許秋將手中的幾篇文獻裝訂好,大致掃了一眼內容,有機光伏領域近期沒有什么值得注意的工作。
可能都在憋大招,像徐正宏那邊基于IDTBR體系的衍生物,保守估計有兩三篇AM級別的文章在路上。
放下文獻,許秋起身匯報,昨日大會上的收獲總結PPT。
魏興思已經從龔遠江那邊要了大會演講者們的PPT,不過許秋還沒來得及把對應的圖片整理放進去,都是文字版的。
首先,是Bazan提到的兩項測試:
激子結合能,即讓被束縛的電子/空穴對(激子)拆分成為自由電子/空穴需要付出的能量。激子平均擴散距離,即被束縛的電子/空穴對(激子)在復合發光/發熱前平均移動的距離。
這兩項測試在早年出現的比較多,針對傳統富勒烯體系中的給體材料,不過現在比較少見了。
主要是因為這些聚合物給體材料本質上都是類似的DA共軛共聚物的結構,所以對它們測試得到的這兩項參數差別不大,況且這兩個實驗測起來還很麻煩。
種種原因,導致后來的研究者們漸漸的就懶得進行這兩項表征了,得不出什么新的結論來不說,測起來還賊費事。
對于富勒烯體系的通用結論是:
一方面,給體材料激子結合能普遍偏高,導致有機太陽能電池器件的開路電壓相對較低,同樣禁帶寬度的材料,可能比無機硅太陽能電池或鈣鈦礦光伏器件的開路電壓低0.3伏特左右。
這是什么概念呢,拿干電池舉例,無機硅或鈣鈦礦就像正常的5號、7號電池,電壓在1.5伏特左右,而有機光伏的電壓就只有1.2伏特。
在其他條件相當的情況下,有機光伏器件天生就自帶20左右的光電轉換效率減成DEBUFF。
另一方面,激子平均擴散距離也很短,大約在10納米左右。
這意味著絕大多數的激子在產生后,只能擴散10納米的距離,再遠的話,好不容易吸收太陽光產生的激子就會復合,重新變為光能或熱能損失了。
這就是為什么有機太陽能電池,不能硅基、鈣鈦礦太陽能電池那樣有效層采用平面異質結,而必須要用體異質結的原因。
因為只有形成了雙連續的三相共混結構,保證各個相區中都有一個維度的尺度在10納米的級別,才能確保產生的激子在被拆分和被電極收集前,不會大量復合。
一旦相區的尺度太大,比如超過20納米,或是像平面異質結的100納米以上,那么位于中央部分的有效層在吸光后產生的激子,還沒來得及擴散到界面,就會因復合而消耗掉,導致有效層的中央區域成為死區,不會對器件效率的提升做出貢獻,從而疊加一個?的效率減成DEBUFF。
同樣的,激子平均擴散距離短,也讓有機太陽能電池器件不能做幾百納米厚的厚膜,只能制備有效層厚度在100納米左右的薄膜。
100納米的薄膜,可能只能吸收大約80的太陽光,剩下的20就直接透射損失掉了,如果能把膜做厚,比如做到300、500、800納米,光吸收可能會達到99以上,透射損失就可以基本忽略。
100納米左右的薄膜有效層,再次讓有機光伏器件疊加了一個20左右的效率減成DEBUFF。
幾個DEBUFF一同疊加下來,如果在傳輸層、界面、光反射等地方再損失一些,最終的器件效率就所剩無幾…
這就是為啥根據SQ限制,單結太陽能電池的光電轉換效率的理論極限在30左右,而有機光伏領域實際上卻只有12左右,實在是拖后腿的地方太多…
不過,這些理論都是基于傳統富勒烯體系的,也即只有給體材料吸收太陽光產生激子的體系。
