回到216,許秋前往手套箱配製了兩個溶液,基於他的三代8系列以及學妹的B4T系列,即兩個最高效率的3D-PDI體系。配製時,溶液濃度提高約4%,他打算採用今天剛制定的溶劑添加劑引入的新策略。
隨後,他利用學妹周日留下來的氧化鋅預聚體溶液,以及清洗乾淨的ITO基片,旋塗了20片氧化鋅基片,置於200攝氏度加熱台上高溫退火。
下午,韓嘉瑩和陳婉清乘坐校車離開,前往張疆做合成。學妹的主要工作是大批量合成她的第二代B3T/B4T材料,至少要拿到200毫克以上的最終產物;學姐新買的1,3-茚二酮(A單元)還在路上,她打算先把D單元的醛基化反應準備起來,等A單元到了就可以直接進行合成。
一點二十多分,許秋進入實驗室,準備做一批器件。
孫沃似乎也有旋塗的想法,不過他看到許秋後,主動將手套箱避讓出來。
許秋朝孫沃友善的點點頭,將退火完成的氧化鋅基片傳入手套箱,隨後在兩瓶溶液中用新策略小心添加DIO,接著輕輕晃動瓶子一分鐘,讓DIO均勻的分散在溶液中,最後清洗手套箱氛圍5分鐘,這才再次進入手套箱,開始旋塗。
這次,他直接採用模擬實驗室中摸索得到的最佳條件,作為自己的實驗條件。
在旋塗的過程中,許秋非常認真專注,試圖抓住上次實驗時一閃而逝的靈感。
然而,20片器件旋塗完畢,並沒有之前靈機一動的感覺出現。
許秋只好無奈的聳聳肩,把這些器件傳送到蒸鍍艙內,開始蒸鍍。
在等待真空度下降的過程,他也沒閒著,把學妹帶回來的20多個產物和中間產物的樣品,各取1毫克左右,裝入核磁管,加入氘代氯仿溶解,去老化樓送了一次樣,測試核磁共振氫/碳譜。
從老化樓趕回來,他又馬不停蹄的繼續蒸鍍、測試。
最終,這批器件效率最高值達到了7.35%,學妹的體系也達到了6.50%。
看到這個結果? 許秋舒了一口氣? 不算出人意料,他也沒指望一次性達到模擬實驗室中的最高值7.50%? 只要能接近這個數值就好。
畢竟? 這次在模擬實驗室中得到的最高值和以往不同,以往可能是幾次或者十幾次的實驗結果中的最高值? 而這次經過反覆優化後,是取近百次的實驗結果。
看上去是7.50%? 實際上大概是7.30±0.20%。
這次20個器件中只有10個是許秋自己的? 樣本數量不算多,結果只要落在7.30%附近就算正常。
……
接下來的兩天,許秋又連續做了兩批器件,同時他還把那20多個產物和中間產物? 進行元素分析的送樣。
這些涉及到分子結構的基礎表徵測試? 全部中間產物都要進行的;
諸如光吸收、能級測試、顯微形貌等針對有效層或者器件的表徵手段,就不需要面面俱到了,只要考慮最終產物即可。
一連三天,做了三批器件,許秋終於在現實中重複出了7.48%和6.60%的效率。
他在做實驗的時候? 也一直在思考,有沒有什麼地方可以完善的更好? 尤其是一些現實中難以做到的,而利用模擬實驗室可以做到的優化手段。
還真被他發現了一條路子——可以採用模擬實驗系統II? 對電池器件的傳輸層進行優化。
在現實中,針對傳輸層? 通常的做法是在實驗啟動前? 做一波探索實驗? 確認一組實驗條件,固定下來長期使用。
一方面,現實中想要優化傳輸層,比如更改蒸鍍三氧化鉬的膜厚,每變換一次條件就要重新蒸鍍一次器件,再加上實驗數據是會波動的,必須大量的數據才能確認最優條件,實驗的時間成本非常高,。
另一方面,傳輸層對於器件性能的影響不大,確立了一組通用條件後,可能無法在所有體系中發揮100%的效果,但在大多數體系下都能夠穩定發揮95%以上的效果,這便足夠了,不需要每換一個體系就重新摸索一遍。
但許秋有模擬實驗室II,可以完美解決這個問題,數十台蒸鍍機器同時工作,完全可以一波就把條件給摸索清楚,而且還不會花費太多的系統積分。
之前沒想到這一點,主要原因是開啟模擬實驗室II之後,有很長一段時間許秋都沒有做器件優化工作,此外也是受了思維定勢的影響。
