480 三星期時間,衝刺《自然》!(1/2)
接下來,田晴匯報了自己的工作。
她近期主要基於許秋投稿《科學》文章中的底電池、頂電池有效層材料,設計了若干種傳輸層組合下的有機光伏疊層器件,初步探索疊層器件的器件結構與界面電荷複合之間的關係,目前並沒有什麼進展。
這回田晴實驗上進展緩慢是可以理解的。
因此這次的實驗涉及到一種新的CELIV測試方法,她也是一邊學習一邊實踐的。
理論方面的研究和解釋,主要將由芬蘭Ronald團隊進行。
許秋這兩周幾乎沒有做實驗,專心碼了兩周的文章。
之前缺少的實驗數據,NIM第三方檢測的數據,已經由莫文琳到京城送樣得到,光源數據,是在上周四測好的。
現在數據已經齊全,文章也已經撰寫完成。
因此,在上周日的時候,兩篇文章被相繼投出。
其中,一篇是Y2體系,投了AM。
另一篇是Y3-Y5體系,投了EES。
之所以這篇選擇投EES,單純是因為許秋好久沒有投這個期刊了,索性就去投了一篇。
AM、JACS、EES、NC這幾個材料領域的一區頂刊,也要雨露均沾嘛,當然,NC就算了,有些太貴了。
而且,從嚴格意義上來講,許秋手上並沒有EES的一作文章,倒是有一篇和學妹一起共一的EES,不過他是排在第二位作者的。
隨後,許秋代韓嘉瑩、鄔勝男匯報了她們的部分實驗結果。
首先,學妹合成出來了L2、L6、S1兩種給體材料,並基於這三種給體材料製備了有機光伏電池,器件性能基本重複出來了文獻中的結果。
同時,學妹還按照許秋的指示,對L2、L6材料進行改性,開發出了包括L2-F、L6-Cl等在內的若干種給體材料。
客觀上來講,韓嘉瑩僅花費了大約兩周的時間,就把這些新的材料都給肝了出來,工作效率確實很高。
究其原因,一方面,有了L2、L6,再去開發L2-F、L6-Cl這些新材料的話,就容易許多。
因為優化的位點都是在BDT單元上,而氟取代或者氯取代的BDT單元是有現成材料的,不需要重新合成,所以相當於只用另外投一個Stille偶合反應即可。
另一方面,現在韓嘉瑩長期專攻聚合物給體材料的合成,對給體材料的合成功底已經非常深厚,再加上應用了可以縮短反應時間的微波反應器,還有徐心潔這個本科生小幫手,學妹的工作效率得以大大的提升。
原先投一個聚合反應,從投出反應到拿到產物,可能需要拖一周時間,現在速度快的話,最快兩天就可以搞定。
投反應1小時,反應時間8-12小時,甲醇、丙酮、正己烷索氏提取12小時,氯仿索氏提取12小時,真空烘乾3小時,其他雜七雜八的事情花費8-12小時,共計48小時左右。
不過,雖然材料是拿到手了,但還效率數據還沒有做全,只有一個初步摸索的結果。
其中,L6-Cl和非Y系列受體IDIC-4F材料結合,最高效率13.87%,已經超過了原先的H4:IDIC-4F的體系。
學妹並沒有來得及將L6-Cl等給體材料與Y系列受體結合,製備器件。
因為在現實中做器件還是比較麻煩的,不可能像許秋那樣,直接開掛,批量化把所有體系都同步摸索一遍。
所以研究者在模仿其他人的時候,通常會優先找結構類似的體系進行嘗試,也就是所謂的控制變量法,講求一個循序漸進。
不然,沒有參照的話,最終效率不管是漲了還是跌了,都不好解釋。
另外,博後學姐這兩周來,基本上也把全部的精力都投入到幫許秋合成新的系列材料上了。
畢竟,她之前近似的從許秋這邊「白嫖」了兩篇高檔次文章,肯定是要還的,代價就是幫忙幹活。
最終,博後學姐開發出來了包括Y11-Y20等在內的一系列Y系列受體材料,一共有十數種,每種差不多有50-100毫克的產量。
和學妹類似,博後學姐也只進行了初步的器件性能摸索。
不過,拿到手的結果卻讓她驚了個呆。
性能最佳的H4:Y18體系,效率居然有16.57%!
