温馨提示：本推文包含24篇文献，预计阅读时间约24min，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. Matter：使用氢键锚定电解质实现高能量密度水系电池
由于水分解，传统的水系电解质受到窄电压窗口的影响。高浓度电解质扩大电压窗口；然而，它们受到高成本和潜在毒性的限制。在这里，我们通过引入环丁砜作为氢键受体来限制水活性，从而开发出一种氢键锚定电解质。设计的电解质将电压窗口扩大到 3.4 V（1.3-4.7 V Li+/Li）并形成分层的负极-电解质界面以抑制析氢反应。水系 Li4Ti5O12/LiMn2O4 全电池在 1 倍率下 300 次循环达到 141 W h kg-1，在 5 倍率下达到 1000 次循环达到 125 W h kg-1，库仑效率高达 99.5%–99.9%。电化学质谱显示循环时氢气/氧气的析出可忽略不计，进一步证实了设计电解质的稳定性。这项工作展示了一种合理有效的方法来抑制析氢反应并实现稳定的高压水系电池。https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.10.0212. Adv. Funct. Mater.：原位构建多功能金属界面对超稳定锌金属电池的新见解枝晶生长和副反应是锌电镀/剥离过程中严重损坏负极-电解质界面的棘手问题，导致锌沉积不可控并限制了水系锌离子电池的应用。在这里，首次提出了一种在锌负极上原位构建铟 (In) 金属界面的独特简便策略。实验和理论研究的结合表明，这种金属中间相可以防止析氢反应 (HER) 和锌腐蚀，并引导沿 Zn (002) 面的优先生长以实现平滑的锌沉积。因此，改性锌负极在 2 和 5 mA cm-2 的高电流密度下分别实现了 5600 和 5000 mAh cm-2 的超高累积容量，证明了超稳定的电镀/剥离行为。更令人鼓舞的是，具有电解质添加剂的 Zn-V2O5 电池的倍率性能和循环稳定性在 5 A g-1 的高电流密度下循环 5000 次后仍可提供 383.6 mAh g-1 的比容量。这里提出的策略以及对修改机制的深入理解不仅可以为解决锌负极问题提供有效的解决方案，而且可以加深对水系锌离子电池的理解。https://doi.org/10.1002/adfm.202109749
3. Adv. Funct. Mater.：在氧化石墨烯纳米片上原位生长的三氧化钨纳米颗粒调节高性能钒氧化还原液流电池膜的离子选择性钒氧化还原液流电池的应用遇到了挑战，因为最常用的商业膜（全氟磺酸，PFSA）具有严重的钒离子渗透，导致电池稳定性差。在此，开发了一种具有夹心结构的基于 PFSA 的混合膜，该膜使用具有亲水性纳米混合填料的增强聚四氟乙烯薄层制成。三氧化钨（WO3）纳米颗粒在氧化石墨烯（GO）纳米片表面原位生长以克服静电效应，增强GO纳米片的亲水性和分散性，嵌入全氟磺酸基质中充当“屏障”以减少钒离子渗透。此外，GO 纳米片表面上的这些亲水性 WO3 纳米颗粒充当质子活性位点，以促进质子传输。因此，在 120 cm-2 时，混合膜的电池表现出高库仑效率（超过 98.1%）和高能量效率（高达 88.9%），优于相同条件下的商用 Nafion 212 膜。这些性能表明所提出的混合膜适用于钒氧化还原液流电池应用。此外，这种膜的设计方法可以扩展到其他领域，包括水处理和燃料电池。https://doi.org/10.1002/adfm.2021094274. Adv. Funct. Mater.：通过包裹在碳纳米管上的硫缺陷工程激活二硫化钼纳米薄片，以获得稳定高效的锂氧电池开发高效的阴极催化剂可以在很大程度上促进锂氧电池（LOB）的应用。在这项工作中，核壳 MoS2-x@CNTs 复合材料是通过水热法合成的，退火和 NaBH4 还原后处理，其中有缺陷的 MoS2 纳米薄片均匀地涂覆在三维碳纳米管 (CNT) 网上。