供体和受体的化学结构限制了二元供体-受体混合物的活性层所能达到的功率转换效率。上海交通大学刘烽等人使用四元共混物，实现了体异质结有机光伏有源层中双级联能级的匹配，从而实现了有效的载流子分裂和传输，进而获得了超过18%的创纪录效率。

本文要点：

1）从空穴传输方面看，具有类似于PM6的化学结构但具有更高的HOMO能级的PM7可以用作“添加的”供体，可以与PM6互溶，不破坏形态，并提供分层的级联能级匹配。从电子传输方面来看，与PM6：Y6共混物相容的PC₇₁BM是一种受体，其LUMO略高于Y6，从而提供了级联能级排列，从而改善了电子传输并提高了效率。

2）除了降低电荷分裂驱动力外，PM7还优先与Y6受体相互作用，有效调节Y6的结晶度，从而更好地适应载流子传输。添加PC₇₁BM会降低光吸收，但不会降低电流输出。受主混合物中PC₇₁BM的较高LUMO含量可改善V_OC和电子传输，并抵消吸收损失，从而提高器件性能。供体和受体的化学结构提供了对电子结构和电荷转移状态能级的控制，从而能够控制空穴转移速率，载流子传输和非辐射复合损失。

3）基于PM6：PM7：Y6：PC71BM的四元器件的最高效率为18.07％，认证效率为17.35%，有效面积为0.032 cm², 在单层OPV器件中最高，具有出色的稳定性，在1000 h光照后，PCE保持初始效率的81％。这些结果证明了在BHJ薄膜中调控电子结构的重要性，同时要形态形态，为通向更高效率的OPV器件开辟了一条新途径。

Zhang, M., Zhu, L., Zhou, G. et al. Single-layered organic photovoltaics with double cascading charge transport pathways: 18% efficiencies. Nat. Commun. 12, 309 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20580-8