現在有機光伏領域內關于ITIC體系的文章有很多,而魏興思課題組是首次報道ITIC這種材料的,因此不少稿件都發到了他這邊,許秋平均每個月都要審四五篇以上。
徐正宏課題組剛剛發表的一篇NC文章,許秋找早在兩個月前審稿的時候就已經見過了。
他們報道了一種名為DBC-IC的非富勒烯受體材料,與PBDB-T給體材料組合,器件效率可達10.3%。
DBC-IC的分子結構有些類似于ITIC,也是ADA結構。
不過,它的中央D單元并非傳統的基于sp2雜化碳碳雙鍵,組建成的大π共軛稠環結構,而是存在sp3雜化碳碳單鍵的非共軛結構。
當時,許秋覺得徐正宏他們做的工作還是比較有意思的,沒有盲目的跟風ITIC的結構,因此雖然效率不高,但還是給了他們一個機會——出具了大改的意見。
主要是讓他們補充一些關于器件穩定性的實驗數據,并深入挖掘一下非共軛的體系和共軛體系之間可能存在的異同。
現在徐正宏他們正式發表的NC文章中,已經包含了許秋提到的這兩點意見。
一方面,他們對比了DBP-IC、ITIC、PCBM三個體系的穩定性,發現DBC-IC的器件穩定性稍微好一些,ITIC次之,PCBM最差,尤其是在持續光照下的穩定性。
DBC-IC可以在長時間光照條件下,比如1500個小時,保持60%以上的初始器件效率,而同樣條件下ITIC的體系,效率已經衰減到50%左右,PCBM的體系,器件效率大約在200個小時持續光照的時候,就已經衰減到了0%。
另一方面,他們通過DFT模擬,發現雖然DBP-IC的中央D單元中存在碳碳單鍵,分子的構型可以發生一定程度的旋轉,但受限于空間位阻等因素,旋轉的幅度不會很大。
換言之,雖然名義上DBP-IC是非共軛的結構,但實際上還是有較強的共軛性質,并不是嚴格意義上的非共軛結構。
徐正宏他們補充實驗得出的結論,倒是和許秋預想中的差不多。
有機光伏材料之所以能夠實現光電轉化,就是因為光電材料中存在大π共軛結構。
這種共軛結構可以受到光能的激發,變為激發態,產生激子,激子拆分后的電荷會沿著分子內部,或者分子間的共軛結構進行傳輸。
這里面有一個問題,那就是這個共軛結構吸收光能被激發的過程,其實相當于是發生了化學反應的。
通常情況下,這個化學反應是可逆的,也就是當光照停止后,材料會恢復原狀。
但也存在一定的概率,使得共軛結構無法恢復,比如材料分子中的碳碳雙鍵被打開,相當于材料內形成了缺陷。
一旦形成缺陷,就會對激子的產生和輸運造成影響,進而造成光電流的損失,表現出來的結果就是器件效率低下。
因此,對于有機光伏材料來說,本身就是一個比較矛盾的存在,共軛結構賦予了有機光伏材料將光能轉化為電能的能力,但也同時背上了光照下分子結構不穩定性的“詛咒”。
總體來說,徐正宏的這個工作還是比較有啟發性的,之后許秋或許也要在共軛和非共軛之間尋求一個平衡,兼顧器件的效率和穩定性。
當然,這是較為后期的事情,現階段的主要任務還是沖擊效率。
另外,還有一篇發表在AM上的文章也挺有意思的,是港大嚴虎課題組的工作。
說起來,魏興思和嚴虎兩個課題組還是頗有“淵源”的:
之前許秋搶在嚴虎他們前面發表了PCE11的工作,導致嚴虎的JACS文章胎死腹中;
后來嚴虎他們開發出來了一種名為ITIC2的材料,和許秋設計的ITIC-Th分子結構一樣,并搶先發表。
兩個課題組之間也算是有來有往。