发现它为锂氧电池的氧还原和析出反应提供了卓越的双功能催化活性。一方面，表面工程策略可以有效地构建具有硫空位的 MoS2 纳米薄片上的电荷重新分布，显着提高了 Li-O2 催化的动力学。另一方面，导电和高表面积的碳纳米管网络可以促进传质并为复合阴极提供足够的自由空间，适应循环过程中放电产物可逆形成和分解引起的体积变化。更重要的是，独特的核壳结构不仅可以将有缺陷的二硫化钼纳米薄片完全覆盖在碳纳米管表面以避免碳纳米管与电解质接触，明显抑制副反应，而且还可以实现更多活性位点的暴露以实现其催化性能。这项工作提供了对先进催化剂的深入研究，并在锂氧电池中的催化剂结构工程方面具有巨大潜力。https://doi.org/10.1002/adfm.2021081535. Adv. Energ. Mater.：晶面工程诱导活性二氧化锡纳米催化剂用于高度稳定锂硫电池通过晶面工程控制暴露的晶面是提高纳米晶催化剂催化活性的有效策略。在此，由 {332} 晶面 (SnO2 {332}) 包围的活性二氧化锡纳米八面体在还原氧化石墨烯上合成，并表现出强大的化学吸附和催化能力，加速了锂硫化学中硫物质的氧化还原动力学。由于 {332} 晶面上有丰富的不饱和锡配位，SnO2 {332} 具有出色的吸附和催化性能。该材料不仅有效地吸附和转化多硫化物，而且显着降低了 Li2S 的分解能垒。具有这些高活性电催化剂的电池表现出优异的循环稳定性，在 2倍率下 2000 次循环期间，每次循环的容量衰减仅为 0.021%。即使硫负载量为 8.12 mg cm-2，电池仍可稳定循环并保持显着的100 次循环后的面积容量为 6.93 mAh cm-2。该研究证实，晶面工程是优化催化剂性能的一种有前景的策略，加深了对 Li-S 化学中表面结构定向电催化的理解，同时有助于合理设计先进的硫电极。https://doi.org/10.1002/aenm.2021029956. Adv. Energ. Mater.：基于硫化物电解质和有机二硫化物正极的室温全固态锂有机电池全固态设计可有效解决锂有机电池的挑战，例如有机电极材料 (OEM) 的溶解和锂负极的安全性。然而，之前基于羰基型有机电极材料的尝试未能在室温全固态锂电池中实现可接受的电化学性能。在此，作者报告了用于全固态电池的第一个有机二硫化物正极聚（三硫氰尿酸）（PTTCA）。通过与碳纳米管复合以提高电子电导率并使用硫化物电解质 Li7P3S11 来构建电化学有利的界面，PTTCA 在室温下的全固态电池中表现出优于迄今为止所有有机电极材料的电化学性能，其可逆容量为 410 mAh g-1，能量密度为767 Wh kg-1，100次循环后容量保持率为83%。相信这项工作为全固态电池和有机电极材料的进一步发展提供了新的方向和见解。https://doi.org/10.1002/aenm.202102962
7. Adv. Energ. Mater.：通过用固态电解质涂覆石墨实现锂离子电池的4倍率快速充电实现锂离子电池的快速充电（大于4C）是加速电动汽车普及的重要挑战。然而，最大化能量密度的愿望推动了越来越厚的电极的使用，这阻碍了倍率能力。在这里，原子层沉积用于将单离子导电固体电解质（Li3BO3-Li2CO3）涂覆到后压延石墨电极上，形成人造固体电解质界面（SEI）。与未涂层的控制电极相比，固体电解质涂层：1) 消除了预处理过程中自然形成的固体电解质界面； 2) 与自然固体电解质界面相比，相间阻抗降低大75%；和 3) 在 4C 充电条件下延长循环寿命，在具有大于3 mAh cm-2 负载的软包电池中，在 500 次循环后（与未涂层控制中的12次循环相比）保持80%的容量。这项工作表明，可以在不牺牲能量密度的情况下，通过纯粹的界面改性实现不镀锂的4倍率充电，并揭示了固体电解质界面在镀锂和快速充电性能中的作用。https://doi.org/10.1002/aenm.2021026188. Adv. Funct. Mater.