我有科研辅助系统 449 《自然能源》文章,尘埃落定_都市小说

449 《自然能源》文章,尘埃落定

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现在有机光伏领域内关于ITIC体系的文章有很多，而魏兴思课题组是首次报道ITIC这种材料的，因此不少稿件都发到了他这边，许秋平均每个月都要审四五篇以上。

徐正宏课题组刚刚发表的一篇NC文章，许秋找早在两个月前审稿的时候就已经见过了。

他们报道了一种名为DBC-IC的非富勒烯受体材料，与PBDB-T给体材料组合，器件效率可达10.3%。

DBC-IC的分子结构有些类似于ITIC，也是ADA结构。

不过，它的中央D单元并非传统的基于sp2杂化碳碳双键，组建成的大π共轭稠环结构，而是存在sp3杂化碳碳单键的非共轭结构。

当时，许秋觉得徐正宏他们做的工作还是比较有意思的，没有盲目的跟风ITIC的结构，因此虽然效率不高，但还是给了他们一个机会——出具了大改的意见。

主要是让他们补充一些关于器件稳定性的实验数据，并深入挖掘一下非共轭的体系和共轭体系之间可能存在的异同。

现在徐正宏他们正式发表的NC文章中，已经包含了许秋提到的这两点意见。

一方面，他们对比了DBP-IC、ITIC、PCBM三个体系的稳定性，发现DBC-IC的器件稳定性稍微好一些，ITIC次之，PCBM最差，尤其是在持续光照下的稳定性。

DBC-IC可以在长时间光照条件下，比如1500个小时，保持60%以上的初始器件效率，而同样条件下ITIC的体系，效率已经衰减到50%左右，PCBM的体系，器件效率大约在200个小时持续光照的时候，就已经衰减到了0%。

另一方面，他们通过DFT模拟，发现虽然DBP-IC的中央D单元中存在碳碳单键，分子的构型可以发生一定程度的旋转，但受限于空间位阻等因素，旋转的幅度不会很大。

换言之，虽然名义上DBP-IC是非共轭的结构，但实际上还是有较强的共轭性质，并不是严格意义上的非共轭结构。

徐正宏他们补充实验得出的结论，倒是和许秋预想中的差不多。

有机光伏材料之所以能够实现光电转化，就是因为光电材料中存在大π共轭结构。

这种共轭结构可以受到光能的激发，变为激发态，产生激子，激子拆分后的电荷会沿着分子内部，或者分子间的共轭结构进行传输。

这里面有一个问题，那就是这个共轭结构吸收光能被激发的过程，其实相当于是发生了化学反应的。

通常情况下，这个化学反应是可逆的，也就是当光照停止后，材料会恢复原状。

但也存在一定的概率，使得共轭结构无法恢复，比如材料分子中的碳碳双键被打开，相当于材料内形成了缺陷。

一旦形成缺陷，就会对激子的产生和输运造成影响，进而造成光电流的损失，表现出来的结果就是器件效率低下。

因此，对于有机光伏材料来说，本身就是一个比较矛盾的存在，共轭结构赋予了有机光伏材料将光能转化为电能的能力，但也同时背上了光照下分子结构不稳定性的“诅咒”。

总体来说，徐正宏的这个工作还是比较有启发性的，之后许秋或许也要在共轭和非共轭之间寻求一个平衡，兼顾器件的效率和稳定性。

当然，这是较为后期的事情，现阶段的主要任务还是冲击效率。

另外，还有一篇发表在AM上的文章也挺有意思的，是港大严虎课题组的工作。

说起来，魏兴思和严虎两个课题组还是颇有“渊源”的：

之前许秋抢在严虎他们前面发表了PCE11的工作，导致严虎的JACS文章胎死腹中；

后来严虎他们开发出来了一种名为ITIC2的材料，和许秋设计的ITIC-Th分子结构一样，并抢先发表。

两个课题组之间也算是有来有往。

不过，ITIC-Th的工作被抢，对许秋和韩嘉莹来说，基本上是无关痛痒，当时他们本来就有些头疼手里的工作太多，严虎刚好帮忙“减负”了。

而严虎的PCE11工作被抢，就有些伤了，毕竟那个工作可是许秋的第一篇大满贯文章，而且未来这篇文章被引用次数有望破百，可以称得上是一篇代表作。

现在严虎这篇AM文章，是针对PCE11材料的改进。

或许是出于某种考虑，严虎他们并没有把这种材料的本体称为PCE11，而是按照自己的命名方式进行命名，也就是PBTff4T-2OD。

改进的主要目的是让PCE11给体材料，与他们开发的ITIC2非富勒烯受体材料相匹配。

原先的PCE11是针对于富勒烯体系而设计的，因此是窄带隙、高结晶性的材料，和ITIC2材料并不适配。

现在要做的就是提高其禁带宽度，同时降低其分子的结晶性。

严虎他们采用的方法是在PCE11中塞入一个双氟取代的苯环（B），也就是将给体材料主链的分子结构从“-T-BT-T-T-T-”变更为“-T-BT-T-B-T-T-”。

基于这个思路，他们一共开发了两种新材料，分别命名为PTFB-O和PTFB-P，前者插入的苯环上两个氟原子是邻位取代的，而后者是对位取代的。

结果表明，两种给体材料的禁带宽度均被成功的拉升到1.8电子伏特左右，和ITIC2形成互补的光吸收，以及相互匹配的HOMO/LUMO能级。

不过，基于PTFB-O和PTFB-P的电池器件性能有非常大的差异。

PTFB-O：ITIC2的体系，效率可以达到11.3%，而PTFB-P：ITIC2体系的效率仅为6.89%。

为了解释这个现象，严虎他们进行了光源GIWAXS，DFT模拟等分析手段。

和徐正宏那篇NC文章有些类似，严虎他们认为也是分子构型方面的原因。

PTFB-O稳定的构型中，两个带有侧链的噻吩单元上的侧链位于同一侧，也就是形成类似于一个“U”型的结构，这种分子结构的规整程度不高，材料的结晶性因此受到了抑制。

PTFB-P稳定的构型中，两个带有侧链的噻吩单元上的侧链位于不同侧，最终形成类似于一个“一”字型的结构，这种分子结构的规整程度很高，材料的结晶性与PCE11相当，属于高结晶性给体材料。

他们整体的故事线，大致是分子结构的细微调整，改变了分子构型，进而改变材料结晶程度，对给受体共混形貌造成影响，最终导致器件性能上的差异。

严虎的这个结论在ITIC系列，乃至IDTBR系列非富勒烯受体中，还是有一定的泛用性的，即这些非富勒烯受体材料，更加偏爱结晶性稍差的给体材料。

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