319 魏兴思:估计过不了几年,我就要跟着他混了(求订阅)
许秋将手中的几篇文献装订好,大致扫了一眼内容,有机光伏领域近期没有什么值得注意的工作。
可能都在憋大招,像徐正宏那边基于IDTBR体系的衍生物,保守估计有两三篇AM级别的文章在路上。
放下文献,许秋起身汇报,昨日大会上的收获总结PPT。
魏兴思已经从龚远江那边要了大会演讲者们的PPT,不过许秋还没来得及把对应的图片整理放进去,都是文字版的。
首先,是Bazan提到的两项测试:
激子结合能,即让被束缚的电子/空穴对(激子)拆分成为自由电子/空穴需要付出的能量。激子平均扩散距离,即被束缚的电子/空穴对(激子)在复合发光/发热前平均移动的距离。
这两项测试在早年出现的比较多,针对传统富勒烯体系中的给体材料,不过现在比较少见了。
主要是因为这些聚合物给体材料本质上都是类似的D-A共轭共聚物的结构,所以对它们测试得到的这两项参数差别不大,况且这两个实验测起来还很麻烦。
种种原因,导致后来的研究者们渐渐的就懒得进行这两项表征了,得不出什么新的结论来不说,测起来还贼费事。
对于富勒烯体系的通用结论是:
一方面,给体材料激子结合能普遍偏高,导致有机太阳能电池器件的开路电压相对较低,同样禁带宽度的材料,可能比无机硅太阳能电池或钙钛矿光伏器件的开路电压低伏特左右。
这是什么概念呢,拿干电池举例,无机硅或钙钛矿就像正常的5号、7号电池,电压在伏特左右,而有机光伏的电压就只有伏特。
在其他条件相当的情况下,有机光伏器件天生就自带20%左右的光电转换效率减成DEBUFF。
另一方面,激子平均扩散距离也很短,大约在10纳米左右。
这意味着绝大多数的激子在产生后,只能扩散10纳米的距离,再远的话,好不容易吸收太阳光产生的激子就会复合,重新变为光能或热能损失了。
这就是为什么有机太阳能电池,不能硅基、钙钛矿太阳能电池那样有效层采用平面异质结,而必须要用体异质结的原因。
因为只有形成了双连续的三相共混结构,保证各个相区中都有一个维度的尺度在10纳米的级别,才能确保产生的激子在被拆分和被电极收集前,不会大量复合。
一旦相区的尺度太大,比如超过20纳米,或是像平面异质结的100纳米以上,那么位于中央部分的有效层在吸光后产生的激子,还没来得及扩散到界面,就会因复合而消耗掉,导致有效层的中央区域成为死区,不会对器件效率的提升做出贡献,从而叠加一个?%的效率减成DEBUFF。
同样的,激子平均扩散距离短,也让有机太阳能电池器件不能做几百纳米厚的厚膜,只能制备有效层厚度在100纳米左右的薄膜。
100纳米的薄膜,可能只能吸收大约80%的太阳光,剩下的20%就直接透射损失掉了,如果能把膜做厚,比如做到300、500、800纳米,光吸收可能会达到99%以上,透射损失就可以基本忽略。
100纳米左右的薄膜有效层,再次让有机光伏器件叠加了一个20%左右的效率减成DEBUFF。
几个DEBUFF一同叠加下来,如果在传输层、界面、光反射等地方再损失一些,最终的器件效率就所剩无几……
