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480 三星期時間,沖刺自然

更新時間:2021-04-15  作者:肥美的韭菜
接下來,田晴匯報了自己的工作。

她近期主要基于許秋投稿《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復合之間的關系,目前并沒有什么進展。

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Y3Y5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,許秋手上并沒有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。

隨后,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,并基于這三種給體材料制備了有機光伏電池,器件性能基本重復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L2F、L6Cl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L2F、L6Cl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,所以相當于只用另外投一個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812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,真空烘干3小時,其他雜七雜八的事情花費812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,L6Cl和非Y系列受體IDIC4F材料結合,最高效率13.87,已經超過了原先的H4:IDIC4F的體系。

學妹并沒有來得及將L6Cl等給體材料與Y系列受體結合,制備器件。

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,博后學姐這兩周來,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,代價就是幫忙干活。

最終,博后學姐開發出來了包括Y11Y20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50100毫克的產量。

和學妹類似,博后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,可能主要是因為博后學姐的重復性實驗不足,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里。

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,甚至還有一定的幾率,能夠再次沖擊一篇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。

為什么我就想不到這樣去優化呢?

為什么我想到的優化就是“反向優化”?

博后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么多實驗,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于0。

有人可能會說,怎么會是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,正確的選項只有那么零星的幾個。

就算排除了一個錯誤的選項,對于總量來說,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。

因為不管怎么說,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,如果有望沖上17的話,意義非凡。

這表明,之后純有機疊層器件的效率可以沖到更高,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,還是硅太陽能電池,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,一般做不到理論那么高,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,效率沖到了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么提高的空間了,而自己的課題組又不能停工不干活,那就只能創造新的領域,繼續研究(水文章)了。

硅基太陽能電池,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。

之后,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,從當下處于統治地位的硅基太陽能電池中分走一部分蛋糕。

魏興思想起了之前他和許秋的對話,包括之前投那篇《科學》,仿佛許秋在很早的時候,就已經預知到了這一切。

莫不是這小子可以未卜先知

怎么可能呢。

魏興思很快就將這個想法移出腦海,看向許秋,微笑著開口詢問道:“這個工作接下來你打算怎么做?”

許秋回應道:“我打算親自優化,然后同步把文章也開始寫起來。”

“嗯,打算投什么期刊?”魏興思笑容不減,追問了一句,他主要是想摸一摸許秋的底,看看許秋對自己的工作有沒有信心。

聽到許秋輕松的語氣,魏興思眉毛一挑,這是基本上有了呀,于是忙說道:“很好!你就按《自然》的模板先把文章寫起來。”

隨后,魏興思看了看課題組的其他人,說道:“近期組里的實驗資源優先配給許秋,鄔勝男、莫文琳你們幾個多配合許秋做實驗,吳菲菲,你們鈣鈦礦的實驗可以緩一緩……”

