有机光伏（OPVs）具备低成本、可溶液加工、柔性可弯折等独特优势，是新一代清洁能源光伏核心技术路线。其中逐层有机光伏（LOPVs）依靠受体材料激子自解离特性，电荷生成机制更丰富，具备效率提升巨大潜力。目前逐层器件核心瓶颈集中在受体层空穴输运短板：绝大多数非富勒烯受体分子排布无序，光生空穴迁移率偏低，限制短路电流密度(JSC)与填充因子（FF）同步提升，制约光电转换效率天花板。

针对该痛点，本工作将微量高结晶、高空穴迁移率聚合物P66掺杂至L8-BO受体层，在不破坏电子传输通路的前提下构筑连续高效空穴传输网络，同步优化活性层分子堆积，最终实现19.81%光电转换效率；该策略对BTP-eC9、Y6、BO-4Cl多类受体体系具备普适性，为高性能逐层有机光伏提供通用改性方案。

图1.D18、L8-BO、P66材料基础表征

论文亮点

微量掺杂实现效率大幅跃升，最高PCE达19.81%

1) 仅向L8-BO受体层掺入0.005wt.% P66，器件光电转换效率由对照组18.97% 提升至19.81%，涨幅超4%；

2) 同步实现两项关键参数协同提升：短路电流密度由26.87提升至27.72mA/cm2，填充因子由78.61%升至79.39%。

P66双重改性机制，同步优化空穴输运与分子结晶

1）高结晶P66在受体层搭建连续空穴传输通道，加速L8-BO自解离产生的空穴向给体D18转移；

2）P66作为形貌调控剂，诱导活性层分子有序面-面堆积，提升载流子迁移率、降低薄膜陷阱态密度；

3）L8-BO与P66最低未占分子轨道（LUMO）能级接近，掺杂后电子传输性能不受损耗。

多维度表征完整阐明电荷输运、复合调控机理

依托瞬态吸收（TA）、电化学阻抗（EIS）、空间电荷限制电流（SCLC）、掠入射广角 X 射线散射（GIWAXS）、陷阱态密度（TDOS）全套表征手段，完整证实：

掺杂后空穴迁移率由2.80×10^-4提升至5.65×10^-4cm²/(V·s)，电子迁移率同步提升，载流子输运平衡性显著改善；

双分子复合、陷阱辅助复合被同步抑制，串联电阻降低、并联分流电阻提升，直接拉高填充因子。

改性策略具备广谱普适性，适配多种自解离受体体系

将P66分别掺入BTP-eC9、Y6、BO-4Cl三类主流A-D-A型受体逐层器件，全部实现光电转换效率明显提升：

D18/BTP-eC9体系：18.55%→19.12%

D18/Y6体系：18.41%→18.89%

D18/BO-4Cl体系：17.40%→18.14%

证明 “受体层微量高结晶聚合物掺杂” 是可通用的逐层有机光伏增效策略。

材料与器件基础设计

选用D18为给体、L8-BO为主受体，P66为微量掺杂改性剂；器件标准结构为 ITO/PEDOT:PSS/D18/受体层 (L8-BO:P66)/PNDIT-F3N/Ag。由图 1 (b) 能级图可知：D18、P66、L8-BO能级匹配度优异，P66 HOMO能级介于两者之间，利于空穴逐级传输。

