有機太陽能電池的光生電荷過程包括光子吸收、激子解離、電荷傳輸與電荷收集四個基本步驟。目前針對這一光電轉(zhuǎn)化過程仍然缺少有效、直接的電學性能優(yōu)化手段。分子摻雜劑作為一種第三組分，其在體相異質(zhì)結(jié)中的分布，會直接影響摻雜效果并決定器件性能;不匹配的摻雜劑分布會導致?lián)诫s的“零效應”和“負效應”。然而，目前的研究并未明確分子摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的優(yōu)化分布，從而使得分子摻雜有機光伏器件性能優(yōu)化缺少調(diào)控目標與實現(xiàn)途徑。

為解決這一關(guān)鍵科學問題，西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室有機光電子材料及界面課題組化繁為簡地設計制備了平面異質(zhì)結(jié)模型器件;從而準確調(diào)控了摻雜劑在電子給體、電子受體及異質(zhì)結(jié)處的分布。科研人員利用前期工作中提出的路易斯酸小分子三(五氟苯基)硼烷作為P型摻雜劑，發(fā)現(xiàn)摻雜劑在給—受體異質(zhì)結(jié)處的分布是實現(xiàn)器件外量子效率提升的關(guān)鍵。借助超快光譜、瞬態(tài)光電壓及光電子能譜等分析手段，科研人員進一步發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)摻雜具有促進激子分離、延長載流子壽命并降低載流子傳輸復合的作用。科研人員進一步利用順序涂布的三層成膜方法，成功實現(xiàn)了摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的分布調(diào)控;在高效非富勒烯有機光伏體系中成功實現(xiàn)了短路電流的提升。