温馨提示：本推文包含18篇文献，预计阅读时间约18min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。
1. Energ. Environ. Sci.：非富勒烯受体的分子设计使P3HT基有机太阳能电池的效率达到9.46％
低成本的优势使P3HT成为光伏应用中最有吸引力的电子供体之一，但是基于P3HT的有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率（PCE）仍然很低（7-8％）。在此，为了调节相分离形态以增强基于P3HT的OSC中的PCE，通过修饰BTP-4Cl中的氰基取代的端基，设计并合成了新的NFA，即ZY-4Cl。基于P3HT：ZY-4Cl的OSC的PCE显着提高了约9.5％，这是基于P3HT的OSC的新记录。此外，合成了两种模型化合物TT-CN和TT-O，分别模拟了BTP-4Cl和ZY-4Cl的端基。计算出的Flory-Huggins相互作用参数，DSC和AFM结果清楚地表明，与无氰基的TT-O相比，氰基取代的化合物TT-CN与P3HT的相溶性强得多。其他两个代表性NFA也验证了这种分子设计策略。因此，这项工作不仅报道了基于P3HT的OSC具有较高PCE的NFA，而且从形态控制的角度为NFA的分子设计提供了指导。
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/EE/D0EE01763A#!divAbstract
2. Adv. Energ. Mater.：超薄钙钛矿单晶提高了太阳能电池的性能
晶粒和晶界在决定基于卤化物钙钛矿的光电器件性能中起着关键作用。具有大晶粒，较小晶界和均匀表面形态的卤化钙钛矿单晶固体改善了电荷转移和收集，抑制了复合损失，因此非常适合开发高效的太阳能电池。迄今为止，用于太阳能电池的合成高质量薄单晶（TMC）的策略仍然受到限制。在这里，通过结合反溶剂气相辅助结晶和空间限制策略，制造了高质量毫米级的甲基铵碘化铅（MAPbI3）钙钛矿，其厚度可控制在几十纳米到几微米之间。基于这些MAPbI3 TMC的太阳能电池的功率转换效率（PCE）为20.1％，与多晶对应物（PCE）的17.3％相比，显着提高。MAPbI3 TMC显示出较大的晶粒尺寸，均匀的表面形态，高的空穴迁移率（高达142 cm2 V-1 s-1）以及低的陷阱（缺陷）密度。这些性质表明，TMC可以有效抑制辐射和非辐射复合损失，从而为最大化钙钛矿型太阳能电池的效率提供了有希望的方法。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000453
3. Adv. Energ. Mater.：高度结晶的PTQ10：IDIC有机太阳能电池中的激子和电荷载流子动力学
本文研究了供体聚合物PTQ10和分子受体IDIC的本体异质结（BHJ）的形貌和激子/电荷载流子动力学。PTQ10：IDIC BHJ被证明对于低成本有机太阳能电池（OSC）特别有希望。发现PTQ10和IDIC在优化的BHJ中均显示出极高的结晶度，GIWAXS数据表明pi-pi堆叠相干长度高达8 nm。激子-激子湮没研究表明，两种纯净材料的激子扩散长度均很长（PTQ10为19 nm，IDIC为9.5 nm），尽管这种混合物中的相分离程度很高，但仍能实现有效的激子分离，半衰期为1和3 ps。瞬态吸收数据表明，激子分离导致形成两个光谱上不同的物质，分别分配给界面电荷转移（CT）状态和分离的电荷。CT状态的衰减与其他单独电荷的出现相关，表明该混合物的高结晶度导致了相对有效的CT状态解离。结果强调了高材料结晶度的潜力，以增强OSC中的电荷分离和收集，但长的激子扩散长度可能对于这种高结晶度设备中的有效激子分离至关重要。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202001149
4. ACS Energy Lett.：富含溴化物的宽带隙钙钛矿太阳能电池中卤化物的偏析与界面复合