現在思路打開了,許秋瞬間發散思維,想到了很多點子:
比如,除了三氧化鉬的膜厚優化外,氧化鋅的製備條件也可以摸索一番,包括膜厚、退火溫度、退火時間以及其他製備工藝。
再比如,可以試一試正結構的器件,雖然大多數情況倒結構的性能更佳,而且許秋經過長期的實驗也已經習慣採用倒結構器件,製備起來更加得心應手一些,但不排除有例外出現的可能性。
此外,還有其他科研工作者開發出的一些新型傳輸層材料,比如PFN、PDIN,已經商用化了,而且也不貴,可以找深城那家光電材料公司購買一些。
金屬電極的膜厚倒是不用優化,因為只要膜厚超過一定閾值,確保器件不發生斷路,具體厚度並不重要,哪怕蒸鍍到1000納米厚,和100納米厚也沒什麼差別,反而可能因為電阻增大了10倍,導致效率降低了0.01%也不是沒可能。
當然,電極種類還是要考慮的,常用三種電極,金、銀、鋁的功函數各不相同。
不過,有之前PCE11時期的探索經驗,這方面許秋已經摸索過了,當前體系下最佳的電極是銀。
基於這些思路,許秋給模擬實驗人員下達了指令:
以現有最優實驗條件為基準,優化兩種3D-PDI系列電池器件的加工工藝,第一優先級是調控三氧化鉬的膜厚,第二優先級是調控氧化鋅製備條件,第三優先級是正結構器件的嘗試,第四優先級是是引入新型傳輸層材料(暫時沒有材料,處於凍結中)。
「總的來說,這次算的上是陰差陽錯,經過連續三天的實操,之前的一閃而逝的靈感沒抓到,反而產生新的實驗靈感。」許秋自我總結,隨後感慨道:
「就是積分消耗有點快啊,每周3000進帳,實在是有些捉襟見肘,好在之前有先見之明積攢了不少,暫時還算夠用,希望下次權限提升,能夠彌補吧。」
……
周三晚上。
因為魏興思這周四要出國,所以這些天他還是比較忙的,在周一組會後他就基本沒怎麼管實驗室了,一直在忙自己的事情。
現在終於準備妥當,空閒下來,便打算和學生們談談心,了解下最近的實驗進展。
第一個被點名的是吳菲菲,不過她進去218沒多久,大約三分鐘後,便從辦公室里出來了。
「許秋,魏老師找你。」吳菲菲說道,表情看著還挺開心的。
「好。」許秋點頭回應,今天的實驗已經完成,也沒什麼事情干,此時正在看文獻,試圖從中找點靈感出來。
聽到魏老師的召喚指令後,許秋當即放下文獻,起身前往218,只是他微微詫異排序,一般第二個是段雲才對,不過這也不重要就是了。
「實驗怎麼樣?」魏老師坐在辦公桌前,身體靠在轉椅靠背上,似乎有些疲憊,懶洋洋道。
「這周連續做了三批器件,基於我的三代8系列以及韓嘉瑩的二代B4T系列3D-PDI,目前最高效率……」許秋斟酌了一番,像往常一樣留了一手,「分別為7.03%和6.38%,還有進一步提升的空間。」順便把魏老師接下來可能問的問題也給回答了。
「7%了!」魏興思眼前一亮,挺直了身子,隨後他盯著辦公桌上的筆筒,陷入了思索,手指不自覺的開始輕敲桌子。他可不知道許秋藏了一手,如果按照尋常情況考慮,短短三天的時間,器件效率就再次取得突破的機率其實並不大,所以他得到這個消息還是有些意外的。
過了一會兒,魏興思突然看向許秋,說道:「沒記錯的話,PDI體系現在的世界紀錄,是8%左右吧。」
「是的,目前的最高效率是7.92%,」許秋點頭回應,隨後詳細介紹道:
「是去年剛發表的工作,PDI的三聚體和四聚體,灣位通過乙烯基形成稠環連接,給體材料是PCE10,那篇文章發表在了AM上。」
許秋現在要挑戰PDI的效率記錄,原記錄的文章自然看過很多遍,記得非常清楚,這篇文章還給了他實驗靈感,在設計3D-PDI分子時,採用稠環化的靈感來源便是這裡。
「有沒有信心超越他們?」這是一個疑問句,但硬生生的被魏興思說成了肯定句。
「我盡力。」許秋沒有把話說太滿。
「好!」魏興思微笑頷首,「如果能把器件效率做上去,就可以搞一篇大文章出來。」
