有机太阳能电池（OSCs）作为下一代光伏选择的优势在于其关键材料和制造特性：它们重量轻、柔性好，并且可以通过溶液处理技术在大面积上制造。[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11] 最近在Y6（图S1）及其衍生物方面的突破[12],[13],[14],[15],[16]极大地提升了单结OSCs的性能，使它们更接近商业化应用[17],[18],[19],[20],[21],[22]。然而，传统的二元异质结（BHJ）系统（供体/受体）仍面临若干挑战，包括光吸收有限、激子解离效率不足以及混合物薄膜中的过度聚集，这成为进一步发展的主要障碍。[23],[24],[25],[26],[27]
为了克服这些限制，通过引入第三种组分构建的三元BHJ OSCs引起了广泛关注。[28],[29],[30],[31],[32],[33],[34],[35],[36] 这种策略涉及在传统的供体（D）和受体（A）BHJ系统中加入额外的供体或受体，从而实现多个关键特性的协同优化。三元方法通过增强整个太阳光谱范围内的光吸收来拓宽光谱响应范围，优化能级对齐以促进定向电荷传输，并微调活性层的纳米级形态，以改善分子堆积和相分离，同时抑制电荷复合。许多研究证明了这种方法的有效性。例如，张等人使用局部沉积技术将IBC-F引入PM6:Y6混合物中，实现了18.29%的高光电转换效率，这归因于结晶度的提高和相分离动力学的优化。[30] 王等人将OBO-4F引入D18:L8-BO二元混合物中，减少了非辐射复合损失，实现了20.1%的光电转换效率，并获得了0.927 V的高开路电压（VOC）。在另一项研究中，徐等人将聚合物PM6添加到F10-fu:Y18系统中，降低了供体/受体的互溶性，从而优化了相分离和分子堆叠，形成了高效的纳米级电荷传输路径。[32] 这些结果共同证实了三元策略是提高OSCs光子吸收和光电转换效率的有效途径。卤化（如氯化或氟化）受体中的芳香环可以调节能级、分子堆积、晶体结构、电荷转移态能量以及与活性层中其他组分的相容性。[37],[38],[39],[40],[41],[42],[43],[44],[45],[46],[47],[48],[49],[50],[51] 例如，罗等人将BTz-CF3引入供体D18中，促进了L8-BO的渗透和有序堆叠，形成了有利的伪平面异质结结构，实现了19.5%的高光电转换效率。[48] 魏等人将氯化受体WLA2引入D18:L8-BO系统中，进一步提高了结晶度，并促进了纤维状相的形成，实现了19.64%的光电转换效率。[49] 何等人将C(sp3)–F多氟基团引入聚合物骨架中，增强了非共价相互作用，改善了分子聚集和排序，降低了表面能，并促进了纳米级相分离，最终获得了18.74%的三元器件效率。[50] 尽管取得了这些有希望的进展，但氟化模式对中心苯环作为T-OSCs第三组分在控制材料性能方面的具体作用尚未完全阐明。
在这里，我们开发了三种新的受体（o-2F、p-2F和t-4F），它们在中央苯环上的氟原子数量和模式上具有系统性变化（图1）。这些受体是通过直接的C–H芳基化（DACH）路线合成的，没有使用硼或锡前体，[52],[53],[54],[55],[56]，其核心为氟取代的苯环。每种受体都包含不同氟化模式的苯环，通过4,9-二氢-4,4,9,9-四己基-联吡rene噻吩（IDT）单元连接，并与2-(5,6-二氟-3-氧-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基)-丙腈（2FIC）末端键合。密度泛函理论（DFT）计算表明，它们的分子构型对应的二面角分别为16.41°、13.24°和4.26°，其中t-4F含有四个氟原子，具有最高的平面性。其中，o-2F的邻位氟化诱导了均匀的纳米级相分离，在BHJs中形成了三维互联的电荷传输网络。这种结构优化使得基于PM6:Y6:o-2F的T-OSCs的光电转换效率从16.16%提高到了17.41%。相比之下，t-4F的过度氟化导致结晶度过高，自聚集程度增加，T-OSC器件的性能提升有限。这项研究强调了通过合理的氟化设计来平衡分子几何结构和聚集性的重要性，为开发高性能T-OSCs受体提供了有益的指导。