：Cu12Sb4S13 量子点/少层 Ti3C2 纳米片具有增强的钾离子扩散动力学，可实现高效的钾离子存储尽管用于钾离子电池（PIB）的过渡金属二硫化物负极具有很高的理论比容量，但由于容量衰减剧烈和循环寿命短，它们的发展受到极大阻碍。在此，报道了合成 Cu12Sb4S13 量子点/少层 Ti3C2 纳米片 (CAS-Ti3C2) 的新型复合材料作为提高钾离子存储的先进负极。结果表明，制备的 CAS-Ti3C2 在量子点和 Ti3C2 纳米片之间表现出强烈的协同效应，主要是由于 Ti-S 键的形成，这不仅可以缩短钾离子的扩散路径，还可以在放电/充电过程中适应严重的体积变化。正如预期的那样，这种特别设计的 CAS-Ti3C2 负极在 200 次循环后在 100 mA g-1 的电流密度下表现出 496.7 mAh g-1 的优异可逆比容量，在 1.0 A g-1 的高电流密度下1800 次循环后甚至超过 175.6 mAh g-1，优于在大多数报道的基于过渡金属二硫化物量子点的钾离子电池负极。这些综合研究表明，优异的电化学性能归功于快速的 钾离子扩散动力学以及钾离子与 CAS-Ti3C2 负极之间独特的转化和恢复机制。https://doi.org/10.1002/adfm.2021085749. Angew. Chem. Int. Ed.：多环芳烃是铝离子电池的一类新型正极材料铝离子电池作为一种新兴的后锂电池技术，具有铝储量大、安全性高的优点，在电网储能方面具有巨大的应用潜力。但是，目前的石墨阴极材料由于在完全充电状态下形成第4级石墨插层化合物（GIC），其电荷存储容量受到限制。在此，本文提出了一种新型的AIB阴极材料，多环芳烃（PAHs），其在大共轭π键上类似于石墨，但在充电过程中不形成GICs。量子化学计算结果表明，多环芳烃可以通过其共轭π键与AlCl4-之间形成平面上的相互作用结合AlCl4-。多环芳烃的理论比容量与苯环数呈负相关。然后，在理论计算的指导下，评估了蒽（一种三环多环芳烃）作为AIBs的阴极材料。电化学测量表明，蒽具有157mAh g-1的高比容量（在100mAh g-1时），并且在800次循环后仍保持130mAh g-1的比容量。这一工作为储能材料的发展提供了一个可行的“理论指导实践”的研究模式，也为AIBs提供了一类有前途的新型阴极材料。https://doi.org/10.1002/anie.20211468110. Adv. Mater.：一石二鸟：锂硫电池多功能Janus分离器界面工程锂枝晶生长和硫阴极性能不理想是制约锂硫电池实际应用的两个核心问题。在此，提出了界面工程策略支持的Janus分离器一体化设计概念，以提高LSB的性能。在阳极/分离器的界面，薄的功能化复合层包含高弹性模量和高热传导率的氮化硼纳米片和氧基接枝纤维素纳米纤维(BNNs@CNFs)能有效避免“热点”的形成，使锂离子通量均匀化，抑制枝晶生长。同时，在分离器和阴极之间的界面处，高密度的钌单原子均匀地暴露在还原石墨烯氧化物的表面(rGO@RuSAs）可以“捕获”多硫化物，并大大降低活化能以提高其转化动力学。因此，LSB在5℃时显示出460 mAh g–1的高容量和超稳定循环性能，在800次循环中，超低容量衰减率为0.046%。为了进一步展示Janus分离器的实际应用前景，使用Janus分离器组装的Li-S袋式电池可提供310.2 Wh kg–1的电池级能量密度。这项研究为同时解决LSB中金属锂阳极和硫阴极面临的挑战提供了一个有希望的策略。https://doi.org/10.1002/adma.20210763811. Adv. Mater.：多功能菌丝碳动力锂硫电池生物技术可以给能源材料和设备的设计和制造带来新的突破。在这项工作中，本文首次提出了一种新的、简便的生物自组装技术来大规模制备多功能根霉菌丝碳纤维（RHCF）及其衍生物，用于电化学储能。通过根霉菌丝转化成功制备了交联中空碳纤维，并进一步实现了由中空RHCFs组成的厘米级碳球的批量生产。