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  有機太陽能電池（OSCs）由于其成本低、重量輕、透明且能夠使用溶液制備大面積器件而獲得了廣泛的研究關注。得益于非富勒烯受體（NFA）和與之匹配的聚合物供體的發展，OSCs的能量轉換效率（PCE）已被提高到19%。然而，OSC 仍然落后于無機和鈣鈦礦同類產品，需要進一步探索和創制新的 NFA，以優化其電子結構特性和聚集特征，從而實現器件性能的突破。

  氟功能化有機半導體的分子主鏈或側鏈已被證明在調整OSC材料的能級、分子堆積、表面能以及活性層形貌等方面非常有效。例如，前期研究表明，在Y系列NFA的末端基團中引入三氟甲基基團可以實現超窄帶隙和3D互穿的分子堆積網絡。近期的研究中，氟代烷基鏈已成功引入到Y系列NFAs的吡咯單元中，從而降低表面能，有效地調控垂直相分布，進而提升器件效率。然而，目前尚未探索將氟代側鏈引入Y系列NFAs外部側鏈的可能性。此外，操控含氟烷基受體的分子堆積和相分離仍然是一個挑戰，因為過多的氟化可能導致不理想的形貌并損害器件性能。因此，研究Y系列NFAs的側鏈氟功能化的結構-性能關系對于精確控制氟代鏈、最終實現高性能OSC至關重要。

圖 5. (a) 共混薄膜的薄膜深度依賴性光吸收光譜. (b) 模擬激子產生示意圖. (c) 不同薄膜深度對應激子產生速率. (d) 氟功能化對相分布和激子產生的影響機制示意圖.  

  作者合成了兩種不同程度氟化側鏈的不對稱NFA，并對氟功能化對其電子結構特性、分子堆積以及相關器件性能的影響進行了系統研究。研究結果表明，精確控制側鏈氟化能夠增強由ESP誘導的供體/受體分子間靜電相互作用，從而改善分子堆積和活性層形貌。在此基礎上，基于BTP-F5的二元器件的效率提高到了17.3%，而基于BTP-F0的器件的PCE為16.1%。此外，基于PM1:BTP-PC6:BTP-F5的三元有機太陽能電池實現了19.2%的PCE。這項研究工作表明，通過對Y系列NFA外側鏈進行適度氟官能化來調整ESP誘導的分子間靜電相互作用，是實現最佳共混物形態的有效策略。這種調整有助于在追求高效有機太陽能電池時實現更高的J_SC和FF。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400086