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349 冲击CNS顶刊的途径(求订阅)

我有科研辅助系统作者:肥美的韭菜 2021-04-23 07:40
    接下来,许秋遵照之前的策略,安排模拟实验人员合成包括idic-4f、idic-m、itic-th-4f等在内的十数种新的非富勒烯受体材料。

    他本人则在模拟实验室i中系统的研究了一下idic体系,利用32倍加速,对ftaz:idic体系进行了包括celiv、sclc、giwaxs、dft等测试表征,毕竟这个体系之前表现出来一些不同于其他itic系列的独有特性。

    其中,celiv和sclc的结果表明,idic的电子迁移率是itic的3倍左右。

    giwaxs和dft的结果,分别在实验以及理论上证明,idic分子在结晶时会呈现出更加紧密的分子排布。

    拿到这些表征数据后,许秋可以初步解释出现“idic体系可以制备厚膜器件,同时能量损失比较低,开路电压也比较高”这一实验现象的原因。

    因为在有机光伏器件有效层的内部,正、负电荷是在给体、受体形成的单独聚集相区之内进行输运,当受体材料的晶区中,受体分子呈现出更加紧密的分子排布时,电子在分子间的输运将更容易进行,从而提升电子迁移率,进而降低能量损失,可以制备厚膜器件。

    往前推演一步,造成idic分子具有更为紧密的分子排布的原因,便是侧链的改变,相较于itic的苯基侧链,idic的烷基侧链有着更小的空间位阻,更利于两个受体分子之间堆叠。

    总结下来,从微观分子结构到宏观器件表现有一套完整的因果链:

    侧链改变→分子间位阻减小→有效层中受体分子排布变得紧密→电子迁移率提高→可以制备厚膜器件,能量损失降低,开路电压提高。

    当然,这也只是许秋整理出来的,他觉得比较合理的一套说法,并不一定就是完全正确的。

    毕竟微观级别的东西,看不见摸不着,真相究竟如何,谁都很难说明白。

    这也是为什么搞理论的人,互相都会看对方不顺眼,随时会开喷。

    就是因为很多事情都不会有一个确切的真相,公说公有理婆说婆有理。

    而不像搞材料的,就比较简单粗暴,比较客观。

    比如我这边光电转换效率13%,你不信,觉得我数据是假的,那我就做个第三方检测呗,结果出来,确实是13%,争论自然就平息了。

    针对idic体系的发现,许秋继续分析、推演,主要方向是怎么让电子迁移率进一步提高,让能量损失进一步降低。

    他发现不论是itic还是idic,中央d单元都是idtt单元,为了保证分子的溶解度,引入侧链的方式是通过sp3杂化的碳原子。

    而sp3杂化的碳原子,类似于甲烷的结构,在空间中会伸出两个支链,和中央d单元共轭结构呈现大约为109度28分的二面角。

    也就是说,两个引入的侧链和中央d单元共轭结构不共平面。

    在这种情况下,即使是idic这样具有烷基支链的分子,当两个idic分子在垂直方向上进行堆砌时,其实也是会形成较大的位阻,只是相较于itic的位阻更小一些罢了。

    但不管怎么说,受体分子中的侧链还是得要的,不然材料都溶解不了,自然也无从用溶液法制备电池器件。

    想要解决这个问题,许秋暂时想到了两种方法,主要思路是变换引入侧链的方法。

    一种方法,是利用氮原子引入侧链,同为sp3杂化的氮原子,因为孤对电子的存在,只有单根侧链,可以一定程度的降低位阻。

    另一种方法,是利用sp2杂化的碳原子,也即苯环或噻吩环上的碳原子,这种情况下的碳原子,同样只有单根侧链,而且因为是sp2杂化,侧链是和中央d单元共轭结构共平面的,也可以大幅度降低位阻。

    不过,如果采用这两种策略的话,算是对d单元进行大幅度的改变,原先idt、idtt的合成思路肯定是没法用了,合成难度会大幅度增加,又是全新的结构,需要大量的摸索。

    许秋打算把这个初步的想法暂时交给模拟实验室iii,让高级实验人员帮忙摸索着。

    算是走一步闲棋,如果有效果那自然最好,就算没有效果,也无妨。

    等眼下itic系列的这些工作完成后,他再投入精力攻关就是了。

    除了这种大幅度对分子结构进行改性的手段,许秋还有另外一种可行的策略,有望实现器件效率的突破。

    那就是制备叠层太阳能电池器件。

    所谓叠层器件,顾名思义,就是多个电池串联,“叠”在一起。

    平常许秋制备的器件都是单结的,也就是一个电池,如果忽略传输层,那么结构就是电极/有效层/电极。

    要是双结叠层电池器件,分为双终端结构和四终端结构,双终端结构就是电极/有效层1/电极(电荷复合层)/有效层2/电极,四终端结构就是两个“电极/有效层/电极”。

    要是三结叠层电池器件,那么就是三个有效层,四结就是四个有效层。

    五结,暂时没听说过……

    漂亮国的国家可再生能源实验室(nrel),也就是魏兴思回国前的工作单位,在传统无机硅、砷化镓、cigs等体系中常年保持着各项世界纪录,按照2015年8月份的数据,三结器件的最高效率已经达到了444%,四结更是到了460


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