此外，自组装RHCF球对金属离子表现出很强的吸附特性，可以转化为RHCF/金属氧化物等一系列衍生物。值得注意的是，设计的RHCF衍生物被证明具有作为锂硫电池（LSB）的阴极、阳极和分离器的强大多功能性。RHCF可作为主体材料与金属氧化物（CoO）和S、Li金属以及聚丙烯（PP）分离器结合，分别形成新型RHCF/CoO-S阴极、RHCF/Li阳极和RHCF/PP分离器。因此，优化的LSBs全电池具有优异的循环性能和优异的高速率容量（1℃时为881.3 mA h g–1）。本文的工作为大规模制备用于高级能量储存和转换的中空碳纤维及其衍生物提供了一种新方法。https://doi.org/10.1002/adma.20210741512. Adv. Mater.：分级多孔硅膜作为高性能锂离子电池隔膜锂离子电池（LIB）中的商用聚合物隔板通常存在孔隙率有限、电解质润湿性低、热稳定性和机械稳定性差等问题，这会降低电池性能，尤其是在高电流密度下。在这里，本文报道了通过在阴极表面组装中空介孔二氧化硅（HMS）颗粒，设计出分级多孔、超轻二氧化硅膜作为高性能LIB的分离器。丰富的介孔和单个HMS颗粒的大空腔为离子传输提供了较低的迂回路径，同时作为电解液贮存器进一步促进电化学动力学。此外，得益于其无机和分级多孔性质，此类HMS分离器显示出比市售聚丙烯（PP）分离器更好的电解质亲和力、热稳定性和机械强度。作为一个例子，LIBs的LiFePO4阴极涂有HMS分离器，表现出优异的速率性能和循环稳定性，优于LIBs的PP和Al2O3改性PP分离器以及由固体二氧化硅颗粒制成的分离器。https://doi.org/10.1002/adma.20210795713. Nat. Commun.：高介电性钛酸钡多孔支架在无阳极电池中有效循环锂金属与标准锂离子电池相比，锂金属电池作为一种实现更高能量密度的手段正在被深入研究。然而，在剥离/电镀循环期间，在负极上形成树枝状和苔藓状的锂金属微观结构会导致电解液分解并形成电子断开的锂金属颗粒。在这里，本文研究了使用涂有高介电性BaTiO3多孔支架的铜集电器来抑制在锂金属剥离/电镀过程中导致形态不均匀性的电场梯度。应用实时固态核磁共振测量，本文证明，与裸铜和低介电性支架材料（即Al2O3）相比，高介电性BaTiO3多孔支架促进致密锂沉积，提高平均电镀/剥离效率，并延长电池的循环寿命。本文通过使用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2基正极和LiPF6基电解液在全阳极纽扣形电池中进行的电化学测试，以证明涂有BaTiO3的铜电极的循环效率。https://doi.org/10.1038/s41467-021-26859-814. Nat. Commun.：使用富含泥土的无机水玻璃粘合剂的结构陶瓷电池三硅酸钠水玻璃是一种富含泥土的无机粘合剂，可与多种材料结合，具有极高的化学稳定性和温度稳定性。在这里，本文演示了在基于叠层的制造系统中使用这种材料作为电极粘合剂来生产结构电池。虽然用于结构电池的传统粘合剂在机械性能和电化学性能之间表现出折衷，但水玻璃粘合剂是刚性的、粘性的，并且有利于离子传输。散装粘合剂的杨氏模量保持在>50GPa在电解质溶剂存在下，而水玻璃基电极在数百次电化学循环中具有高倍率容量和稳定的放电容量。粘合剂的温度稳定性使整个电池组能够在铺层成型后进行热处理，以生产刚性承重部件。由此产生的结构电池显示出出乎意外的多功能性能，无封装电池堆级能量密度为93.9Wh/kg大大超过先前公布的结构电池材料，拉伸模量为1.4GPa。https://doi.org/10.1038/s41467-021-26801-y15. J. Am. Chem. Soc.：高性能锂硫电池用半固定化分子电催化剂锂硫（Li–S）电池具有2600 Wh kg–1的超高理论能量密度，是极具前景的下一代储能装置。