许秋近期的目标体系是而这两种材料还没有合成出来,他就有些无所事事。
当然,划水是不可能划水的,许秋翻了之前搜集到的偏理论研究方面的文献,整理了激子结合能以及激子扩散距离的测试方法。
他打算先在ITIC上试试水,到时候可以直接同步应用到IDIC-4F体系中。
这两个实验还是比较重要的,是他用来冲刺《自然·能源》或《焦耳》的底牌之一。
如果最终的结果和他料想的一样,把这两个结论拆开来,估计发一篇NC、一篇AM应该都没太大的问题。
但现在需要把两个重要结论,外加效率13.5体系合起来冲刺一篇《自然·能源》或《焦耳》。
没办法,想要突破AM这个级别的界限,达到《自然》大子刊级别,就是这般困难,尤其是对不算太热门的有机光伏领域来说。
两项测试中,激子结合能不需要额外购买材料,许秋便先从这项测试入手。
激子结合能,指的是有机光电材料在产生激子(被束缚的电子/空穴对)后,激子拆分成为自由电子/空穴所需要的能量,类似于化学反应活化能的概念。
对于传统富勒烯体系来说,给体材料是主要的光吸收材料,受体材料的激子结合能没有意义,因为不吸光嘛,聚合物给体材料,比如P3HT、PCE10等材料的激子结合能通常在0.3电子伏特左右。
这也是为什么传统的有机光伏体系中,给体材料和富勒烯受体材料之间要有至少0.3电子伏特的LUMO能级差,就是用来克服给体材料本身的激子结合能,确保产生的激子能够被拆分,这也使得传统有机光伏体系的开路电压天生就少了0.3伏特左右。
这个0.3电子伏特左右的LUMO能级差,也被称为“驱动力”。
对于ITIC等非富勒烯体系来说,情况就有所不同,受体材料因为吸光,激子结合能就有意义了。
而且,之前学妹的体系,发现了当H43和IT-4F之间的HOMO能级差在0.1电子伏特时,也能表现出高效、快速的电荷拆分、输运。
这表明ITIC非富勒烯体系,在传输电荷的过程中,似乎并不需要“驱动力”。
因此许秋猜测,造成这样现象最可能的原因,就是ITIC非富勒烯体系的激子结合能比较低,在0.3电子伏特以内。
毕竟激子拆分是个热力学过程,激子结合能(Eb)的表达公式,类似于活化能的阿伦尼乌斯公式在正常的太阳光照度,常温条件下:
假设激子结合能为0.3电子伏特时,产生的激子大约90%为被束缚的状态,10%为自由的电子/空穴,这种情况下,需要额外的能级差作为“驱动力”;
而假设激子结合能为0.1电子伏特时,产生的激子大约10%为被束缚的状态,90%为自由的电子/空穴,这种情况下,大部分激子已经变成了自由的电子/空穴,自然也就不需要能级差作为“驱动力”了。
如果ITIC非富勒烯受体体系的情况是后者的话,也就可以从理论上解释,为什么不需要很大的HOMO能级差,也能进行高效、快速的电荷拆分、输运。
当然,在测试结果没有出来之前,这些都是猜测,具体结果是怎么样,还是要通过实验来证明的。
实践是检验真理的唯一标准嘛。
在文献中,低温荧光发光(PL)测试是最常见测试激子结合能的方法。
具体的操作,就是测试同一样品在不同温度下的PL强度,然后通过拟合,得到激子结合能。
理论上,高温PL也可以达到类似的效果。
不过,相对于高温测试来说,低温测试更加准确一些,因为温度越低PL强度就越高,实验误差也就越小。
至于获得低温的方法,自然是用液氮冷却了。