許秋繼續閱讀魏興思發來的文獻。
第三篇一區文章來自國家納米科學技術中心的李丹,他們課題組又發了一篇 ,同樣是只有一張圖片的「短通訊」文章。
說起來, 這個期刊還是許秋告訴魏興思的,之前並不在魏老師的期刊檢索庫當中。
另外,這個期刊的名稱,如果縮寫成兩個字母的話,可以和《自然·通訊》的縮寫NC一決高下了……
李丹課題組報導了一種名為S1的三元共軛共聚物給體材料。
這種材料的分子結構是在PBDB-T基準給體的基礎上進行改性而來,PBDB-T是D-A二元共聚物,D單元是BDT,A單元是BDD。
而S1的話,額外引入了第二種A單元,即用氟原子和乙酸乙酯取代的噻吩單元,這種連接有兩個吸電子基團的噻吩單元,可以降低給體材料的HOMO能級。
通過改變三元共軛共聚物分子中兩種A單元的比例,可以實現對給體材料能級結構的精細調控。
結果表明,引入10%摩爾分數的第二種A單元,得到的給體材料的器件性能最佳。
此時,S1材料與他們之前開發出來的COi8DFIC受體結合,製備得到的電池器件,最高效率可以達到36%。
這是到目前為止報導的二元單結有機光伏器件中,效率最接近許秋《自然·能源》文章的一個體系。
於是,許秋也把S1材料列入到自己的給體材料庫之中。
其實,許秋對李丹課題組的印象還是比較深刻的。
對方發表的文章基本都在 上,大多是篇幅很短的「短通訊」文章,而且還都是效率比較高的體系。
另外,許秋之前在有機光伏領域中並沒有聽說過李丹這一號人,他推測可能對方是從其他光伏領域轉行過來的,然後剛好抓住了非富勒烯的風口,直接起飛。
當然,也有可能是因為對方投的期刊都比較「偏」,不在魏興思的期刊庫中,也就無法被許秋看到。
第四篇工作,是來自馬薇薇課題組的一篇AM文章。
她們做的是基於ITIC的聚合物受體材料,主要的思路就是許秋之前在《焦耳》綜述,以及交流大會時告知她們的想法。
不過,她們報導的器件性能並不高,效率剛剛突破10%。
或許是她們器件優化的不太行,許秋在模擬實驗室這邊同樣體系的結果,效率可以做到11%以上。
這個工作能夠發表在AM上,一方面可能她們是運氣比較好,另一方面可能也是因為這個工作的新意比較高,畢竟算是開創了一個小小的細分領域。
另外,或許也與這篇文章掛了許秋、魏興思的名字有關。
這篇AM文章一共四位作者,馬薇薇是四作加通訊,她的碩士生是一作,許秋是二作,魏興思是三作。
其中,許秋沒有參與到這個工作具體的實驗中,只是在對方投稿前幫忙改了改。
不過,實驗想法算是許秋提出來的,他掛個二作也並不過分。
而且,這也是科研圈的遊戲規則,花花轎子眾人抬嘛。
像學術大佬,動輒上百篇文章,近千篇的文章,很多都是掛名掛上去的,光靠自己一個課題組,是很難發這麼多文章的。
就算是大課題組,一年能穩定發20篇大大小小的文章,已經算非常難得了。
大多數情況,都是大佬主動或被動與其他人合作,大佬提個想法,掛個名,其他人幫忙實現這個想法,最終實現雙贏。
第五篇工作,來自港大的嚴虎,他們發了一篇AM的子刊AEM。
嚴虎課題組基於PCE11給體的衍生物,合成了一種類似於許秋之前做的PBT3T給體分子,將其命名為PffBX-T3。
之後,他們將PffBX-T3給體材料與ITIC2受體材料結合,製備有機光伏器件,效率可達3%。
這個工作沒太大的亮點,就是基於給體材料的改性,因此只發表在了AEM上。
現在有機光伏領域的門檻已經被許秋拉的非常高了。
本來之前8%的效率還能夠得上二區、弱一區,現在如果新意不足,就要10%的效率才能上的了弱一區,11%的效率也只能發表AM的子刊。
當然,這是對於純拼效率工作的標準。
如果有其他亮點的話,比如馬薇薇那篇,雖然效率差一些,但也可以上AM。
第六篇工作,中科院化學所的盧長軍課題組發表了一篇JACS。
他們報導了一種有機光伏疊層器件,效率可達8%。
用的材料大多都是老材料,底電池是PBDB-T:ITCC-M,頂電池是PCE10:IEICO,傳輸層材料使用了氧化鋅、PEDOT:PSS、PCP-Na、PFN-Br。
