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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idic-4f、idic-m、itic-th-4f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i中系统的研究了一下idic体系，利用32倍加速，对ftaz:idic体系进行了包括celiv、sclc、giwaxs、dft等测试表征，毕竟这个体系之前表现出来一些不同于其他itic系列的独有特性。其中，celiv和sclc的结果表明，idic的电子迁移率是itic的3倍左右。giwaxs和dft的结果，分别在实验以及理论上证明，idic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“idic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idic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itic的苯基侧链，idic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13%，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13%，争论自然就平息了。针对idic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itic还是idic，中央d单元都是idtt单元，为了保证分子的溶解度，引入侧链的方式是通过sp3杂化的碳原子。而sp3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d单元共轭结构呈现大约为109度28分的二面角。也就是说，两个引入的侧链和中央d单元共轭结构不共平面。在这种情况下，即使是idic这样具有烷基支链的分子，当两个idic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itic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sp3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sp2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sp2杂化，侧链是和中央d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d单元进行大幅度的改变，原先idt、idtt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iii，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itic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1/电极（电荷复合层）/有效层2/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（nrel），也就是魏兴思回国前的工作单位，在传统无机硅、砷化镓、cigs等体系中常年保持着各项世界纪录，按照2015年8月份的数据，%，%。当然，把效率做这么高，已经不是出于商业化应用的考虑了，主要目的是探索科学的边界。换句话来说，就是想知道以人类的力量，能把这个光电转换效率的数值堆到多高。在实际应用上呢，并没有太多的意义。一方面，30距并不大，只差三分之一罢了，又不像效率从1%提升到11%，有10倍的差距；另一方面，对于效率这么高的太阳能电池体系，基本上都用到了砷化镓，这玩意的成本非常高，只能用于军用或高端应用领域，比如卫星、空间站之类的，就算把效率优化到100%，也没有民用的价值。这种叠层器件，是串联的结构，但和普通干电池的那种串联有所不同。叠层器件在空间结构上是一个整体，不论是“双终端”还是“四终端”，都是一个器件只吸收一单位的太阳光。比如，对于一个双结有机太阳能电池叠层器件来说，当太阳光入射后，首先经过顶电池，吸收了300-600纳米的光，然后剩余的主要是波长大于600纳米的光，将被底电池再次吸收。听起来很美好，可以规避有机光伏器件激子吸收特性带来的光吸收范围窄的问题，有效的利用太阳光能。但实际上，叠层器件在有机光伏领域的表现并不如意。目前，纯有机光伏的叠层器件的效率，只有12%左右，%相当，而当许秋将单结效率突破到接近13%后，叠层器件的性能实际上已经落后于单结了。主要还是因为之前常年使用的pcbm富勒烯衍生物体系，受体材料几乎不能吸可见光，只能依靠给体材料吸光。如果考虑到光吸收互补，采用一个窄带隙给体的体系和一个宽带隙给体的体系的话，由于窄带隙的给体材料对应的短
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