然而，具有复杂均相和非均相电化学过程的多相硫氧化还原反应动力学缓慢，因此需要有针对性的高效电催化剂。在此，本文设计了一种半固定化分子电催化剂，以适应锂硫电池中硫氧化还原反应的特点。具体而言，卟啉活性位点共价接枝到石墨烯集电器上的导电和柔性聚吡咯连接体上。具有半固定化活性中心的电催化剂同时具有均一和非均一功能，执行增强氧化还原动力学和调节相变模式的功能。半固定化策略的效率在实际锂硫电池中得到了进一步验证，该电池实现了优异的倍率性能和较长的寿命，以及343 Wh kg–1高能量密度锂硫袋电池。这一贡献不仅提出了一种有效的半固定化电催化剂设计策略，以提高锂硫电池的性能，而且还启发了面向类似多相电化学能量过程的电催化剂开发。https://doi.org/10.1021/jacs.1c0910716. Sci. Adv.：金属锂二次电池失效过程的定量分析由于连续形成锂树枝晶、电化学隔离锂金属和不可逆形成固体电解质相间（SEI），阻止了锂（Li）金属在高能量密度锂金属电池中的实际应用。区分和量化这些非活性锂物种是理解失效模式的关键。在这里，本文使用核磁共振（NMR）光谱、滴定气相色谱（TGC）和质谱滴定（MST）技术，建立了一个坚实的基础，分别量化死锂金属和SEI的演变。确定了LiH的存在，这导致通过这三种技术获得的死Li金属定量结果出现偏差。定量研究了不同操作条件下非活性锂的形成，揭示了锂金属的一般“两阶段”失效过程。本文介绍的组合技术为揭示锂金属的复杂失效机制奠定了基础。https://doi.org/10.1126/sciadv.abj342317. Adv. Mater.: 高效稳定的甲酰胺基低维钙钛矿太阳能电池层间间隔材料的裁剪二维Dion-Jacobson (DJ)钙钛矿太阳能电池通常表现出平庸的器件性能，受其缺陷薄膜质量的限制。刚性二铵有机层间间隔物不能容忍晶格失配，这会导致缺陷和畸变并最终降低光电性能。在此，研究者们在甲脒（FA）基低维钙钛矿中引入了二次层间间隔物，并显着提高了薄膜质量。灵活的单价间隔阳离子有效地减轻了晶格畸变并减少了晶体缺陷，为钙钛矿薄膜提供了理想的微观形态、更好的晶体取向、减少的缺陷状态和提高的电荷传输能力。因此，基(PDA0.9PA0.2)(FA)3Pb4I13（PDA = 丙烷-1,3-二铵，PA = 丙基铵）薄膜的优化钙钛矿太阳能电池(PSC)表现出16.0%，是同类产品中最高的报告值。此外，该器件还表现出增强的热稳定性，在85°C下老化800小时后仍保持其初始效率的90%。https://doi.org/10.1002/adma.20210638018. Adv. Mater.：类似溴化处理提高钙钛矿太阳能电池开路电压溶液处理的有机-无机混合卤化物钙钛矿太阳能电池在功率转换效率（PCE）方面取得了快速提高。然而，必须将最先进的电池的电压不足(Woc=Eg/q-Voc)最小化，以使其PCE接近理论极限。在此，研究者们报告了在钙钛矿表面沉积同源溴化物盐以实现表面和本体钝化以制造具有高开路电压的太阳能电池的策略。1.63 eV带隙（由EQE确定）钙钛矿器件（PCE = 22.1%）中的 Woc 为 0.39 V（Voc = 1.24 V），1.56 eV 带隙钙钛矿器件（PCE = 22.1%）中的 Woc 为 0.38 V（Voc = 1.18 V）显示在 0.159 cm2上。同时，对于1×1 cm2的大面积器件，我们还实现了21.8% 的效率。与先前工作给出的结论不同，即FABr等同源溴化物仅与PbI2反应在原始钙钛矿之上形成大带隙钙钛矿层，我们的工作发现溴化物也穿透钙钛矿薄膜并使钙钛矿中的钙钛矿钝化。大部分。通过吸光度和光致发光 (PL)观察到的小带隙扩大、飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS) 和深度分辨 X 射线光电子能谱(XPS)中溴化物元素比例的增加，证实了这一点.此外，各种表征证实了钙钛矿器件中非辐射复合的明显抑制。