之前漂亮國Forrest課題組也發表了一篇有機光伏領域疊層器件,不過是在《自然·光電》上,效率可以達到14%以上。
其實,單論這兩篇疊層器件文章的水平,盧長軍課題組這篇JACS和之前Forrest課題組的《自然·光電》差距並不大。
但盧長軍他們卻只發表了一篇JACS,還是有些可惜的。
可能有多方面的原因,比如盧長軍他們出手速度有些慢,投稿時間晚於漂亮國Forrest課題組;效率也沒有突破,8%的數值略低於Forrest課題組的14%+;再加上盧長軍在有機光伏領域的影響力也不如Forrest。
綜合下來就只發表了一篇JACS。
另外,可能也是因為JACS這樣的一區頂刊,與《自然·光電》這種《自然》大子刊之間沒有什麼過渡的期刊。
如果沖不上《自然》大子刊,那就只能掉回JACS、AM、NC、EES……。
也因此,一些課題組如果覺得自己沖不上去,就不會去投《自然》大子刊,因為《自然》大子刊審稿比較慢,太過於浪費時間。
第七篇工作,泡菜國Choi課題組發表了一篇ACSEL。
他們合成了一種名為3MT-Th的給體材料,這種二元D-A共聚物給體材料的分子結構非常的簡單,D單元是BDT,A單元是單乙酸乙酯取代的噻吩,合成起來較為容易,成本可能也比較低。
他們將3MT-Th給體和IDIC受體材料結合,並用非鹵溶劑甲苯進行器件加工,效率最高可達10%。
總的來說,這種3MT-Th材料的設計思路和許秋之前交給學妹的PTQ系列材料有些相似。
主要也是突出「合成簡單、節省成本」的亮點,另外這個工作還捎帶了「非鹵溶劑」的概念。
受這篇文章的啟發,許秋打算之後也讓學妹試一試非鹵溶劑,雖然器件效率不一定能夠提升,但也算是一個白撿來的亮點,不用白不用。
看到這裡,許秋發現最新報導出來的文章,大多數都是基於給體材料的合成與開發。
他推測可能是因為自己做的受體材料太多了,把其他人能走的路都給走的差不多了,導致其他人紛紛選擇了給體材料的道路。
當然,也有可能因為很多課題組的優勢方向就是給體方向。
畢竟,之前富勒烯體系統治下的時代,基於受體材料的開發吃力不討好,使得大多數研究者從事的都是給體材料的開發。
另外,從功利性的角度上來講,現在許秋已經把受體材料開發的非常完備了。
而給體材料卻相對匱乏,機會非常的多。
只要順便合成出來一種差不多的給體材料,和買來的ITIC等基準受體材料混一混,拿到一個10%的效率並不算難。
一旦效率可以達到10%,基本上就可以發一篇弱一區,甚至一區的文章。
這種檔次的文章,哪怕是對於正教授來說,都是非常有吸引力的。
同時,許秋還發現國內同行們的科研嗅覺,以及反應速度也是比較快的。
放眼望去,有機光伏領域的半壁以上江山都被國內的研究者給占據了。
當然,這可能也和漂亮國縮減了有機光伏領域的研究經費有關。
包括魏興思從漂亮國回國,其實也是受到了漂亮國政策這方面的影響,他原先在NREL課題組的運轉出現了一些問題。
一區文章一共就只有這七篇,剩下的都是一些弱一區或二區的小文章了。
現在許秋看這些弱一區或二區的小文章,只要不是純機理相關的文獻,大多數文章都只需要不到一分鐘的時間,就可以閱讀完畢。
只要看看標題、摘要、再掃一眼圖表,基本上就能知道對方做了一個什麼樣的工作。
來來回回就那麼一些東西:基於給體的改性、受體的改性、傳輸層的改性,或者是玩其他一些概念。
看起來是有一些水,但許秋作為一個從業者,也知道這其實是沒辦法的事情。
在現階段,有機光伏領域確實沒有太多新的東西可以挖掘。
說白了,有機光伏領域現在還處於發展階段,只能單純的比拼效率,效率高的去頂刊,效率低又沒有太大的亮點就去差一些的期刊。
只有把效率衝到一定程度,才能夠去考慮更加深遠的問題。
就好比,人吃飽了才會去追求精神方面的滿足一樣。
現在有機光伏領域還是處於餓肚子的狀態,如果效率一直無法突破,最終的結果就是走向消亡,也就是餓死了。