“沒問題。”吳菲菲點點頭,內心有些復雜,果然“一件事情,有了第一次就會有第二次”。

現在雖然旋涂手套箱是有機和鈣鈦礦分開了,但蒸鍍手套箱還是只有一個,如果有機團隊仍然要保持原先一天一批器件的速度來做實驗的話,鈣鈦礦團隊基本上又要停工。

不過,吳菲菲倒是沒有什么“黑暗”的想法,畢竟大局為重嘛。

況且,雖然《自然》、《科學》不是吳菲菲自己發的,但她也算是一個見證者,許秋還是她的師弟,吳菲菲與有榮焉。

許秋的匯報,將組會帶入了一個高潮。

高潮過后,韓嘉瑩繼續匯報。

學妹PTQ2材料的各種表征數據已經集齊,開始整理數據,撰寫文章,目標期刊JACS。

這篇工作的主要亮點是“非鹵溶劑”,效率經過兩周的優化,用四氫呋喃THF加工的器件,突破了13,在采用非鹵溶劑的文章中,效率算是最高的。

現在許秋帶領的有機光伏團隊,在有機光伏領域始終處于先行者的位置上,隨隨便便拿出來的體系,都是某個細分領域下的最佳體系,因此想要發表一區頂刊文章的難度并不大。

這也是科研圈的現狀,想要在這個圈子里發展,有沒有跟對人,選對研究方向,還有運氣好不好可能是并列重要的,個人的努力、能力的重要性只能排在第三、第四位。

就算是能夠連發七篇《自然》的曹某,如果換一個導師,換一個研究方向的話,或許還是可以出人頭地,但不一定會如現在這般璀璨。

包括很多成功人士,之所以成功,其實就是一系列機緣巧合下的結果。

要是讓他失去記憶,重返當初,再走一遍人生路,可能不小心有一個選擇失誤,就不會有現在的他。

很多時候,成功都是不可復制的。

再比如,一些“杰青”,可能年輕的時候因為運氣比較好,有了很顯赫的成果,到了老年時期,反而沒有什么拿得出手的工作了。

這并不一定是他們劃水了,可能單純就是運氣不好,做一個領域涼一個領域。

科研這種靠天吃飯的行業,真遇到這種邪門的事情,誰都沒有辦法。

鄔勝男Y1、Y6、Y7體系的兩篇文章AM和JACS,在補充了NIM和光源數據后,同樣都已經投出。

莫文琳這邊開展了基于Y系列受體材料的疊層器件,用Y4材料取代之前頂電池中采用的COi8DFIC材料,底電池仍然使用的是IDICM體系。

最終,疊層器件效率最高達到了15.5。

雖然這個數值不及之前許秋投稿《科學》文章中報道的17.3,但也算是取得了一定的突破。

莫文琳發現,這個體系中存在的主要問題,還是頂電池和底電池電流不匹配。

深入挖掘的話,本質上就是Y系列受體材料的光吸收邊在900納米左右,而理論上比較好的頂電池材料光吸收邊應該在1050納米左右。

現在能夠做到15.5,很大程度上是靠著Y系列材料本身效率的支撐,再加上現在課題組對于疊層器件加工工藝的不斷優化。

如果想要進一步提升器件性能,比較合適的改進方向,就是合成超窄帶隙的Y系列受體衍生物,比如開發一種禁帶寬度1.1電子伏特左右的受體材料,讓材料的光吸收邊落在1050納米左右。

不過,許秋現在并沒有時間去處理這個事情。

他現在首要做的工作,是將模擬實驗室中L6Cl:Y20體系的結果給重復出來。

根據現在模擬實驗室里最新的結果,L6Cl:Y20體系的效率,已經達到了18.55。

現實中,想要做到18以上,還是非常有機會的。

幾位本科生都旁聽了組會,并做了一些匯報,或是文獻匯報,或是工作總結。

雖然他們講的內容對其他人沒有太大的用處,但是對于他們本人來說,是難得的歷練。

許秋最開始演講匯報的能力其實也不算很好,但這兩年來一直不斷的參加組會,也讓他現在演講匯報的能力大大的提高。

范文堂最近主要在幫莫文琳干活,制備著疊層器件,他已經對整套器件制備流程非常的熟悉了。

同時,許秋有時候還能夠看到范文堂在修改自己的碩士畢業論文,也是在給自己的畢業做準備。

組會結束后,魏興思把吳菲菲、鄔勝男和許秋一起喊到了江彎先材513辦公室。

“今天,我們要把兩個基金項目的線上版本提交出去,然后打印出來找院系、學校審核。”魏興思說完,轉頭補充了一句:

“許秋,你幫忙簡單的把一把關,然后就去做實驗吧,別耽誤你太多時間,這邊我們來搞就行了。”

“好。”許秋點點頭,其實這兩個基金項目的大多數工作都已經完成了,只差最后的投遞工作了。

投遞的過程,和之前許秋他們投中瑞STINT合作項目差不多,因為國內國家級的基金,大多數都是通過國家自然科學基金委下發的,所以流程都是類似的。

也就是需要填寫學術成果、代表作、每個人的簡歷等等一大堆的東西……

線上申報完成后,還需要把文件打印出來,找院系、學校審核蓋章,最后再郵寄到基金委,耐心等待結果就行了。

本來,許秋還打算今天和魏老師談一談提前畢業的事情,結果看現在這個樣子,估計他們會很忙。

而且,還有吳菲菲、鄔勝男在場,也不好開口,于是他便返回實驗室,準備進行實驗。

漂亮國MRS會議是4月1號開始,現在是3月7號,距離漂亮國之行還有三周左右的時間。

許秋打算在三周之內,把這篇《自然》文章給肝出來。

雖然聽起來有些不可思議,對于《自然》這種檔次的文章來說,三周時間著實有些短暫,但實際上也不是沒有可能。

一方面,現在有機光伏的團隊已經非常壯大,人手非常的充足。

一共有九個人,許秋作為團隊負責人,鄔勝男帶著殷后浪,主要做受體材料的合成,韓嘉瑩帶著徐心潔,主要做給體材料的合成,莫文琳帶著范文堂,主要做器件制備。

最后,還有一個湊數的田晴,以及一個“身在曹營心在漢”的陳婉清,偶爾也是可以起到一定作用的。

另一方面,現在許秋也算是知道了結果,去重復一遍過程,幾乎沒有什么難度,不存在漫長的試錯過程。

而且,現在最麻煩的合成材料步驟,都已經由鄔勝男和韓嘉瑩代為完成。

同時,光源測試,許秋也提前有所準備,在上周四的測試中,將幾種新材料的光源數據拿到了手。

因此,許秋覺得三周時間,產出一篇《自然》文章,還是非常有機會的。

返回實驗室,許秋選擇了次優的條件,在莫文琳的輔助下,制備了一批包括L6Cl:Y18、L6Cl:Y20等在內的器件。

他的要求也不高,這批只要能把效率做到17.0以上就可以了。

許秋打算通過三批器件,把效率推上18,每次提升0.5左右,這樣既不顯得突兀,又不會耽擱太多的時間。

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