使用同种溴化物钝化的最佳非封装器件在环境储存 2500 小时后仍保持其初始效率的97%，在85°C下进行 520 小时热稳定性测试后仍保持其初始效率的59%。我们的工作提供了一种简单而通用的方法来降低单结钙钛矿太阳能电池的 Woc，它还将为开发其他高性能光电器件提供启示，包括基于钙钛矿的串联和发光二极管 (LED)。https://doi.org/10.1002/adma.20210628019. Adv. Energ. Mater.：环己基铵基2D/3D钙钛矿异质结与漏斗状能带排列高效太阳能电池在吸光钙钛矿和电荷传输层之间的界面处电荷提取不足是最先进的钙钛矿太阳能电池的缺点之一。表面处理和/或界面工程是接近肖克利-奎瑟极限所必需的。在这项工作中，研究者们通过简单的溶液过程和2D/3D异质结钙钛矿在3D钙钛矿和空穴传输层之间引入了新型2D层状钙钛矿，例如 CHA2PbI4（CHAI = 环己基碘化铵）和 CHMA2PbI4（CHMAI = 环己基甲基碘化铵）。通过有效的空穴提取和有利的价带排列观察到自发的光致发光猝灭。电荷提取能力和复合直接由瞬态光电流和光电压测量。此外，与没有二维钙钛矿的器件相比，器件的界面电阻显着降低了 30%。因此，具有 2D/3D 钙钛矿异质结的器件的功率转换效率 (PCE) 从 20.41% 提高到 23.91%，这主要是因为开路电压（1.079 到 1.143 V）和填充因子（78.22% 到 84.25%）增加了）。结果提供了对空穴提取和高 PCE 以及 2D/3D 钙钛矿异质结形成的详细了解。
https://doi.org/10.1002/aenm.20217016520. Adv. Energ. Mater.：高效MINP钙钛矿太阳能电池的异质结工程和理想因素优化对高功率转换效率(PCE)和成本效益的钙钛矿太阳能电池(PSC)的追求催生了许多创新的器件结构设计。与传统的NIP型PSC相比，无电子传输层(ETL)的PSC因其在大面积、低成本柔性应用方面的巨大潜力而受到越来越多的关注。然而，对氧化铟锡（ITO）/钙钛矿界面的能级排列仍缺乏深入了解，导致器件性能不佳。在这里，研究者们提出了一种金属/绝缘体/n型钙钛矿/p型螺-MeOTAD（MINP）结构来阐述金属-半导体（MS）和金属-绝缘体的表观功函数和接触势垒变化的影响–载流子转移和收集上的半导体 (MIS) 结。常见且容易获得的5-氨基戊酸插入 ITO/钙钛矿界面以形成绝缘偶极子层并确保前界面处的准欧姆接触。因此，器件从肖特基/PN 级联异质结类型变为单个PN异质结器件，其理想因子从3.35 降低到 2.05。因此，与原始设备相比，冠军设备实现了 19.37% 的 PCE，同时显着增加了 Voc 和 FF。这项工作为提高新型无 ETL PSC 的应用潜力提供了一种简便有效的方法。https://doi.org/10.1002/aenm.20210272421. Adv. Energ. Mater.：宽带隙界面层诱导稳定的钙钛矿/硅串联太阳能电池，稳定性超过10,000小时钙钛矿/硅串联太阳能电池（PK/c-Si TSC）是突破硅电池效率限制的合理选择。在这里，研究者们将p-i-n 钙钛矿太阳能电池通过蒸发-溶液组合技术在全纹理硅异质结电池上共形生长，以实现两端 PK/c-Si TSC。由于钙钛矿体底部残留的 PbI2对器件性能的不利影响，在钙钛矿层和空穴传输层之间引入了热蒸发的CsBr薄层，以构建梯度钙钛矿吸收体，以优化能级对齐，从而提高器件的开路电压和填充因子。最后，PK/c-Si 串联电池实现了 27.48% 的效率，并且在氮气中稳定超过 10 000 小时。https://doi.org/10.1002/aenm.20210204622. Adv. Energ. Mater.: 有机太阳能电池中的氟化或不氟化:当给体聚合物是无卤素时，实现更高的PCE为15.2%光敏半导体聚合物的供体和/或受体嵌段的氟化是提高有机太阳能电池 (OSC) 性能的主要策略。