H4:Y20體系的性能次之,效率也有16.50%!
之所以性能最佳的是Y18,而非許秋模擬實驗室中得到的Y20,可能主要是因為博後學姐的重複性實驗不足,數據波動性比較大。
當時,鄔勝男看到熱騰騰剛出爐的16.57%數據,暗自慶幸,還好自己之前14%的體系沒有貪《自然》大子刊,不然估計得埋在自己的手裡。
看現在這個情況,二元單結體系,有接近17%的效率,一篇《自然》大子刊肯定是沒跑了,甚至還有一定的機率,能夠再次衝擊一篇CNS。
鄔勝男不禁感慨,許秋上篇《科學》投出去也沒過多久吧,現在居然就又有一個新的體系能夠達到CNS的門檻。
為什麼我就想不到這樣去優化呢?
為什麼我想到的優化就是「反向優化」?
博後學姐陷入了短暫的自我懷疑,不過她很快就調整好了心態。
因為按照她對許秋的了解,肯定不會虧待自己的,有道是「沒有功勞,也有苦勞」。
許秋吃肉,她喝口湯,多混幾篇AM之類的文章,也可以滿足了。
憑本事蹭到的文章,不寒磣。
其實,魏興思之前在收到許秋實驗想法的時候,得知許秋打算一次性合成十數種Y系列受體材料,也是有所疑慮的,擔心一下子同時開展這麼多實驗,會不會「步子太大,扯到蛋」。
畢竟,科研這東西,投入再多的人力物力,一旦方向走錯了,最終的收益可能近乎於0。
有人可能會說,怎麼會是0呢?至少排除了一個錯誤選項嘛。
但事實上,錯誤的選項可能有千千萬萬個,正確的選項只有那麼零星的幾個。
就算排除了一個錯誤的選項,對於總量來說,依舊是不起眼的,因為分母足夠大。
不過,當時的魏興思雖然有所疑慮,但還是堅定的對許秋予以了支持。
因為不管怎麼說,許秋有歷史戰績作為支撐,所以還是值得魏興思無條件去相信的。
現在,魏老師在組會看到這樣的結果,他知道自己當初做了一個明智的選擇,笑的合不攏腿,翹著二郎腿,抖呀抖的。
魏興思想的更加深遠一些:
按照現在這個走向,僅僅是初步嘗試,就已經達到16.57%的效率了。
如果還能做到更高,哪怕只提升了一點點,可以達到17%,也有不小的概率,能夠再中一篇CNS級別的文章。
畢竟,現在這個是二元單結的體系,如果有望衝上17%的話,意義非凡。
這表明,之後純有機疊層器件的效率可以衝到更高,就連20%這個大門檻甚至都有機會跨越!
如果真的能上20%,有機光伏領域將迎來一番蛻變,自己的課題組也將成為榮耀殿堂中的最璀璨的那一位。
因為不論是有機光伏、鈣鈦礦光伏,還是矽太陽能電池,光電轉換效率都是有極限的。
根據肖特基極限理論,這個效率極限理論值大約在30%左右。
而實際上的效率值,一般做不到理論那麼高,20%出頭就已經非常逼近極值了。
比如,現在非常火熱的鈣鈦礦光伏器件,效率衝到了23%、24%左右,想要更近一步,就難以實現。
這也是不少人轉而去做二維鈣鈦礦的原因,因為原先的道路沒什麼提高的空間了,而自己的課題組又不能停工不幹活,那就只能創造新的領域,繼續研究(水文章)了。
矽基太陽能電池,研究者們做了40多年,現在效率也是卡在了26%、27%的樣子。
如果有機光伏能夠達到20%,其實和23%、26%的差距已經非常小了。
之後,要是能夠解決有機光伏成本、穩定性等一系列問題,有機光伏未嘗不能實現商業化,從當下處於統治地位的矽基太陽能電池中分走一部分蛋糕。
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