只有吃飽了,比如效率突破18%、20%,可以和鈣鈦礦、矽基太陽能電池掰掰手腕了,這時候才能去考慮建立理論模型,解決工業化中可能遇到的各種問題。
這是一個循序漸進的過程。
想要一蹴而就,一下子突然就取得突破,這是幾乎不可能實現的事情。
不止有機光伏領域是這樣的,現今其他的科研領域也都是一樣的,即使是熱門的科研領域。
因為科技發展到現在,容易取得突破的領域基本上早就已經突破了,剩下的大多都是難啃的骨頭。
有人說:「鈣鈦礦和石墨烯,兩大領域養活了很多科研人」,「鳥屎摻雜石墨烯都能讓它的性能變好」。
言下之意就是說:「這兩個領域很容易水文章,也水了很多文章」。
他們說的確實有一定的道理。
可以看到的事實是,每年這兩個領域都有很多CNS文章發表,AM、JACS之類的一區頂刊更是不計其數。
比如,曹某到現在研究石墨烯,已經發表了7篇《自然》。
但目前不論是鈣鈦礦還是石墨烯,卻都還是停留在實驗室階段,無法實現產業化。
從這種意義上來說,確實是挺水的。
發了這麼多頂刊,占用了這麼多科研資源,卻沒有絲毫的實際產出。
但反過來想,如果人們都不去水文章,那這兩個非常有潛力的領域也就無從發展。
「水」的背後,其實是科技大爆炸的時代已經過去,人類文明的科技進展陷入了停滯,或者說低速發展的境地。
原先需要100點數就可以點亮的科技樹,現在可能需要100W點數才能點亮。
在這種情況下,即使科研從業人員的總能力值隨著文明的發展,有所提高,比如提高了100倍,但點亮科技樹消耗的時間卻還是原來的100倍。
換言之,「水」只是發展緩慢的一個外在表現。
其實,換位思考一下也能知道,不論是國內,還是國際上,站在頭部的科學家們,大概率還是對科研有所追求的,如果真的有能力取得關鍵性的突破,誰又會想去水文章呢。
看完魏老師發過來的文獻,許秋又去wos網站上查了一下自己的幾篇工作,現在已經到了2月份,應該會更新一次文章的信息。
結果發現,PCE11給體的AM文章,也就是許秋第一篇大滿貫的文章,現在已經失去了熱點文章的小火苗標識,不過仍舊保留了高被引的小皇冠。
這也很正常,畢竟PCE11材料的結晶性太強,和富勒烯受體適配度還可以,但和大多數非富勒烯體系的適配度不高。
而現在時代已經改變了,富勒烯對有機光伏領域長達近20年的統治已經結束,PCE11也就成為了「時代的眼淚」。
ITIC受體的AM文章,熱點文章和高被引的標識均存在,而且被引用次數已經成功突破100次,達到了168次,被引用次數增長的非常快。
這主要是因為近期非富勒烯相關的文章呈現井噴態勢,光SCI一二區的文章,在這一個月里就有近30篇被發表出來,如果算上魏興思沒有檢索到的SCI三四區文章,這個數量只會更高,可能會超過50篇。
而現在發表的有機光伏領域文章,大多數都和ITIC相關,因此基本都會去引用許秋最早發表的ITIC文章。
另外,ITIC相關的《焦耳》綜述,以及IDIC-4F受體的《自然·能源》的文章,均被評為熱點文章和高被引文章,獲得了小火苗和小皇冠標識。
同時,這兩篇文章的實時被引用次數也均超過了兩位數,增長速度同樣非常的快。
這都是意料之中的事情,現在許秋和魏興思已經成為了有機光伏領域的領軍人物,發表出去的文章被其他課題組關注並引用的可能性非常高。
就算其他作者只從功利性的角度來考慮,如果發文章不去引用許秋文章的話,萬一文章審稿的時候被發到了魏興思這邊,那不就尷尬了……
畢竟,不同審稿人的意見,在期刊編輯那邊也是不同的,像是現在的魏興思課題組審有機光伏領域的稿件,如果給出一個拒稿意見,基本上這篇文章就涼涼了。
把幾個新出來的小火苗和小皇冠截圖保存下來之後,許秋關閉了wos的網頁。
幾天後,模擬實驗室中傳來了一個非常大的好消息。
那就是經過一系列的側鏈調控,最終誕生了三個效率突破17%的二元單結體系。
對應的受體材料名稱分別為Y15、Y18和Y20,它們與J4給體材料結合製備出來的器件,最高效率分別可達17%、02%和40%!
最佳體系J4:Y20的效率,甚至反超了之前《科學》文章中疊層器件的最高效率36%!