對于現在正慢慢崛起的非富勒烯體系來說,受體材料也是會吸收太陽光的,許秋打算重拾這些太古測試手段,拿他開發出來的ITIC材料試試水,看能不能得到一些新的理論出來。
如果能夠獲得什么顛覆性的結論出來,再搭配著高器件效率作為印證,就有機會搞一篇大文章出來。
接下來,許秋繼續介紹他從龔遠江、盧長軍、臧超軍等人那邊得到的收獲,相對來說比較瑣碎,就是他在聽報告的時候,思緒碰撞,靈機一動,抓住的一些靈感。
這些靈感比較超前,都是現在組里沒有嘗試過的想法,包括:“將鄔勝男的FNIC體系制備半透明器件”、“光吸收互補的多個體系制備疊層多結太陽能電池”、“有機光伏和鈣鈦礦光伏以非多結器件的形式制備”、“基于兩種光吸收互補非富勒烯受體的三元器件”等等。
最后,許秋介紹了另外一個較為系統的工作,是來自徐正宏他們課題組的,也就是他們組是如何一步步不斷優化,基于饒丹寧A單元結構的ADA非富勒烯受體分子,得到現在的IDTBR結構。
許秋還幫徐正宏展望了一番,之后可以進行“在BT單元上引入氟原子”、“將IDT末端的兩個噻吩替換為苯環”、“在饒丹寧端基中引入氰基”等一系列的優化。
當然,他也只是隨口一說,并沒有自己做的意思,許秋現在能做的體系有十幾個,已經夠他消化一段時間的。
在許秋匯報的同時,魏興思也一直認真的聽著,之前火車上他只是簡單的掃了幾眼許秋的PPT,沒有細看。
結果,魏興思越聽越心驚,雖然只有短短幾頁PPT,十幾行的文字,但卻凝聚了近十個研究方向的科研想法,按照他對這些科研想法的理解,其中半數之上的都有機會發表文章,不少的點子都有發一區文章的潛力。
這就是帶許秋出去開會一天的收獲嗎,竟恐怖如斯…
魏興思不由得回憶起許秋進入課題組后,這一年來的變化:
最開始,是許秋主動發郵件說要進課題組實習,當時的想法是終于盼來了一個免費的勞動力。
和許秋當面談過之后,了解到許秋3.5的績點,英語成績也很好,有保研的打算。
初步判斷如果好好培養一下,應該能貢獻三四篇二區文章,運氣好,可能能出一兩篇一區文章。
然后,就順手讓陳婉清帶著許秋熟悉各種實驗,并讓他接手了一個爛尾的校內項目,好像是關于柔性襯底的。
本來沒太關注這事情,畢竟是個本科生嘛。
結果沒過多久,他就把項目結題報告拿了出來,而且居然還被他發了一篇文章,文章也不差,沒記錯的話應該是一篇《大分子》。
接下來,許秋學會了聚合反應,自己獨立開發出了PCE11,搶在了港大嚴虎課題組前面直接發了一篇AM。
當時的感覺,他應該是單純的運氣好吧,撿了個漏,這在科研領域雖然不多見,但也是有的。
再后來,打臉就來了,3DPDI體系,許秋再次發表一篇NC,打破了PDI領域的世界紀錄,做到了我當初想做卻沒有做到的事情。
雖然這個世界紀錄很快又被韓嘉瑩給超過了,但許秋如果只有運氣的話,肯定沒辦法做到這一步。
他是真的有實力的,科研水平應該和年輕時候的我差不多吧…大概?
在這時候,我產生了讓他做課題組小老板的打算。
最近,他又又又跨了領域,來到了ADA體系,并開發出了效率突破10的ITIC體系,繼續創造奇跡。
我也正式把他抬上了課題組小老板的位置上,并打算安排他畢業后出國訪問兩年,然后特聘回國來接我的班。
現在,看到他這科研想法層出不窮,仿佛就沒有止境一般。
按照這個趨勢,還讓他接個錘子班,估計過不了幾年,我就要跟著他混了…