这就是为啥根据SQ限制,单结太阳能电池的光电转换效率的理论极限在30%左右,而有机光伏领域实际上却只有12%左右,实在是拖后腿的地方太多……
不过,这些理论都是基于传统富勒烯体系的,也即只有给体材料吸收太阳光产生激子的体系。
对于现在正慢慢崛起的非富勒烯体系来说,受体材料也是会吸收太阳光的,许秋打算重拾这些太古测试手段,拿他开发出来的ITIC材料试试水,看能不能得到一些新的理论出来。
如果能够获得什么颠覆性的结论出来,再搭配着高器件效率作为印证,就有机会搞一篇大文章出来。
接下来,许秋继续介绍他从龚远江、卢长军、臧超军等人那边得到的收获,相对来说比较琐碎,就是他在听报告的时候,思绪碰撞,灵机一动,抓住的一些灵感。
这些灵感比较超前,都是现在组里没有尝试过的想法,包括:“将邬胜男的FNIC体系制备半透明器件”、“光吸收互补的多个体系制备叠层多结太阳能电池”、“有机光伏和钙钛矿光伏以非多结器件的形式制备”、“基于两种光吸收互补非富勒烯受体的三元器件”等等。
最后,许秋介绍了另外一个较为系统的工作,是来自徐正宏他们课题组的,也就是他们组是如何一步步不断优化,基于饶丹宁A单元结构的ADA非富勒烯受体分子,得到现在的IDTBR结构。
许秋还帮徐正宏展望了一番,之后可以进行“在BT单元上引入氟原子”、“将IDT末端的两个噻吩替换为苯环”、“在饶丹宁端基中引入氰基”等一系列的优化。
当然,他也只是随口一说,并没有自己做的意思,许秋现在能做的体系有十几个,已经够他消化一段时间的。
在许秋汇报的同时,魏兴思也一直认真的听着,之前火车上他只是简单的扫了几眼许秋的PPT,没有细看。
结果,魏兴思越听越心惊,虽然只有短短几页PPT,十几行的文字,但却凝聚了近十个研究方向的科研想法,按照他对这些科研想法的理解,其中半数之上的都有机会发表文章,不少的点子都有发一区文章的潜力。
这就是带许秋出去开会一天的收获吗,竟恐怖如斯……
魏兴思不由得回忆起许秋进入课题组后,这一年来的变化:
最开始,是许秋主动发邮件说要进课题组实习,当时的想法是终于盼来了一个免费的劳动力。
和许秋当面谈过之后,了解到许秋的绩点,英语成绩也很好,有保研的打算。
初步判断如果好好培养一下,应该能贡献三四篇二区文章,运气好,可能能出一两篇一区文章。
然后,就顺手让陈婉清带着许秋熟悉各种实验,并让他接手了一个烂尾的校内项目,好像是关于柔性衬底的。
本来没太关注这事情,毕竟是个本科生嘛。
结果没过多久,他就把项目结题报告拿了出来,而且居然还被他发了一篇文章,文章也不差,没记错的话应该是一篇《大分子》。
接下来,许秋学会了聚合反应,自己独立开发出了PCE11,抢在了港大严虎课题组前面直接发了一篇AM。
当时的感觉,他应该是单纯的运气好吧,捡了个漏,这在科研领域虽然不多见,但也是有的。
再后来,打脸就来了,3D-PDI体系,许秋再次发表一篇NC,打破了PDI领域的世界纪录,做到了我当初想做却没有做到的事情。
虽然这个世界纪录很快又被韩嘉莹给超过了,但许秋如果只有运气的话,肯定没办法做到这一步。
他是真的有实力的,科研水平应该和年轻时候的我差不多吧……大概?
