总的来说,近期有机光伏领域的热度不减。
其中,有一篇比较有趣的工作是发表在AEM上的,通讯作者是马薇薇。
她们用到的材料是ITIC、IEICO这两种非富勒烯受体材料,主要亮点的是非卤溶剂,兼顾非富勒烯体系的稳定性测试。
她们在引言部分指出:“目前高效有机太阳电池的制备普遍采用卤代芳烃溶剂,例如氯仿、氯苯、二氯苯等,这些溶剂都有很高的毒性,在器件制备过程中如果长时间接触,会对研究人员的健康带来很大的危害。
而且这些溶剂直接排放到大气中,也会造成对环境的污染和危害。
从制备成本的角度来看,这些溶剂的成本价格也很高。这些不利因素限制了卤代溶剂在有机太阳电池制备的大规模生产和工业化应用,并且和现在绿色化学的宗旨是背道而驰的。
因此以健康和环保为出发点,发展低毒性甚至无毒的非卤代芳烃溶剂去制备有机太阳电池是迫在眉睫,也是有机太阳电池走向商业化的必经之路。”
乍一看说的挺有道理的,大义凛然。
然后,许秋看了看文章中用到溶剂。
本来以为会有什么惊喜,结果发现她们用的是甲苯……
把氯苯换成了甲苯,总感觉有点五十步笑百步。
毕竟甲苯的危害也不小……
不过至少也算是迈出了第一步,先把氯拿掉,之后再考虑能不能替换成为更加绿色的溶剂。
这篇文章的支持信息中,她们提到了蓝河光电材料公司,表示ITIC、IEICO等材料都是从这里购买的。
说起这个,许秋之前买光电材料的时候,本来打算选择蓝河光电材料公司的,后来却被魏兴思制止了,表示:“蓝河光电材料公司我们参股了,这样做可能会有风险。”
许秋仔细一琢磨,发现确实是啊,支出的科研经费有部分给自己带来了利益。
虽说他们肯定不是为了贪钱,但万一真的有人较起真来,并不是很好解释。
买的刮涂仪器倒是问题不大,因为蓝河主公司他们没有参股。
也难怪魏兴思会选择低调参股蓝河的公司了。
据说有些高校都不允许教授私下里开公司,不过魔都综合大学倒没有这样的规定,大概是怕优秀的教授们抱团离开?
毕竟高校教授的工资并不高,而很多经济学院的大佬,手里的资产都是过亿的。
449 《自然·能源》文章,尘埃落定(求订阅)
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。
包括之前学姐的IEICO体系,选择便是传统的PCE10;
徐正宏的IDTBR体系,同时用了PCE10和PCE11,也是前者的性能更好一些。
除了马薇薇、徐正宏、严虎的三篇文章外,其他的工作,就没有太值得注意的了,许秋看了以后收获都不大。
现在很多课题组也开始基于ICIN端基,合成类ITIC的非富勒烯受体材料,性能好的,新意高的,或是故事讲得好听的,文章发的就好一些,反之,文章就差一些。
考虑到当下ITIC的热度,许秋便到wos网站查看了一下自己那篇ITIC的AM文章,发现热点文章、和高被引文章的标识依然存在。
而且现在的实时引用次数已经超过了100次,达到了惊人的117次。
扣除掉自己课题组自引的20多次,短短几个月的时间,文章他引数量已经接近100次了,还是非常强的。
这篇工作有很大的几率能够成为千次引用级别的文章,不过估计要等几年,毕竟有机光伏领域的盘子有些小,热度不算高。
要是放在石墨烯之类的热门领域,取得与“开发出ITIC材料”相当的学术成果,估计过不了两年就能达到千次引用。
其实,从功利的角度来看,许秋转行到锂电之类的应用型领域,或者石墨烯这种热门的科研领域,是比有机光伏更有“钱途”或是前途的。
不过,他还是选择暂时坚持有机光伏领域。
一方面,他毕竟还是学生,转领域会受到诸多的限制。
另一方面,他在有机光伏领域有着大量的积累,现在已经成为了走在最前面的一小撮人。
如果更换领域的话,就需要放弃这一切,重头开始。
与其这样,还不如把这个领域做到极致,再考虑其他。
虽然冷门领域相对困难了一些,但未尝就不能逆袭。
周五一早,许秋刚走出寝室门,正打算去和韩嘉莹一起早锻,就接到了魏兴思的电话。
魏兴思开门见山的说道:“刚收到邮件,《自然·能源》的文章被正式接收了!”
许秋淡定的回应了一句:“好啊。”当然,他的内心其实也是有些小激动的。
之前虽然觉得这篇《自然·能源》文章大概率没什么问题,但没有被正式接受,心里总是悬着的,担心出现什么状况,现在终于尘埃落定了。
这篇《自然·能源》的发表,不仅是许秋突破了自我的极限,也带着魏兴思一起跨过AM、EES这个档次,达到了正统的《自然》大子刊的档次。
现阶段,《自然·能源》的实时影响因子已经达到了42左右,甚至还超越了38左右影响因子的《自然》主刊。
从影响力和关注度来看,《自然》大子刊与《自然》主刊虽有差距,但这个差距其实并不算大。
毕竟《自然》大子刊创刊的初衷,就是因为科研圈里细分领域越来越多,科研工作者也越来越多,而《自然》主刊每年只能收录1000篇左右的文章,很多高档次的,具有开创性的文章,只是因为研究领域比较冷门,才被划分调剂到对应的《自然》子刊中。
换言之,《自然》大子刊的诞生,是为了解决“日益增长的高档次科研工作数量和CNS收录文章数量有限之间的矛盾”。
可以用网文领域进行近似的类比。
起点男频有都市、玄幻、奇幻、仙侠、科幻、武侠、军事、现实、历史、体育、悬疑、轻小说、体育、游戏等类目。
其中,都市、玄幻等属于比较热门的类目,而悬疑、现实、军事等属于比较比较冷门的类目。
月票总榜前十相当于发表《自然》,各个类目月票榜前十相当于发表《自然》子刊。
热门类目下的月票榜前十,不比月票总榜前十差太多,对应于《自然》大子刊。
而冷门类目下的月票榜前十,可能和月票总榜前十差距就比较大了,对应于《自然》的普通子刊。
当然,这只是近似的类比,因为文章是不能同时发表在《自然》和它的子刊上的,而网文榜单可以双榜齐上。
魏兴思在电话中,继续说道:“邮件我已经转发给你了,发表一篇《自然》大子刊,值得庆祝一下,今天刚好是周五,晚上我带你们出去吃吧……”
“还有,你通知其他人今天就不要做实验了,我们把实验室一起整理一下,打扫打扫,毕竟下周要开大会嘛,其他学校的老师们免不得要来我们实验室参观,得给他们留下一个好印象。”
“另外,我们课题组的网站,可以稍微改一改版,我觉得可以设置一个‘代表作’栏目,选几篇我们组最具有代表性的工作挂上去,比如这篇《自然·能源》,还有你之前两篇大满贯的AM文章,还可以标注一下文章的亮点,比如列出实时引用次数,标出封面文章、热点文章、高被引文章等等。”
“好的。”许秋应和道,现在组里的文章变多了,确实有必要把工作整理一下,突出一下代表作。
电话挂断,许秋看到魏兴思在课题组的微信群聊中发了一个PDF文件,正是他的《自然·能源》文章。
顿时,另外一个魏老师不在的课题组群聊沸腾了。
陈婉清先起了个头:“恭喜许秋喜提《自然》大子刊[庆祝]。”
吴菲菲紧跟其后:“恭喜许秋喜提《自然》大子刊[庆祝]。”