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（1）有机光伏器件的发展与挑战

有机光伏器件（OPVs）在AM1.5标准太阳光谱下的最高能量转换效率（PCE）已超过19%，但其光电转换效率仍低于传统无机太阳能电池。OPVs具有成本低、色彩鲜艳、透明、重量轻、面积大、能级可调、柔性化以及可卷对卷工艺制造等优点，在大规模供电方面更具吸引力。

（2）电子传输层的重要性

电子传输层（ETL）在OPVs中起着降低能量势垒、减少电子复合、提高电子提取效率以及作为空穴阻隔层的作用。ZnO因其高透光率、优异的电子输运特性、高热稳定性、成本低廉和溶液法易得等优点成为ETL的关键材料。

（3）ZnO的局限性

ZnO纳米颗粒的团聚导致表面缺陷和空位缺陷，增加了ETL的串联电阻和电荷复合；ZnO与有机活性层材料的相容性差，界面接触不良，导致电荷界面复合增加，聚合物降解加速；ZnO的表面亲水性也影响了界面电荷传输性能和器件长期稳定性。

（4）掺杂技术的探索

通过外来原子部分替位锌原子或氧原子以及填补ZnO空位缺陷，是解决上述问题的有效方案。阳离子掺杂（如In³⁺、Ga³⁺、Al³⁺等）和阴离子掺杂（如氟化物、氯化物和溴化物）被用于改善ZnO的电学性质。双元共掺杂技术（如Al³⁺和Cl⁻共掺杂）也展示了提高OPVs性能的潜力。硼掺杂因其能提高载流子浓度、增强电池效率和延长器件寿命而受到特别关注。

（1）硼掺杂策略：本文采用硼酸作为硼源，通过混合溶液法直接与氧化锌溶液混合进行掺杂，制备出B-ZnO ETL。硼掺杂不仅提高了ZnO的电学输运性能，还改善了薄膜质量，减少了界面缺陷态密度。

（2）性能提升：当硼酸掺杂比例为8%（质量分数）时，B-ZnO基OPVs的PCE达到8.76%，相比未掺杂的ZnO基器件（8.10%）提升了8.2%。硼掺杂优化了ETL的表面形貌，提高了电导率，增加了内建电势，减少了界面缺陷态密度。

图2 不同浓度硼酸掺杂对应ETL的XRD图谱

Fig.2 XRD diffraction pattern of boric acid doping or not

图3 不同浓度硼酸掺杂ZnO对应ETL的AFM高度图像：（a）浓度为0%；（b）浓度为2%；（c）浓度为4%；（d）浓度为6%；（e）浓度为8%；（f）浓度为10%

Fig.3 2D AFM height images of electron transport layer films based on zinc oxide doping boric acid with different proportions

图4 (a)不同硼酸掺杂比例的(Ahν)2-hν关系曲线曲线图；(b)不同硼酸掺杂比例对应的ETL的导电率图

Fig.4 (a) Curves of the (Ahν)2-hν relationship with different boric acid doping ratio; (b) Conductivity of electron transport layer corresponding to different boric acid doping ratio

图5 不同浓度硼酸掺杂的B-ZnO基OPVs的 (a)J-V曲线图；(b)EQE曲线图

Fig.5 (a) J-V curves;(b) EQE profiles of OPVs with different boric acid doping concentrations

图6 不同浓度硼酸掺杂的B-ZnO基OPVs的 (a)莫特肖特基曲线图;(b)SCLC曲线图。

Fig. 6 (a) Mot-schottky curve; (b) SCLC curve chart of OPVs with different boric acid doping concentrations

本文通过混合溶液法制备了不同浓度硼酸掺杂的ZnO ETL，并研究了其对OPVs光电性能的影响。结果表明，适量硼掺杂（如8%(质量分数)）显著提高了OPVs的PCE，这归因于B-ZnO ETL更好的表面形貌、更高的电导率、增加的内建电势以及减少的界面缺陷态密度。

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