在这时候,我产生了让他做课题组小老板的打算。
最近,他又又又跨了领域,来到了ADA体系,并开发出了效率突破10%的ITIC体系,继续创造奇迹。
我也正式把他抬上了课题组小老板的位置上,并打算安排他毕业后出国访问两年,然后特聘回国来接我的班。
现在,看到他这科研想法层出不穷,仿佛就没有止境一般。
按照这个趋势,还让他接个锤子班,估计过不了几年,我就要跟着他混了……
PS:周一求推荐票,两章索性直接连着发了,第三更在下午16点。
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可能都在憋大招,像徐正宏那边基于IDTBR体系的衍生物,保守估计有两三篇AM级别的文章在路上。
放下文献,许秋起身汇报,昨日大会上的收获总结PPT。
魏兴思已经从龚远江那边要了大会演讲者们的PPT,不过许秋还没来得及把对应的图片整理放进去,都是文字版的。
首先,是Bazan提到的两项测试:
激子结合能,即让被束缚的电子/空穴对(激子)拆分成为自由电子/空穴需要付出的能量。激子平均扩散距离,即被束缚的电子/空穴对(激子)在复合发光/发热前平均移动的距离。
这两项测试在早年出现的比较多,针对传统富勒烯体系中的给体材料,不过现在比较少见了。
主要是因为这些聚合物给体材料本质上都是类似的D-A共轭共聚物的结构,所以对它们测试得到的这两项参数差别不大,况且这两个实验测起来还很麻烦。
种种原因,导致后来的研究者们渐渐的就懒得进行这两项表征了,得不出什么新的结论来不说,测起来还贼费事。
对于富勒烯体系的通用结论是:
一方面,给体材料激子结合能普遍偏高,导致有机太阳能电池器件的开路电压相对较低,同样禁带宽度的材料,可能比无机硅太阳能电池或钙钛矿光伏器件的开路电压低伏特左右。
这是什么概念呢,拿干电池举例,无机硅或钙钛矿就像正常的5号、7号电池,电压在伏特左右,而有机光伏的电压就只有伏特。
在其他条件相当的情况下,有机光伏器件天生就自带20%左右的光电转换效率减成DEBUFF。
另一方面,激子平均扩散距离也很短,大约在10纳米左右。
这意味着绝大多数的激子在产生后,只能扩散10纳米的距离,再远的话,好不容易吸收太阳光产生的激子就会复合,重新变为光能或热能损失了。
这就是为什么有机太阳能电池,不能硅基、钙钛矿太阳能电池那样有效层采用平面异质结,而必须要用体异质结的原因。
因为只有形成了双连续的三相共混结构,保证各个相区中都有一个维度的尺度在10纳米的级别,才能确保产生的激子在被拆分和被电极收集前,不会大量复合。
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同样的,激子平均扩散距离短,也让有机太阳能电池器件不能做几百纳米厚的厚膜,只能制备有效层厚度在100纳米左右的薄膜。
100纳米的薄膜,可能只能吸收大约80%的太阳光,剩下的20%就直接透射损失掉了,如果能把膜做厚,比如做到300、500、800纳米,光吸收可能会达到99%以上,透射损失就可以基本忽略。
100纳米左右的薄膜有效层,再次让有机光伏器件叠加了一个20%左右的效率减成DEBUFF。
几个DEBUFF一同叠加下来,如果在传输层、界面、光反射等地方再损失一些,最终的器件效率就所剩无几……
这就是为啥根据SQ限制,单结太阳能电池的光电转换效率的理论极限在30%左右,而有机光伏领域实际上却只有12%左右,实在是拖后腿的地方太多……
不过,这些理论都是基于传统富勒烯体系的,也即只有给体材料吸收太阳光产生激子的体系。
对于现在正慢慢崛起的非富勒烯体系来说,受体材料也是会吸收太阳光的,许秋打算重拾这些太古测试手段,拿他开发出来的ITIC材料试试水,看能不能得到一些新的理论出来。
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最后,许秋介绍了另外一个较为系统的工作,是来自徐正宏他们课题组的,也就是他们组是如何一步步不断优化,基于饶丹宁A单元结构的ADA非富勒烯受体分子,得到现在的IDTBR结构。
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结果没过多久,他就把项目结题报告拿了出来,而且居然还被他发了一篇文章,文章也不差,没记错的话应该是一篇《大分子》。
接下来,许秋学会了聚合反应,自己独立开发出了PCE11,抢在了港大严虎课题组前面直接发了一篇AM。
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再后来,打脸就来了,3D-PDI体系,许秋再次发表一篇NC,打破了PDI领域的世界纪录,做到了我当初想做却没有做到的事情。
虽然这个世界纪录很快又被韩嘉莹给超过了,但许秋如果只有运气的话,肯定没办法做到这一步。
他是真的有实力的,科研水平应该和年轻时候的我差不多吧……大概?
在这时候,我产生了让他做课题组小老板的打算。
最近,他又又又跨了领域,来到了ADA体系,并开发出了效率突破10%的ITIC体系,继续创造奇迹。
我也正式把他抬上了课题组小老板的位置上,并打算安排他毕业后出国访问两年,然后特聘回国来接我的班。
现在,看到他这科研想法层出不穷,仿佛就没有止境一般。
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