魏興思的心中已經基本有底了,如果是段雲說出「我盡力」,不用想,這工作多半要涼,因為段雲喜歡吹牛,哪天他不吹了,就說明問題很大;而許秋比較穩重,能說出這話來,就說明他至少有五成以上的把握。
不同人說出同樣的話,代表的意思是不一樣的,魏興思作為導師,對學生能力、性格、行事風格的把握,自認為還是比較準確的。
頓了頓,他繼續問道:「對了,TRPL的結果怎麼樣?」
「還可以,之前得到了一個初步結論,3D-PDI分子稠環化,可以顯著提高給受體之間的激子拆分能力。」許秋道。
「不錯,如果加上偏理論方面的研究,甚至有機會衝擊一下Nature子刊,NC,或者Science最近新出的子刊Sci. Adv.」魏興思感慨道:
「PDI領域,已經多少年沒有出現Nature、Science系列的文章了啊。」
許秋嗯了一聲,沒有多做回應。
實際上,除了早在2001年,PDI作為受體材料首次被應用於有機光伏領域中,發表了一篇《科學》主刊外,PDI系列這些年發表的文章沒有一篇和《自然》、《科學》沾邊。
那篇《科學》文章中,R.H.Friend是其中一個文章作者,他是有機光伏領域的開創者之一。
文章的具體內容是基於PDI受體的有機光伏器件,在490納米的光照條件下,獲得了1.95%的光電轉換效率。
這在現在只是渣渣一般的成果,效率低就不說了,光照條件還只是單色光,都不是標準太陽光譜下的數據,可在當時算是突破性的進展,這意味著研究者們終於找到富勒烯衍生物的替代品了。
可惜,這麼多年來,PDI系列一直不爭氣,AM、EES、JACS、Angew(德國應化)這些材料、化學類的頂刊加起來倒是發了十篇以上,可一篇和Nature、Science沾邊的子刊都沒有,哪怕是NC這樣的《自然》小子刊都沒有。
這種情況,就像是一些研究者在一個小圈子裡自己玩,卻一直出不了圈。
歸根結底,非富勒烯受體只是有機光伏大研究領域下的一個細分領域,PDI又是非富勒烯體系中的一個細分領域。
除非能夠做到突破細分領域的成績來,比如突破有機光伏整個領域的光電轉換效率總紀錄(12%),那意義自然不同。
打破PDI體系的記錄NB嗎?
自然是NB的。
但上面還有更高的記錄。
就如同:
百萬身家厲不厲害?一般般。
千萬身家厲不厲害?還湊合。
億萬身家厲不厲害?這個厲害吧。
但上面還有十億萬富豪。
因此,現在有機會謀求一篇《自然》、《科學》的子刊,Nat. Commun.(NC),或是Sci. Adv.(SA),也算是一大進步了。
當然,在學術界,不同領域的不同研究者對於不同期刊的定位有所偏差,就如同AM和JACS之爭,換算比例究竟是1:1、1:2、2:1或是其他,沒人能說的清楚。
有人看不上NC,覺得上面有不少灌水的文章,還要收不少的版面費,不如AM,不如JACS,但你讓他們去NC上灌水試試看,他們瞬間就萎了。
相對來說,有機光伏領域,能在AM、JACS上灌水得課題組一定是比能在NC上灌水的課題組要多的。
至於NC和SA比較,相對來說,NC是老刊,比較穩定,SA是新刊,有賭的成分在裡面,未來會是什麼樣子很難說的清楚。
因此,許秋還是傾向NC。
這是有前車之鑑的,就像當年《自然》子刊Sci. Rep.(SR)剛出來,不少人覺得是NC第二,把很多好文章投了過去,坐等升值。
現在SR出了分區,是SCI三區,人們頓時傻眼了,都不好意思跟別人介紹他們當年投SR的工作。
不過,目前這些對於許秋來說,暫時還處於想像階段。
等什麼時候器件效率真到了8%以上,才有機會把這些變為現實。
PS:上周每天在6千字更新的基礎上,多更幾百到一千多字,積少成多,一周時間多更了4千字,已經把100月票和上周2000推薦票的4千加更還上了。
作者君很有節操的對吧,再求一波月票和推薦票。