近年来，基于稠环电子受体（FREAs）的有机太阳能电池（OSCs）取得了显著进展。然而，这些FREAs（如Y6和IT-4F）的复杂合成、低产率和高成本等问题，为它们的进一步商业化应用设置了障碍。为了降低受体材料成本，非稠环电子受体（NFREAs）逐渐受到更多关注。尽管如此，基于NFREAs的OSCs的功率转换效率（PCE）仍然保持在17%左右，这对高性能NFREAs的设计构成了挑战。与FREAs相比，NFREAs在其分子骨架中具有C-C单键，这导致分子骨架的刚性和结晶度较低。因此，进一步优化分子设计、增强分子平面性和提高结晶度，已成为进一步提高NFREAs光伏性能的关键因素。在前期的工作中薄志山团队在非稠环领域的分子设计和器件方面开展了系统的研究（Nat Energy, 2024, DOI: 10.1038/s41560-024-01564-0; Adv. Mater. 2024, 36, 2307292; Adv. Mater. 2024, 36, 2310362; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2102591; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22714; Nat. Commun. 2019, 10, 3038; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3356）。

      在这项工作中，受到超分子化学的启发，薄志山团队尝试利用分子间偶极-偶极相互作用诱导非稠环环电子受体（NFREAs）有序自组装成紧密堆积结构。为了实现这一目标，他们创新性地设计了两种NFREAs，即412-6Cl和412-6F。这两种受体通过在其侧链引入卤素原子，有效地增强了分子间偶极-偶极相互作用。值得注意的是，412-6F表现出优异的结晶性、平面骨架结构和显著减小的层间间距，这些都是由于强烈的F-O偶极-偶极相互作用。同时，其结晶性和电荷传输迁移率也得到了显著提高。当与D18共混时，形成的D18:412-6F薄膜显示出更高的结晶性和显著的纳米纤维结构，最终在器件中实现了超过18%的光电转换效率。此外，412-6F的材料成本显著低于传统的高性能共轭环电子受体，如Y6。总之，通过巧妙地利用分子间偶极-偶极相互作用，作者成功开发了一种成本效益高的NFREA，实现了非稠环电子受体的光伏性能突破。

总结

       这项研究成功设计和合成了两种非稠环环电子受体，分别是412-6F和412-6Cl，分别通过氟和氯取代基进行修饰。单晶分析显示，412-6F具有平面分子骨架，并在侧苯基上的氟原子和末端基团上的羰基氧原子之间存在明显的偶极-偶极相互作用。这种特定的相互作用促进了末端基团的紧密堆积，从而减小了层间间距。在D18:412-6F混合薄膜中观察到良好的结晶性和晶体相干长度。相反，412-6Cl采用了一种更扭曲的构型，并且缺乏这些相互作用。因此，基于D18:412-6F的有机太阳能电池（OSC）实现了18.03%的光电转换效率，超过了D18:412-6Cl OSC的性能。这强调了设计具有分子间相互作用的新型受体以增强OSC效率的重要性，从而为有机光伏技术的进步提供了新的方向。

Boosting Organic Solar Cells to Over 18% Efficiency through Dipole-Dipole Interactions in Fluorinated Nonfused Ring Electron Acceptors

Xinming Zheng, Xiaolin Jiang, Wenlong Liu, Chanyin Cao, Nan Wei, Zhengdong Wei, Lei Zhang, Hongbo Wu, Andong Zhang, Cuihong Li, Yahui Liu,* Hao Lu, *Xinjun Xu, Zheng Tang, Zhishan Bo*

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202412854