Organic bulk heterojunction solar cells with electron acceptors based on small donor-acceptor type molecules show record efficiencies mainly due to their long wavelength absorption, which enables efficient harvesting of solar light and, thus, causes high current density. Meanwhile, relative positions of HOMO and LUMO levels of donor and acceptor materials determine the open circuit voltage. Here, we apply ultrafast transient absorption and transient luminescence techniques together with specially-designed modelling technique to address charge carrier generation and recombination dynamics in detail. We demonstrate the importance of careful adjustment of the HOMO and LUMO levels, as their positions determine formation and recombination rates of interfacial charge transfer (CT) states. An insufficient donor and acceptor LUMO level offset, lower than ∼300 meV, leads to slow and inefficient CT state formation, while an offset of the HOMO level below ∼100 meV leads to fast CT state recombination, which we attribute to the back transfer of a hole from the donor to the acceptor.

Organic bulk heterojunction solar cells with electron acceptors based on small donor-acceptor type molecules show record efficiencies mainly due to their long wavelength absorption, which enables efficient harvesting of solar light and, thus, causes high current density. Meanwhile, relative positions of HOMO and LUMO levels of donor and acceptor materials determine the open circuit voltage. Here, we apply ultrafast transient absorption and transient luminescence techniques together with specially-designed multivariate curve resolution modelling to address charge carrier generation and recombination dynamics in detail. We demonstrate the importance of careful adjustment of the HOMO and LUMO levels, as their positions determine formation and recombination rates of interfacial charge transfer (CT) states. An insufficient donor and acceptor LUMO level offset, lower than ~300 meV, leads to slow and inefficient CT state formation, while an offset of the HOMO level below ~100 meV leads to fast CT state recombination, which we attribute to the back transfer of a hole from the donor to the acceptor.

Solid and liquid stilbene forms were characterized using a range of techniques, including atomic force microscopy, coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy and optical spectroscopy. The obtained experimental results were analyzed by means of quantum chemical calculations and using a non-negative matrix factorization algorithm. It was confirmed that pure

Light nanoscopy is attracting widespread interest for the visualization of fluorescent structures at the nanometer scale, especially in cellular biology. To achieve nanoscale resolution, one has to surpass the diffraction limit—a fundamental phenomenon determining the spot size of focused light. Recently, a variety of methods have overcome this limit, yet in practice they are often constrained by the requirement of special fluorophores, nontrivial data processing, or high price and complex implementation. For this reason, confocal fluorescence microscopy that yields relatively low resolution is still the dominant method in biomedical sciences. It was shown that image scanning microscopy (ISM) with an array detector instead of a point detector could improve the resolution of confocal microscopy. Here we review the principles of the confocal microscopy and present a simple method based on ISM with a different image reconstruction approach, which can be easily implemented in any camera-based laser-scanning set-up to experimentally obtain the theoretical resolution limit of the confocal microscopy. Our method, Single Pixel Reconstruction Imaging (SPiRI) enables high-resolution 3D imaging utilizing image formation only from a single pixel of each of the recorded frames. We achieve experimental axial resolution of 330 nm, which was not shown before by basic confocal or ISM-based systems. Contrary to the majority of techniques, SPiRI method exhibits a low lateral-to-axial FWHM aspect ratio, which means a considerable improvement in 3D fluorescence imaging of cellular structures. As a demonstration of SPiRI application in biomedical sciences, we present a 3D structure of bacterial chromosome with excellent precision.

Abstract Incorporation of membrane proteins into reconstituted lipid membranes is a common approach for studying their structure and function relationship in a native-like environment. In this work, we investigated fluorescence properties of liposome-reconstituted LHCII. By utilizing liposome labelling with the fluorescent dye molecules and single-molecule microscopy techniques, we were able to study truly liposome-reconstituted LHCII and compare them with bulk measurements and liposome-free LHCII aggregates on bound surface. Our results showed that fluorescence lifetime in bulk and of that for single liposome measurements were correlated. The fluorescence lifetimes of LHCII were shorter for liposome-free LHCII than for reconstituted LHCII. In the case of liposome-reconstituted LHCII, fluorescence lifetime showed dependence on the protein density reminiscent to concentration quenching. The dependence of fluorescence lifetime of LHCII on the liposome size was not significant. Our results demonstrated that fluorescence quenching can be induced by LHCII-LHCII interactions in reconstituted membranes, most likely occurring via the same mechanism as photoprotective non-photochemical quenching in vivo.