許秋近期的目標體系是而這兩種材料還沒有合成出來,他就有些無所事事。
當然,劃水是不可能劃水的,許秋翻了之前搜集到的偏理論研究方面的文獻,整理了激子結合能以及激子擴散距離的測試方法。
他打算先在ITIC上試試水,到時候可以直接同步應用到IDIC-4F體系中。
這兩個實驗還是比較重要的,是他用來沖刺《自然·能源》或《焦耳》的底牌之一。
如果最終的結果和他料想的一樣,把這兩個結論拆開來,估計發一篇NC、一篇AM應該都沒太大的問題。
但現在需要把兩個重要結論,外加效率13.5體系合起來沖刺一篇《自然·能源》或《焦耳》。
沒辦法,想要突破AM這個級別的界限,達到《自然》大子刊級別,就是這般困難,尤其是對不算太熱門的有機光伏領域來說。
兩項測試中,激子結合能不需要額外購買材料,許秋便先從這項測試入手。
激子結合能,指的是有機光電材料在產生激子(被束縛的電子/空穴對)后,激子拆分成為自由電子/空穴所需要的能量,類似于化學反應活化能的概念。
對于傳統富勒烯體系來說,給體材料是主要的光吸收材料,受體材料的激子結合能沒有意義,因為不吸光嘛,聚合物給體材料,比如P3HT、PCE10等材料的激子結合能通常在0.3電子伏特左右。
這也是為什么傳統的有機光伏體系中,給體材料和富勒烯受體材料之間要有至少0.3電子伏特的LUMO能級差,就是用來克服給體材料本身的激子結合能,確保產生的激子能夠被拆分,這也使得傳統有機光伏體系的開路電壓天生就少了0.3伏特左右。
這個0.3電子伏特左右的LUMO能級差,也被稱為“驅動力”。
對于ITIC等非富勒烯體系來說,情況就有所不同,受體材料因為吸光,激子結合能就有意義了。
而且,之前學妹的體系,發現了當H43和IT-4F之間的HOMO能級差在0.1電子伏特時,也能表現出高效、快速的電荷拆分、輸運。
這表明ITIC非富勒烯體系,在傳輸電荷的過程中,似乎并不需要“驅動力”。
因此許秋猜測,造成這樣現象最可能的原因,就是ITIC非富勒烯體系的激子結合能比較低,在0.3電子伏特以內。
畢竟激子拆分是個熱力學過程,激子結合能(Eb)的表達公式,類似于活化能的阿倫尼烏斯公式在正常的太陽光照度,常溫條件下:
假設激子結合能為0.3電子伏特時,產生的激子大約90%為被束縛的狀態,10%為自由的電子/空穴,這種情況下,需要額外的能級差作為“驅動力”;
而假設激子結合能為0.1電子伏特時,產生的激子大約10%為被束縛的狀態,90%為自由的電子/空穴,這種情況下,大部分激子已經變成了自由的電子/空穴,自然也就不需要能級差作為“驅動力”了。
如果ITIC非富勒烯受體體系的情況是后者的話,也就可以從理論上解釋,為什么不需要很大的HOMO能級差,也能進行高效、快速的電荷拆分、輸運。
當然,在測試結果沒有出來之前,這些都是猜測,具體結果是怎么樣,還是要通過實驗來證明的。
實踐是檢驗真理的唯一標準嘛。
在文獻中,低溫熒光發光(PL)測試是最常見測試激子結合能的方法。
具體的操作,就是測試同一樣品在不同溫度下的PL強度,然后通過擬合,得到激子結合能。
理論上,高溫PL也可以達到類似的效果。
不過,相對于高溫測試來說,低溫測試更加準確一些,因為溫度越低PL強度就越高,實驗誤差也就越小。
至于獲得低溫的方法,自然是用液氮冷卻了。