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接下来,许秋遵照之前的策略,安排模拟实验人员合成包括

-

-

-

-

等在内的十数种新的非富勒烯受体材料。

他本人则在模拟实验室

中系统的研究了一下

体系,利用

倍加速,对

:

体系进行了包括

等测试表征,毕竟这个体系之前表现出来一些不同于其他

系列的独有特性。

其中,

的结果表明,

的电子迁移率是

倍左右。

的结果,分别在实验以及理论上证明,

分子在结晶时会呈现出更加紧密的分子排布。

拿到这些表征数据后,许秋可以初步解释出现“

体系可以制备厚膜器件,同时能量损失比较低,开路电压也比较高”这一实验现象的原因。

因为在有机光伏器件有效层的内部,正、负电荷是在给体、受体形成的单独聚集相区之内进行输运,当受体材料的晶区中,受体分子呈现出更加紧密的分子排布时,电子在分子间的输运将更容易进行,从而提升电子迁移率,进而降低能量损失,可以制备厚膜器件。

往前推演一步,造成

分子具有更为紧密的分子排布的原因,便是侧链的改变,相较于

的苯基侧链,

的烷基侧链有着更小的空间位阻,更利于两个受体分子之间堆叠。

总结下来,从微观分子结构到宏观器件表现有一套完整的因果链:

侧链改变→分子间位阻减小→有效层中受体分子排布变得紧密→电子迁移率提高→可以制备厚膜器件,能量损失降低,开路电压提高。

当然,这也只是许秋整理出来的,他觉得比较合理的一套说法,并不一定就是完全正确的。

毕竟微观级别的东西,看不见摸不着,真相究竟如何,谁都很难说明白。

这也是为什么搞理论的人,互相都会看对方不顺眼,随时会开喷。

就是因为很多事情都不会有一个确切的真相,公说公有理婆说婆有理。

而不像搞材料的,就比较简单粗暴,比较客观。

比如我这边光电转换效率

%,你不信,觉得我数据是假的,那我就做个第三方检测呗,结果出来,确实是

%,争论自然就平息了。

针对

体系的发现,许秋继续分析、推演,主要方向是怎么让电子迁移率进一步提高,让能量损失进一步降低。

他发现不论是

还是

,中央

单元都是

单元,为了保证分子的溶解度,引入侧链的方式是通过

杂化的碳原子。

杂化的碳原子,类似于甲烷的结构,在空间中会伸出两个支链,和中央

单元共轭结构呈现大约为

分的二面角。

也就是说,两个引入的侧链和中央

单元共轭结构不共平面。

在这种情况下,即使是

这样具有烷基支链的分子,当两个

分子在垂直方向上进行堆砌时,其实也是会形成较大的位阻,只是相较于

的位阻更小一些罢了。

但不管怎么说,受体分子中的侧链还是得要的,不然材料都溶解不了,自然也无从用溶液法制备电池器件。

想要解决这个问题,许秋暂时想到了两种方法,主要思路是变换引入侧链的方法。

一种方法,是利用氮原子引入侧链,同为

杂化的氮原子,因为孤对电子的存在,只有单根侧链,可以一定程度的降低位阻。

另一种方法,是利用

杂化的碳原子,也即苯环或噻吩环上的碳原子,这种情况下的碳原子,同样只有单根侧链,而且因为是

杂化,侧链是和中央

单元共轭结构共平面的,也可以大幅度降低位阻。

不过,如果采用这两种策略的话,算是对

单元进行大幅度的改变,原先

的合成思路肯定是没法用了,合成难度会大幅度增加,又是全新的结构,需要大量的摸索。

许秋打算把这个初步的想法暂时交给模拟实验室

,让高级实验人员帮忙摸索着。

算是走一步闲棋,如果有效果那自然最好,就算没有效果,也无妨。

等眼下

系列的这些工作完成后,他再投入精力攻关就是了。

除了这种大幅度对分子结构进行改性的手段,许秋还有另外一种可行的策略,有望实现器件效率的突破。

那就是制备叠层太阳能电池器件。

所谓叠层器件,顾名思义,就是多个电池串联,“叠”在一起。

平常许秋制备的器件都是单结的,也就是一个电池,如果忽略传输层,那么结构就是电极/有效层/电极。

要是双结叠层电池器件,分为双终端结构和四终端结构,双终端结构就是电极/有效层

/电极(电荷复合层)/有效层

/电极,四终端结构就是两个“电极/有效层/电极”。

要是三结叠层电池器件,那么就是三个有效层,四结就是四个有效层。

五结,暂时没听说过……

漂亮国的国家可再生能源实验室(

),也就是魏兴思回国前的工作单位,在传统无机硅、砷化镓、

等体系中常年保持着各项世界纪录,按照

月份的数据,三结器件的最高效率已经达到了

.

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