光伏性能测试

在AM 1.5G、100mW/cm²标准光照下测试不同P66掺杂浓度器件J-V曲线：

1. 0.005wt.%为最优掺杂比例，过高（0.02wt.%）P66会发生团聚，破坏有序分子堆积，效率回落；

2. 最优器件串联电阻RS降至1.7Ω·cm²，并联分流电阻RSH提升至1721.1Ω·cm²，漏电流被有效抑制；

3.全波段外量子效率EQE均高于对照组，长波长L8-BO吸收区间增益最明显，印证空穴传输改善带来更多可收集载流子。

图2.逐层光伏器件光电性能。(a) 不同P66掺杂浓度器件电流密度 - 电压（J-V）曲线；(b) 外量子效率EQE谱图，及最优器件与对照组EQE差值曲线

电荷转移动力学表征

瞬态吸收TA谱（图3）：掺杂P66后D18基态漂白信号显著增强，证明L8-BO解离产生的空穴向D18转移效率大幅提升；

光生电流Jph与有效电压关系：最优器件电荷收集概率Pcoll由89.5%提升至90.6%；

电化学阻抗EIS：电荷转移电阻RCT由31.8Ω降至27.1Ω，界面电荷传输势垒降低；

光强依赖特性：JSC光强指数n由0.957升至 0.988（趋近1），双分子复合大幅削弱；VOC光强系数s由1.38降至1.05，陷阱辅助复合被显著抑制；

陷阱态密度TDOS：薄膜陷阱浓度由1.88×1018降至1.06×1018cm³·eV^-1，P66有效钝化薄膜体相与界面陷阱。

图3.瞬态吸收（TA）光谱。(a) 400nm 泵浦光激发纯D18薄膜；(b) 800nm泵浦激发纯L8-BO薄膜；(c) 800 nm泵浦激发D18/L8-BO双层膜；(d) 800nm 泵浦激发D18/L8-BO:P66改性双层膜

图4.逐层光伏器件及对应薄膜的电荷输运、复合与陷阱态表征。(a) 光生电流 - 有效电压曲线；(b) 奈奎斯特阻抗图谱，插图为等效电路模型；(c) 短路电流随光强变化曲线；(d) 开路电压随光强变化曲线；(e) D18/L8-BO 与改性薄膜陷阱态密度（TDOS）随分界能变化曲线；(f) 各类薄膜电子、空穴迁移率对比柱状图

薄膜微观形貌GIWAXS分析

掠入射广角X射线散射结果表明：掺入0.005wt.% P66后，薄膜面内(100)、面外 (010) 衍射峰强度同步提升，分子更倾向利于载流子传输的面 - 面取向；晶粒相干长度CCL增大，薄膜结晶度提升；过量P66会造成晶粒过大、晶界陷阱增多，迁移率反向下降。

图5.纯膜、共混膜、逐层薄膜掠入射广角X射线散射（GIWAXS）表征。(a) 典型纯膜与双层膜二维GIWAXS散射图；(b) L8-BO 纯膜与L8-BO:P66薄膜面内 (IP)、面外 (OOP) 一维散射轮廓；(c) 对应双层薄膜IP、OOP散射曲线对比

策略通用性验证

更换BTP-eC9、Y6、BO-4Cl三类不同A-D-A受体构建逐层器件，掺杂微量P66后全部实现JSC、FF与PCE同步上涨，EQE长波响应全面增强，证明该改性方法不局限L8-BO单一体系，具备广泛适配性。

图6.有无P66掺杂、多种受体体系逐层光伏的器件性能与外量子效率表征。(a)D18/BTP-eC9基器件J-V曲线；(b)D18/Y6基器件J-V曲线；(c)D18/BO-4Cl基器件J-V曲线；(d)(e)(f) 三类体系对应的EQE光谱对比

研究总结

提出一种简易高效改性方案：向逐层有机光伏受体层微量掺杂高结晶、高空穴迁移率聚合物 P66，最优掺杂比例0.005wt.%，器件效率由 18.97% 提升至19.81%；

双重增效机理：P66在受体内部构筑连续空穴传输通路，加速激子解离空穴提取；同时调控分子有序堆积、钝化电荷陷阱，平衡电子与空穴迁移率，抑制多类电荷复合损耗；

GIWAXS、TA、EIS、SCLC、TDOS全套表征完整支撑机理，薄膜结晶度、载流子迁移率、电荷收集效率同步优化；

该掺杂策略对BTP-eC9、Y6、BO-4Cl多种主流非富勒烯受体逐层光伏均有效，通用性强，具备产业化应用潜力。

未来展望

掺杂体系拓展：开发更多高结晶高空穴迁移率共轭聚合物、小分子掺杂剂，进一步突破20%效率阈值

工艺简化优化：探究溶液一步共混、大面积涂布适配工艺，适配卷对卷柔性器件量产

稳定性研究：系统测试P66改性器件热、光、环境老化寿命，验证掺杂对器件长效稳定性的增益

器件体系延伸：将该形貌调控策略拓展至本体异质结OPVs、半透明有机光伏、叠层光伏等器件架构（来源：EngineeringJournals微信公众号）

相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-026-1080-2