钙钛矿为实现高效的多结光伏器件提供了令人兴奋的机会。这需要高VOC且通常富含溴的钙钛矿，目前这些钙钛矿遭受卤化物偏析。在这里，研究了宽带隙范围（?1.5-1.9eV）的三阳离子钙钛矿电池。虽然所有宽间隙电池（≥1.69eV）在光照下都会发生快速的相分离，但电致发光光谱受此过程的影响较小。测量结果表明混合卤化物相的辐射效率低，这解释了随着溴含量的增加造成VOC的损失。在非隔离的部分电池堆叠上进行的光致发光测量表明，两个运输层（PTAA和C60）均会诱导显着的非辐射界面重组，尤其是在富含溴（> 30％）的样品中。因此，分离的富含碘化物的区域的存在不是VOC损失的直接原因。此外，LiF只能改善主要受n型界面（≤1.75eV）限制的电池的VOC，从而导致20％的有效1.7eV带隙电池。但是，必须同时优化p型接口才能进一步推进更大的带隙（≥1.75eV）引脚型单元。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01104
5. J. Am. Chem. Soc. 锂离子电池的电解质氧化途径
减缓锂离子电池电解液分解反应对控制器件寿命和性能至关重要。然而，由于该系统的复杂性，再加上各种电解质成分、电极材料和操作参数，对关键化学机理的清晰理解仍然是难以捉摸的。在这项工作中，操作压力测量，溶液NMR和电化学方法相结合，以研究在多个电池电压下电解质的氧化和还原。两室LiCoO2/Li电池用锂离子传导玻璃陶瓷隔板循环，这样就可以分别识别在每个电极上形成的物质，并防止这些物质在相对电极上进一步反应。一个主要发现是化学氧化（LiCoO2的起始电压约为Li/Li+的4.7V）而不是电化学反应，是该系统中正极表面的主要分解过程。这归主要归因于反应性氧在较高电荷状态下的释放，表明正极上电解质的反应本质与活性材料的表面反应性有关。两个电极上形成的可溶电解质分解产物被表征，详细的反应方案被构建以合理化观察到的物种的形成。通过这项工作确定的通过与活性氧的反应分解电解液的见解，对理解和减轻基于高压/高能量密度LiCoO2的电池，以及更普遍地对含有镍的阴极材料（例如LiNixMnyCozO2；NMC）的电池的降解有直接的影响，因为它们在较低的工作电压下失去氧气。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.0c06363
6. Angew. Chem. Int. Ed. 用于析氢反应和室温Na-S电池的单原子催化剂的一般合成
单原子催化剂（SAC）已成功用于各种电化学反应。但是，针对不同的单个金属原子的合成方法是特定的。开发适用于多种单原子金属的通用合成方法极具挑战性。在此，本文报告了一种综合策略，可以在碳基质上合成各种单原子金属，包括钒（V1），锰（Mn1），铁（Fe1），钴（Co1），镍（Ni1），铜（Cu1 ），锗（Ge1），钼（Mo1），钌（Ru1），铑（Rh1），钯（Pd1），银（Ag1），铟（In1），锡（Sn1），钨（W1），铱（Ir1 ），铂（Pt1），铅（Pb1）和铋（Bi1）。各种SAC在新型室温钠硫电池（RT-Na-S）中对典型的析氢反应（HER）和转化反应进行电催化，体现了其广泛的应用前景。这些电化学反应性能的提高源于局部结构上不同的单个活性原子调节了其电子构型的能力。值得注意的是，在密度泛函理论计算的辅助下，通过原位同步辐射X射线衍射和原位透射电子显微镜，系统地揭示了不同SAC的电催化行为，为SAC在能量转换中的一般合成和广泛应用提供了策略和存储。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202009400
7. Angew. Chem. Int. Ed. 三官能团可溶性氧化还原介质使高容量和稳定的锂电池成为可能
超高理论能量密度的Li-O2电池由于绝缘放电产物和副产物的阴极钝化，实际放电容量低，循环稳定性差。本文首先在电解液中引入一种新的三官能团醚基氧化还原介质2,5二叔丁基1,4二甲氧基苯（DBDMB），以捕获活性氧，缓解锂电池循环过程中的严格氧化环境。由于DBDMB对Li+和O2的强溶剂化作用，它不仅可以减少副产物的形成（Li2O2产率高达96.6%），而且还可以促进大尺寸Li2O2粒子的溶液生长，避免了阴极的钝化，并具有较大的放电容量。更令人鼓舞的是，DBDMB使Li2O2的氧化和主要副产物（Li2CO3和LiOH）的分解以高效的方式进行，从而延长了Li-O2电池的稳定性（1000 mAh g-1和1000 mA g-1下243次循环）。DFT计算还揭示了DBDMB促进可逆O2氧化还原反应的内在机理。本文采用三功能电解液添加剂来捕捉反应性放电中间产物，减少副产物的生成，调节Li2O2溶液的生长，并共同氧化Li2O2和副产物，这将为提高锂空气电池的性能开辟一条新的途径。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202009064
8. Adv. Mater. 将海绵金属纤维骨架与原位表面工程相结合，实现柔性锂硫电池的先进电极