在这里，研究者们使用无氟 (TPD-3) 和氟化 (TPD-3F) 供体聚合物与非富勒烯受体 Y6 配对在 OSC 中研究了效果。有趣且出乎意料的是，氟化会对性能产生负面影响，无氟 TPD-3:Y6 OSC 的功率转换效率 (PCE = 14.5%) 远高于含氟 TPD-3F:Y6 混合物 (PCE = 11.5%) .透射电子显微镜 (TEM) 分析表明，TPD-3F:Y6 混合物具有比 TPD-3:Y6 更大的相域尺寸，这将 TPD-3F:Y6 的激子解离效率降低至 81%，而 TPD-3 则为 93%：Y6.此外，掠入射广角 X 射线散射 (GIWAXS) 表明 TPD-3F:Y6 混合物的纹理比 TPD-3:Y6 的纹理小，而空间电荷限制电流显示较低且不平衡的空穴/电子迁移率TPD-3F:Y6 与 TPD-3:Y6 混合物。电荷重组动态、瞬态吸收和供体-受体混溶性分析也支持这一观点。此外，传统架构 TPD-3:Y6 OSC 的 PCE 为 15.2%，是迄今为止无卤素聚合物供体 OSC 中最高的。最后，大面积 (20.4 cm2) TPD-3:Y6 混合模块表现出 9.31% 的出色 PCE，这是迄今为止面积 >20 cm2 模块的最高值之一。
https://doi.org/10.1002/aenm.20210264823. Adv. Funct. Mater.：吸收光谱补偿结构降低了非富勒烯有机太阳能电池的能量损失使用窄带隙非富勒烯受体 (NFA) 可以将有机太阳能电池 (OSC) 的吸收光谱拓宽到近红外区域。然而，同时降低的蓝色区域有源层的消光系数导致不可避免的光逃逸和能量损失。在此，研究者们采用由图案化后电极组成的基于闪耀光栅的器件配置来补偿非富勒烯 OSC 的低吸收。实验结果表明，从图案化后电极反射的法向入射光，尤其是蓝光，以大倾斜角集中，随后被捕获在波导模式中。随着表面等离子体激元的激发，使用新设计的 PM6:M36 活性层的结构化非富勒烯 OSC 在蓝色区域获得了 1.5 倍的宽带吸收增强。优化后的器件实现了 8.95% 的光电流增加和接近 18% 的最佳功率转换效率，这是所有基于 A-D-A 型 NFA 的器件中报告的最高值。https://doi.org/10.1002/adfm.20210973524. Adv. Funct. Mater.：将低成本吡嗪单元引入三元共聚物中，使高性能聚合物太阳能电池的效率达到18.23%最近，无规三元共聚策略已成为开发用于聚合物太阳能电池（PSC）的高性能聚合物供体的一种有前途且有效的方法。在这项研究中，研究者们将一种低成本的吸电子单元，2,5-双（4-（2-乙基己基）噻吩-2-基）吡嗪（PZ-T），结合到 PM6 的聚合物主链中作为第三个组分，采用无规共聚策略合成三种D-A1-D-A2型三元共聚物PMZ-10、PMZ-20和PMZ-30，PZ-T比例分别为10%、20%和30%。与 PM6 相比，三元共聚物表现出较低的最高占据分子轨道能级，这有利于以聚合物为供体获得更高的 PSC 开路电压 (Voc)。重要的是，基于 PMZ-10:Y6 的 PSC 表现出高效的激子解离、更高且平衡的电子/空穴迁移率、理想的聚集以及 18.23% 的高功率转换效率，这是迄今为止基于三元共聚物的 PSC 中最高的效率。结果表明，以 PZ-T 作为第二个 A 单元的三元共聚策略是进一步提高光伏性能和降低 D-A 共聚物供体合成成本的有效方法。https://doi.org/10.1002/adfm.202109271更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入后台自主查询。 科研绘图交流群，请添加微信：17857127498
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