徐小鹏教授、彭强教授，Joule：通过对溶液法制备的MoOₓ进行铁(III)掺杂，可在有机和钙钛矿太阳能电池中实现通用、稳定和高效的空穴传输

第一作者：戴兴健

通讯作者：徐小鹏*，彭强*

单位：四川大学

有机和钙钛矿太阳能电池是下一代光伏技术的核心方向，具备溶液可加工、带隙可调、光电转换效率（PCE）提升潜力大等优势，成为光伏领域的研究热点。但这类器件的商业化和大规模应用始终受三大问题制约：器件运行稳定性差、大面积制备难度高、界面电荷传输优化不足。其中，空穴传输层（HTL）的精准设计与制备是提升器件效率、保障长期耐久性的关键核心，直接决定电荷提取效率和界面能量损失，成为突破产业化的重要抓手。

对于有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池而言，实现高效率和长期稳定性仍然是一项关键挑战，溶液法制备的过渡金属氧化物空穴传输层中存在的缺陷和欠佳的电子性质是制约其性能的关键因素。鉴于此，2026年2月23日四川大学徐小鹏&彭强于Joule刊发通过对溶液法制备的MoOₓ进行机械式铁(III)掺杂，可在有机和钙钛矿太阳能电池中实现通用、稳定和高效的空穴传输的研究成果，本文提出了一种通用的价态工程策略，通过在四钼酸铵水解溶液中掺杂Fe³⁺并进行低温退火，实现了钼基HTL的价态调控。Fe的引入能够调节氧空位和Mo⁶⁺/Mo⁵⁺的比例，从而制备出具有更高电导率、更高功函数和更低陷阱密度的Fe掺杂氧化钼（FMo）HTL。采用FMo HTL的器件展现出优异的功率转换效率，有机太阳能电池效率高达20.50%，钙钛矿太阳能电池效率高达26.05%，同时还具有出色的稳定性，性能优于传统的溶液法和真空沉积法制备的器件。该策略与各种活性层系统兼容，并可扩展到大面积器件，凸显了其在工业光伏制造方面的潜力。

将 FeCl₃引入四钼酸铵水解溶液，经150℃低温退火实现溶液法制备 FMo HTL，兼容规模化加工；Fe³⁺通过晶格取代 Mo⁶⁺形成 Fe'_Mo 缺陷位点，通过电荷补偿使相邻 Mo⁶⁺还原为 Mo⁵⁺，同时调控氧空位浓度，实现Mo⁶⁺/Mo⁵⁺比例与氧空位的协同调控；DFT 计算证实 Fe 掺杂降低了氧空位形成能，使费米能级下移，优化了与光活性层的能级匹配，提升电荷转移效率。直接结果促使电导率达 2.03×10⁻⁴ S・m⁻¹，远超 AMo（1.48×10⁻⁴ S・m⁻¹）和真空沉积 MoOₓ（VMo，3.83×10⁻⁵ S・m⁻¹），空穴迁移率提升至 1.28×10⁻³ cm²・V⁻¹・s⁻¹。同时FMo 表面粗糙度低至 2.72 nm，表面能更高，提升了与光活性层的界面相容性；350-500 nm 波段透光率优于 VMo，且非辐射复合被显著抑制。功函数提升至 5.45 eV，与光活性层的阳极能垒＜0.25 eV，形成欧姆接触，降低界面能量损失。

有机光伏器件冠军光电转换效率（PCE）达20.50%（VOC=0.926 V，JSC=27.19 mA・cm⁻²，FF=81.42%），创溶液法 Mo 基 HTL 的 OSCs 效率纪录；陷阱态密度低至 8.97×10¹⁵ cm⁻³，载流子提取时间最短（0.20 μs）、寿命最长（15.84 μs），非辐射能量损失仅 0.194 eV，显著低于 AMo 和 VMo。同时具有优异的厚度耐受性，10-40 nm 厚度范围内 PCE 均保持在 19% 以上。钙钛矿太阳能电池中倒置 PSCs 冠军 PCE 达26.05%，远超 VMo 基（24.49%）和 AMo 基（25.23%）器件。封装 FMo 基 OSCs 在 1-sun 连续 MPPT 运行 600 h 后，保留96% 初始 PCE（VMo 85%、AMo 76%）；无封装 OSCs 在大气环境下 500 h 仍保留＞80% 初始 PCE。无封装 FMo 基 PSCs 连续 MPPT 运行 500 h，保留95% 初始 PCE，热稳定性和化学稳定性显著优于传统 MoOₓ。

Fe³⁺掺杂通过调控 MoOₓ的电子结构、降低缺陷密度、优化界面能级匹配，使 FMo HTL 兼具高电导率、低界面损失、优异稳定性，实现了 OSCs（20.50%）和 PSCs（26.05%）的高效光伏性能，且该策略具有广谱适用性和规模化潜力，为光伏器件的界面工程设计提供了重要的理论和实验依据。

Mechanistic iron(III) doping of solution-processed MoOₓ enables universal, stable, and efficient hole transport in organic and perovskite solar cells

徐小鹏简介：博士，国家优青，四川大学“双百人才工程”计划入选者，特聘研究员，博士生导师。主要从事有机光电材料与器件的研发和应用研究，聚焦有机半导体光伏关键材料设计与合成、有机半导体光伏器件制备工艺到应用技术的开发。相关成果发表学术论文100余篇，包括Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、Adv. Sci.等，其中2篇入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，20余篇入选ESI热点和或高被引论文，论文总被引8000余次（据Google Scholar），H-index > 50；撰写英文学术专著1章节；授权中国发明专利4项；主持国家自然科学基金（青基、优青）、四川省自然科学基金（面上）、成都市科技人才创新创业资助服务项目、校市合作专项项目以及企业技术开发委托项目多项；科技部重点研发计划研究骨干；获得“四川省自然科学奖一等奖”（2/5）等奖励。

彭强教授简介：博士生导师。国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，四川省学术和技术带头人。2022-2025年度科睿唯安全球高被引科学家，英国皇家化学学会2018-2021年度Top 1%中国高被引学者。担任Small Structure Editorial Advisory Board，Current Applied Materials Section Editor，Chinese Chemical Letters和Molecules编委，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工新材料专业委员会专家委员、中国感光学会光电材料与器件分会专家委员。研究领域涉及有机聚合物太阳能电池材料与器件、钙钛矿太阳能电池材料与器件、锂/钠/锌离子电池材料与器件、电催化材料与燃料电池、精细化工、资源化学化工等。近年来在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等国内外期刊上发表学术论文200余篇，其中2篇入选中国百篇最具国际影响力论文，20余篇入选ESI高被引论文或ESI热点论文，30余篇入选发表期刊的热点论文或封面论文，30余篇被Material Views China等亮点介绍。撰写学术专著章节3章，授权发明专利20余项。主持或者参与科技部重大研究计划、国家自然科学基金（重大研究计划集成项目、重点基金、面上基金、青年基金）、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研项目。2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1），2021年获四川省自然科学奖一等奖（排名第1）。