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,
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