具體來說,Y15、Y18、Y20都是對Y14進行側鏈調控而得到的材料。
在初始Y14材料中,TT單元上的側鏈為直鏈的十一烷基(C11),也就是十一個碳原子的直鏈飽和烷烴,氮原子上的側鏈為2-乙基己基(EH),也就是8個碳原子的支鏈狀飽和烷烴。
首先,Y15材料。
它相比於Y14材料,僅更改了TT單元上的側鏈,變更為直鏈的壬基(C9),也就是九個碳原子的飽和烷烴,氮原子上的側鏈保持EH不變。
Y15體系器件性能獲得小幅度的提升,許秋簡單分析後,將其歸因於「縮短側鏈讓受體分子堆砌更加容易實現,進而提升材料的電荷遷移率」。
當然,實際上影響的因素是比較複雜的,這是一個多因素共同影響下的平衡結果。
比如,許秋還合成了Y16材料,它相比於Y15材料,進一步縮減TT單元上的側鏈,變更為直鏈的庚基(C7),也就是七個碳原子的飽和烷烴,氮原子上的側鏈保持EH不變。
Y16與J4材料共混後的器件性能,只有68%。
相較於Y14體系16%的效率,和Y15體系17%的效率,Y16體系效率下降幅度非常大。
Y16性能縮水的原因,一方面可能是側鏈太短,導致材料的溶解性難以保證,比如Y14和Y15在常溫條件下,可以配製15毫克每毫升的氯苯溶液,而Y16需要加熱到80攝氏度以上,才能配製出同樣濃度的溶液;
另一方面,可能也是側鏈太短,導致分子堆砌的太過容易,GIWAXS結果中,Y16材料的結晶信號明顯強於Y14和Y15,這就使得Y16材料的結晶性太強,難以與J4給體材料實現有效的共混,共混形貌較差。
其次,Y18材料。
它相比於Y14材料,僅更改了氮原子上的側鏈,將其變更為了2-丁基辛基(BO),也就是12個碳原子的支鏈狀飽和烷烴,TT單元上的側鏈保持C11不變。
DFT模擬分析結果表明,Y14材料的分子骨架具有15度的扭轉角,共平面性較差,而Y18材料分子骨架的扭轉角只有5度。
因而,許秋將Y18材料性能的提升歸因於「Y14材料TT單元上的EH側鏈空間位阻比較大,使得Y14分子骨架共平面性較差,影響其電荷輸運性能」。
最後,Y20材料。
它綜合了Y15和Y18的優點,既將TT單元上的側鏈,變更為直鏈的壬基(C9),又將氮原子上的側鏈,變更為2-丁基辛基(BO)。
最終,Y20材料表現出器件性能上的突破,以及1+1>1的結果。
除了成功跨入17%俱樂部的Y15、Y18和Y20以外,還有一些其他「失敗」的Y系列材料,比如剛剛的Y16材料就是一個例子,直接撲街到了12%。
這也表明,側鏈的細緻調控,對於Y系列材料最終器件性能的影響還是非常關鍵的。
從這一點來看,Y系列材料的調控過程和當初PCE11材料的調控非常的像,也都是主要針對於側鏈的調控。
許秋頓時找到了一個能夠合理自引那篇PCE11的AM文章的理由。
說實話,過年期間Y系列受體材料的摸索工作能夠這麼順利,許秋也是稍微有些意外的。
想想當初,他開發出Y3材料,效率做到了8%,但想往上突破到15%,就像便秘一樣,廢了半天勁都上不去。
而現在,自從開發出Y12以後,短短半個月的時間,就直接把效率從15%衝上了17%。
不過,其實也可以理解。
科研這玩意,就和拉稀一樣,只要找到關鍵點,最開始那一下出來了,後面就順利多了,如同「靈感噴薄而出」一般。
當然,就像稀總會拉完,提升也都是有極限的。
比如,現在怎麼把這個40%,繼續向上突破達到18%,甚至更高,就相對比較困難了。
好在許秋現在手中的底牌還有不少。
在摸索Y系列材料的過程中,他為了對比方便,一直是把給體材料鎖死為J4。
現在,他通過文獻閱讀,已經豐富了自己的給體庫,有很多其他的給體材料可供選擇。
包括之前從清北大學臧超軍,中科院化學所盧長軍,以及國家納米科學技術中心李丹那邊得到的L2、L6、S1幾種材料,許秋都已經同步開發出了他們當前的材料,以及更新的材料版本。
這種做法,有一點像是南山必勝客的做法。
比如當初快樂網開發出來的快樂農場,眼看就要盈利了,結果南山必勝客也開發了一款南山農場,直接免費,然後就把快樂農場給弄死了。
不過,科研嘛,大家都是為了整個領域的進步,互相借鑑彼此的成果也是非常正常的事情。
論文發出來,就是為了讓別人參考嘛,不然為什麼要發表呢。
而且,許秋雖然在L2、L6、S1的基礎上做出了一些修改,比如引入氟原子、氯原子等等,但並沒有把材料名稱進行大改,而是直接叫為L2-Cl、L6-F等等,還是比較給原作者面子的。
因此,接下來,摸索的重點,就是用這些新材料去和Y15、Y18和Y20進行排列組合。
除此之外,關於加工工藝,許秋這邊還有各種精細優化的手段,包括溶劑添加劑、熱退火、溶劑退火、真空放置、熱旋塗、噴塗……
開拓了這麼多方法,現在總有一款可以用的上。
總之,目標就是衝擊18%!