锂硫电池（LSB）被认为是有前途的下一代储能系统，但其不可控的枝晶形成和严重的多硫化物穿梭严重阻碍了其商业化的成功。本文提出了一种强大的三维海绵镍（SN）骨架加原位表面工程策略，以协同解决这些问题，并构建了一种高性能柔性LSB器件。具体而言，在SN基体（SEI@Li/SN）上设计合理的喷射淬火金属锂作为枝晶抑制剂，结合了3D亲锂SN骨架和喷射淬火过程中原位形成的SEI层的优点，因此在5 mA cm-2 / 10 mA h cm-2下1500 h内表现出75 mV范围内稳定的过电势。同时，采用碳硫复合材料对锡骨架进行原位表面硫化(SC@Ni3S2/SN)作为高效的聚硫锂吸附剂，催化整个反应动力学。进一步通过COMSOL多物理模拟和密度泛函理论计算，以探索其机理。作为概念的证明SEI@Li/SN||SC@Ni3S2/SN全电池表现出良好的电化学性能，其正负容量比≈2，在1℃下的机械变形容量保持率为99.82%。这些材料和电极的新颖设计原则为柔性LSB的发展提供了新的思路。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202003657
9. Joule 锂金属电池用脱溶剂锂离子液体电解质
可充电电池、燃料电池和由溶剂、阴离子和溶剂化阳离子（如锂离子、锂离子）组成的电化学电容器中使用的传统液体电解质遵循经典的“阳离子溶剂化”电解质结构，可定义为“阳离子溶剂化电解质”，溶剂化阳离子的去溶剂化过程只发生在插入电极表面的阳离子时。与传统电解质不同的是，本文发现了一种新的锂离子去溶剂化液体电解质（“Li+去溶剂化电解质”），因为它只是由不活泼的“冻状”溶剂和晶状盐溶质组成。令人鼓舞的是，其电化学稳定性显著提高（对于“Li+去溶剂化醚基电解质”，其电化学稳定性可提高至4.5 V）。实现了超稳定的高能量密度锂金属电池（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2//Li）（半电池：830次循环后140 mAh g?1；全电池：200次循环后170 mAh g?1）。同样令人惊讶的是，在“Li+去溶剂化电解质”的循环NCM-811表面上没有出现任何阴极电解质界面（CEI）层
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.06.011
10.Nat. Energy：基于C60/SnO2-x的简化互连结构全钙钛矿型串联太阳能电池
全钙钛矿串联设备的效率正在迅速提高。但是，它们的复杂互连层（ICL）结构（通常具有四层或更多层通过不同的工艺沉积）限制了它们的应用前景。在这里，研究者们报道了仅由富勒烯层和SnO2– x(0 <? x ?<1)层组成的全钙钛矿串联电池中的ICL。C60层无意中被钙钛矿中的碘离子n掺杂，因此作为有效的电子收集层。由于锡的不完全氧化（x=1.76）而形成的SnO2– x层由于存在大密度的Sn2+而具有双极性载流子传输性质。C60/SnO1.76 ICL与具有低接触电阻率的宽带隙和窄带隙钙钛矿亚电池形成欧姆接触。ICL将小面积串联电池（5.9 mm2）和大面积串联电池（1.15 cm2）的效率分别提高到24.4％和22.2％。连续照射1小时后，串联电池仍保持其初始效率的94％。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-020-0657-y
11.Nat.Energy：全面的界面稳定方法实现高效钙钛矿太阳能电池组件，具有超过2000小时的运行稳定性
钙钛矿太阳能电池到规模化的升级和长期稳定性已被公认为这种新兴光伏技术商业化的最重要挑战。在钙钛矿型太阳能模型中，设备内的每个接口都有助于提高模型的效率和稳定性。在这里，研究者们通过修改所有相关的层和界面（即钙钛矿层，电荷传输层和器件封装）采用整体界面稳定策略，以提高钙钛矿太阳能电池组件的效率和稳定性。选择这些处理是因为它们与低温可扩展处理和模块划线步骤兼容。我们的未封装钙钛矿太阳能电池组件在22.4 cm2的指定区域内实现了16.6％的反向扫描效率。封装后的钙钛矿太阳能电池组件的效率与未封装的钙钛矿太阳能电池组件相似，在AM1.5G光照下连续运行2,000小时后，仍能保持约86％的初始性能，这相当于T 90的使用寿命（该设备的使用寿命）效率降低到1,570小时的初始值的90％，估计的T80寿命（设备效率降低到初始值的80％的时间）为2,680小时。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-020-0653-2
