482 《自然》文章,初稿完成!(求订阅)(3 / 5)

L6Cl、Y20材料的分子结构、材料的光吸收光谱、材料的荧光光谱、器件的结构、器件的JV曲线、器件的EQE曲线。

毕竟,报道的是有机光伏器件嘛,光吸收、器件性能这些肯定都不可缺少,何况这篇工作还是以高效率为主要亮点。

具体来说,现在最佳器件的光电性能参数是:

短路电流密度26.4毫安每平方厘米,开路电压0.89伏特,填充因是0.77,光电转换效率18.11。

这里,许秋打算延伸一下,分析为什么Y系列材料相较于ITIC系列材料的性能更佳。

从分子结构上来看,Y系列材料中引入了含多个氮原子的缺电子核,构筑了ADADA型结构,代替了原先ITIC系列材料的ADA结构。

许秋推测,造成Y系列材料性能更佳的一个重要的原因,是Y系列材料中央的A单元,了额外的电子输运通道,使得Y系列材料具有较高的电子迁移率,后者是经由SCLC、CELIV等手段验证过的。

同时,非常高的荧光淬灭效率,高达0.77的填充因子,也证明了当下体系内的电荷输运性能确实极佳。

另外,还有一个实验现象,就是Y系列材料的性能受到侧链调控的影响非常大,也可以一个佐证。

像ITIC系列ADA型分子,电子的输运通道主要在两侧的A单元,那么对主要位于D单元上的侧链进行细微的调控,对分子本身电荷输运的影响就不大。

也因此,许秋之前对ITIC系列材料的侧链调控通常都是大改,比如将苯环侧链改为烷基侧链,合成IDIC,而没有进行太多细微的调控,比如设计6、8、10个碳原子的侧链,因为这样的改变对材料的性能影响并不大。

而Y系列ADADA型分子,电子的输运通道既在两侧的A单元上,又在中央的A单元上,如果对位于D单元上的侧链进行细微的调控,也会显著影响中央A单元电荷输运的性能,进而影响整体的电荷输运性能。

最终,许秋认为ADADA型非富勒烯受体材料,可以成为一个高性能材料的范例。

其他研究者可以以此为依据,开发出其他类似结构的高电子迁移率的受体材料。

第二张图片,许秋选择了若干种具有不同HOMO/LUMO能级结构的给体材料,包括L2、L6、PTQ1等材料,将它们和Y20受体材料相匹配,列出最终得到的器件性能,进行比较。

一方面,是为了感谢一下开发出来L2、L6材料的臧超军、卢长军课题组,如果没有他们,18的效率大概率是冲不上的,很可能会和之前叠层器件一样,止步在17;

另一方面,也是表达一个倾向,让人们不要一股脑的全去研究受体材料,给体、受体材料两手都要抓,两手都要硬。

换言之,许秋想表明一个观点:“聚合物给体的创新对于提高器件性能也至关重要”。

同时,在这张图中,许秋也引出来了能量损失的概念,为后文的分析做准备。

第三张图片,许秋规划了一张类似于之前放在《科学》投稿当中的半经验分析图谱,主要的考虑标准是能量损失、填充因子对于器件光电性能的影响。

这里,许秋的主要观点是:“低的能量损失和高的电子迁移率,是有机光伏效率达到20以上的关键。”

同时,许秋还列举出了接下来努力的方向,当短路电流密度达到27.0毫安每平方厘米,开路电压达到0.926伏特,填充因达到0.80,光电转换效率就将突破20。

第四张图片,许秋准备放一些有机光伏领域概念性的图片,包括通过柔性、半透明、大面积、刮涂等概念制备出来的器件成品图,主要是想展示一下有机光伏领域的优势。