通过外部掺杂产生自由载流子对于调控有机半导体（OSC）的电子性能至关重要。掺杂OSC在众多电学和光电器件的成功运行中扮演关键角色，但掺杂剂设计仍面临可加工性、稳定性及效能等挑战。
本文香港城市大学朱宗龙和伦敦帝国理工学院Saif A. Haque等人介绍了一类基于金属茂盐的通式化p型掺杂剂（[M(C₁₀H₁₀₋ₙ)(X)ₙ]⁺[Y]⁻），能够满足上述要求。该方法的关键在于能够通过氧化还原活性金属阳离子（M）和环戊二烯环上官能团（X）独立调控阳离子，从而控制氧化强度；同时，通过对阴离子（Y）的调控，可以控制掺杂OSC⁺盐的掺杂效能和稳定性。本研究系统探究了阳离子和阴离子结构对OSC掺杂的影响，阐明了用于掺杂剂设计的结构-性能关系。我们揭示了掺杂机制，并证明此类掺杂剂可将钙钛矿/OSC异质结处的空穴提取效率提升45%。使用金属茂盐掺杂剂的钙钛矿/OSC光活性层，相比使用传统LiTFSI基掺杂剂的薄膜，对湿气诱导降解的耐受性显著增强。
最后，在n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中展示了优化的二茂铁盐掺杂剂的应用，实现了无LiTFSI、无添加剂的器件，其光电转换效率高达25.30%。
研究亮点：
- “可调控”掺杂剂设计新策略提出基于金属茂盐（[M(Cp)₂]⁺[Y]⁻）的掺杂剂平台，可独立调控阳离子（通过改变金属中心M或环上官能团X）以精确匹配OSC的氧化电位，同时调控阴离子（Y）以优化掺杂效能与稳定性，为有机半导体掺杂提供了高度灵活的设计空间。
- 高效、无锂、空气稳定的钙钛矿太阳能电池使用优化的二茂铁盐（如[Fc(Br)₂][TFSI]）完全替代传统吸湿、不稳定的LiTFSI和FK209共掺杂剂，制备的n-i-p结构钙钛矿太阳能电池实现了25.30%的最高效率（基准LiTFSI器件为24.59%），展现了卓越的性能替代潜力。
- 显著增强器件界面稳定性与空穴提取金属茂盐掺杂剂及其反应副产物中性二茂铁能有效钝化钙钛矿表面，诱导能带弯曲并形成表面杂化态，从而提升空穴提取效率（最高提升45%）。掺杂后的空穴传输层表现出优异的耐湿性（高湿度下性能衰减远低于LiTFSI），有助于提升器件整体环境稳定性。
Metallocenium Salts as Tunable Dopants for Enhanced Efficiency of Perovskite Solar Cells
T. Webb, V. Francesco, D. Gao, L. Zhu, W. Tremlett, A. Azaden, A. Rodgers, P. Jacoutot, A. J. P. White, S. Islam, N. J. Long, Z. Zhu and S. A. Haque, Energy Environ. Sci., 2025
DOI: 10.1039/D5EE05482F
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee05482f