12. J. Am. Chem. Soc.： 非富勒烯/非茚并二硫噻吩噻吩聚合物中的晶体学，形态学，电子结构和传输：Y6太阳电池
新兴的具有晶畴的非富勒烯受体（NFA）可以实现高性能的整体异质结（BHJ）太阳能电池。已知热退火可增强BHJ光敏层的形态和性能。但是，在新兴的NFA中，尤其是在竞争因素方面，人们对退火诱导的性能增强的微观机理了解甚少。在此，研究者们对模型系统PBDB-TF：Y6进行了热退火优化，降低开路电压(VOC)，增加短路电流(JSC)和填充系数(FF)，从而使环境下的功率转换效率(PCE)从14%提高到15%。在此，我们使用SCLC、GIXRD、AFM、XPS、NEXAFS、R-SoXS、TEM、STEM、fs/ns TA光谱、2DES和阻抗光谱，通过对载流子迁移率、薄膜形貌、电荷光产生和复合的深入表征，系统地研究了这些热退火效应。令人惊讶的是，热退火并没有改变膜的结晶度，也没有改变R-SoXS的特征尺寸，相对平均相纯度，也没有改变模板成像相分离，而是促进了Y6向BHJ膜顶表面的迁移，改变了PBDB-TF/Y6的垂直相分离和混合，并降低了底层表面的粗糙度。尽管这些形态变化增加了双分子重组（BR）并降低了自由电荷（FC）的产量，但它们还使电子和空穴迁移率的平均值至少提高了两倍。重要的是，增加的μh在增加的FF和PCE上占主导地位。单晶X射线衍射表明，Y6分子通过其端基/核共面堆积，最短的π-π距离接近3.34?，从而阐明了分子中面外π-面对面的分子取向纳米晶体BHJ域。对Y6晶体的DFT分析显示，空穴/电子重组能低至160/150 meV，分子间电子耦合积分为12.1-37.9 meV，三维电子输运被激活，相对高的μe (10-4 cm2 V-1 s-1)。综上所述，这项工作阐明了高效NFA太阳能电池的丰富的热退火效应和未来材料设计的任务.
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.0c05560
13. Adv. Mater.：增强和平衡的电荷传输使三元太阳能电池的效率超过17%
三元结构是提高有机太阳能电池功率转换效率的有效方法之一。本文报道了一种三元结构的盐磺酸盐，其特点是高结晶分子施主体DRTB-T-C4作为宿主二元体系的第三组分，该二元体系由聚合物施主体PM6和非富勒烯受体Y6组成。第三部分用于实现增强和平衡的电荷输运，有助于提高填充因子(FF)为0.813，产生令人印象深刻的PCE为17.13%。异质结采用所谓的固定能量来促进激子分离，减少复合损耗。此外，DRTB-T-C4在PM6和Y6界面的优先位置对活性层形态的优化起到了重要作用。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202002344
14、Energ. Environ. Sci.: 促进Li-O2电池循环稳定性的N，N-二甲基乙酰胺基电解质的复兴
具有超高理论能量密度的Li-O2电池已被认为是用于下一代能量存储的锂离子电池的有前途的替代产品。然而，它们的实际应用仍面临许多关键问题，特别是缺乏既能耐受强氧化环境又能与锂金属阳极相容的合适电解质。研究者们设计了一种新的基于N，N-二甲基乙酰胺（DMA）的电解质，通过调节中等浓度下的Li+溶剂化结构来提高Li-O2电池的循环稳定性，并且它也是一种优于高浓度锂金属阳极稳定的策略电解质。与成本昂贵、对锂阳极保护能力有限、动力学缓慢、传质慢的高浓度电解质相比，这种新型电解液对严格氧化物种具有更好的耐受性，可以通过促进LiF和LiNxOy共存固体的形成来同时稳定锂阳极电解液界面（SEI）薄膜，可实现更快的动力学/传质。结果表明，对称电池（1800小时）和Li-O2电池（180个循环）在基于DMA的电解液中均达到了最佳的循环性能。该项研究为电解质调节策略注入了新的活力，并为碱性O2电池的开发铺平了道路。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D0EE01897J
15、Energ. Environ. Sci.: 氧化还原介质抑制锂氧电池单线态氧的产生
