有机太阳能电池（OSCs）由于其成本低、重量轻、透明且能够使用溶液制备大面积器件而获得了广泛的研究关注。得益于非富勒烯受体（NFA）和与之匹配的聚合物供体的发展，OSCs的能量转换效率（PCE）已被提高到19%。然而，OSC 仍然落后于无机和钙钛矿同类产品，需要进一步探索和创制新的 NFA，以优化其电子结构特性和聚集特征，从而实现器件性能的突破。

  氟功能化有机半导体的分子主链或侧链已被证明在调整OSC材料的能级、分子堆积、表面能以及活性层形貌等方面非常有效。例如，前期研究表明，在Y系列NFA的末端基团中引入三氟甲基基团可以实现超窄带隙和3D互穿的分子堆积网络。近期的研究中，氟代烷基链已成功引入到Y系列NFAs的吡咯单元中，从而降低表面能，有效地调控垂直相分布，进而提升器件效率。然而，目前尚未探索将氟代侧链引入Y系列NFAs外部侧链的可能性。此外，操控含氟烷基受体的分子堆积和相分离仍然是一个挑战，因为过多的氟化可能导致不理想的形貌并损害器件性能。因此，研究Y系列NFAs的侧链氟功能化的结构-性能关系对于精确控制氟代链、最终实现高性能OSC至关重要。

图 5. (a) 共混薄膜的薄膜深度依赖性光吸收光谱. (b) 模拟激子产生示意图. (c) 不同薄膜深度对应激子产生速率. (d) 氟功能化对相分布和激子产生的影响机制示意图.  

  作者合成了两种不同程度氟化侧链的不对称NFA，并对氟功能化对其电子结构特性、分子堆积以及相关器件性能的影响进行了系统研究。研究结果表明，精确控制侧链氟化能够增强由ESP诱导的供体/受体分子间静电相互作用，从而改善分子堆积和活性层形貌。在此基础上，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为16.1%。此外，基于PM1:BTP-PC6:BTP-F5的三元有机太阳能电池实现了19.2%的PCE。这项研究工作表明，通过对Y系列NFA外侧链进行适度氟官能化来调整ESP诱导的分子间静电相互作用，是实现最佳共混物形态的有效策略。这种调整有助于在追求高效有机太阳能电池时实现更高的J_SC和FF。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400086