Interaction of triplet excitons with trapped and free holes in crystalline anthracene. Exciton quenching, current enhancement and magnetic field effects

Abstract
The effect of interaction between free triplet excitons and free or (mainly) trapped holes is studied in crystalline anthracene, both on the triplet lifetime and the detrapping of holes. The rate constant of the triplet-hole interaction is R = (5.5 ± 2) 10^-12 cm3 s-1 for trapped holes and R' = (2 ± 1) 10^-9 cm3 s-1 for free holes; these values are comparable to those expected for diffusion limited processes, by triplet and hole diffusivity respectively. The efficiency of detrapping by triplets is large ≳ 0.1. The effect of a magnetic field on the photocurrent is investigated, as a function of intensity and orientation of the field. A model for the triplet-doublet interaction similar to that for the triplet-triplet interaction, where triplet-doublet pairs formation is considered, is used to calculate the rate constants for pair formation (4 × 10^-11 cm3 s-1) separation (2 x 10^8 s-1) and reaction (3 x 10^7 s-1). The values of the parameters D and E of the triplet exciton may be determined too. The study of the variation of the effect with the applied voltage shows evidence of the importance of free holes.

Résumé
On étudie l'effet de l'interaction entre excitons triplets libres et trous libres ou (principalement) piégés dans le cristal d'anthracène, à la fois sur la durée de vie des triplets et sur le dépiégeage des trous. On détermine les constantes de vitesse d'interaction des triplets avec les trous piégés R = (5,5 ± 2) 10^-12 cm3 s -1 et les trous libres R' = (2 ± 1).10^-9 cm3 s-1, valeurs proches de celles qu'on prévoit pour des processus limités par la diffusion des triplets et des trous respectivement. On trouve que l'efficacité du dépiégeage par les triplets est élevée ≳ 0,1. On analyse ensuite l'effet d'un champ magnétique sur le photocourant en fonction de l'intensité et de la direction de ce champ. Un modèle de l'interaction triplet-triplet, où l'on considère la formation de paires TD rend compte des observations et permet de calculer des constantes de vitesse pour la formation de ces paires (4 × 10^-11 cm 3 s-1), leur séparation (2 × 10^8 s-1) et leur réaction (3 x 10^7 s-1). On peut également ainsi retrouver les valeurs des paramètres D et E de l'exciton triplet. L'étude de la variation de cet effet avec la tension met en évidence l'importance des trous libres.