đầy cao nhất (The Highest occupied molecular orbital HOMO) và trạng thỏi kich thớch ở quỹđạo phõn tử chưa điền đầy thấp nhất (the
Lowest unoccupied molecular orbital LUMO). Chỳng cú tớnh chất
giống như vựng húa trị và vựng dẫn trong bỏn dẫn vụ cơ. Cỏc chất bỏn dẫn hữu cơ cú độ rộng vựng cấm đặc trưng khỏc nhau, do đú đỉnh hấp thụ năng lượng photon của chỳng cũng khỏc nhau. Khi cú tỏc nhõn kớch thớch phự hợp, vớ dụ như bức xạ ỏnh sỏng, laser, điện trường một chiều, năng lượng nhiệt, pha tạp húa học, thỡ điện tử từ
mức HOMO nhảy lờn mức LUMO tạo ra cặp điện tử và lỗ trống (exciton), trong khoảng thời gian ngắn cặp điện tử –lỗ trống tỏi hợp và phỏt ra photon. Giỏ trịđộ rộng vựng cấm, tức là hiệu năng lượng
HOMO và LUMO, quyết định năng lượng (hay bước súng) của
photon phỏt ra do kớch thớch quang hay điện.
HOMO3.45 + 1.75 = 5.2 3.45 + 1.75 = 5.2 EF Evac He I (21.2) 17.75 3.45 Opt. B.G. (by UV) 2.5 1.75 LUMO : 5.2 - 2.5 = 2.7 20 16 12 8 4 0 0 30000 60000 90000 120000 150000 180000 2 Intersection (Unit : eV)
Determination of Energy Levels of PPV by UPS
Hỡnh 220: Sơđồ mức năng lượng của PPV theo UPS
Trong điều kiện bỡnh thường, cỏc bỏn dẫn hữu cơ cú cỏc cấu trỳc vựng năng lượng tương tự như cỏc chất bỏn dẫn vụ cơ. Năng lượng cần thiết đểđưa một điện tử từ mức HOMO lờn mức chõn khụng gọi là năng lượng ion húa của phõn tử, với thế tương ứng là Ip. Cũn năng lượng đưa một điện tử từ mức LUMO lờn mức chõn khụng được gọi là di lực điện từ của phõn tử (Ic hoặc Ea). Quỏ trỡnh ion húa là quỏ trỡnh di chuyển điện tử từ mức HOMO lờn, khi đú phõn tử sẽ tớch điện dương, tương ứng với quỏ trỡnh dẫn lỗ trống của mức HUMO. Ngược lại, quỏ trỡnh khử là quỏ trỡnh thờm một điện tử vào mức LUMO, khi
đú phõn tử sẽ tớch điện õm, tương ứng với quỏ trỡnh dẫn điện tử trong
mức LUMO. Như vậy HOMO tương ứng với vựng húa trị, cũn