锂氧电池可以提供高能量，但由于会产生高反应性单线态氧1O2，使电极和电解液迅速失活，循环寿命很短。研究者们演示了使用氧化还原介体抑制1O2的有效策略。使用操作光谱技术，发现了2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基（TEMPO）作为模型氧化还原介体，可大幅减少1O2的形成，增加基态3O2的产率，并减少副产物的产生。 1O2抑制作用归因于氧化还原介体引起的系统间交叉速率的增加，由此加速了单重态-中间态至三重态的弛豫。研究者们进一步表明，这种1O2抑制作用普遍适用于六种常见的氧化还原介体，其1O2抑制效率比1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）（在Li-中使用的最有效的淬灭剂）高出三个数量级。通过对所研究的介体的比较，研究者们讨论了控制氧化还原介体抑制氧化还原的有效性的合理的控制原则。我们的研究实现了有效的1O2抑制，并为设计高效可逆锂氧电池的氧化还原介体提供了指导。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D0EE01114B
16、Adv. Energ. Mater.:用于锂金属阳极高速充电和放电的无纺rGO纤维芳纶隔膜
具有较高的理论比容量和较低的氧化还原电位的锂金属被认为是下一代锂离子电池最有希望的负极材料。但是，它也表现出需要解决的不利的固体电解质相间（SEI）层问题。该文介绍了一种由还原型氧化石墨烯纤维附着在芳纶纸上（rGOF‐A）组成的先进隔膜。当使用rGOF-A时，在SEI层形成过程中LiPF6电解质分解产生的F-阴离子沿rGOF的表面形成半离子C-F键。当电镀Li +离子时，“ F掺杂” rGO表面会诱导LiF的形成，LiF被称为化学稳定SEI的组成部分，因此它有助于Li金属阳极在20 mA cm?2的高电流下稳定运行，容量为20 mAh cm?2。rGOF-A隔膜成功实现了稳定的SEI层，可以解决锂金属阳极的界面问题。
原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202070119
17、Adv. Energ. Mater.: 无钴的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2作为离子液体电解质的锂电池正极材料的容量降低和电压衰减
富锂层状氧化物（LRLO）的比容量高于250 mAh g-1，即高于任何商业上使用的锂离子正极材料。如此高的容量会产生高的比能量，从而满足电动汽车应用的严格要求。但是，LRLO通常会遭受严重的容量和电压衰减的影响，这是由于循环期间发生不希望的结构转换而引起的。研究者们结合锂金属阳极和室温离子液体电解质（即双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂和N-丁基-N-甲基吡咯烷鎓双（氟磺酰基）酰亚胺），研究了环保无钴的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2（LRNM），在0.1 C下提供800 Wh kg-1以上的比能。电化学性能和高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及在线差分电化学质谱法表征证明，该电解质能够抑制正极材料的结构转变，与传统碳酸盐基电解液相比，提高了循环稳定性。实际上，在500个循环之后，容量和电压衰减分别被分别限制为仅19％和3％（即，每个循环低于0.2mV）。最后，在使用LRNM和Li4Ti5O12的锂离子电池中验证了基于离子液体的电解质的有益作用。这些电池在1 C下经过500次循环后，有望实现80％的容量保持率。
原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202001830
18、Nat. Energy: 水热沉积硒化锑薄膜使太阳能电池的效率达到10%
硒硫化锑Sb2（S，Se）3由于其相稳定性、地球丰度和低毒性而作为光伏技术的光收集材料引起了人们的关注。但是，缺乏合适的材料加工方法来获得具有最佳光电性能和形态的Sb2（S，Se）3薄膜严重阻碍了效率提高的前景。研究者们演示了一种水热方法来沉积高质量的Sb2（S，Se）3薄膜。通过改变硒/硫比和沉积后退火的温度，改善了膜的形貌，增加了晶粒尺寸并减少了缺陷数量。特别是，研究者们发现提高Se / S比值会导致（Sb4S（e）6）n条带（S（e）代表S或Se）的取向良好。通过优化水热沉积参数并随后进行退火，研究者们报告了Sb2（S，Se）3电池的效率为10.0％。该结果突出了Sb2（S，Se）3作为新兴光伏材料的潜力。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-0652-3#Bib1