目前有机太阳能电池的器件效率已经超过19%，这些高效的光伏器件主要是由宽带系聚合物给体和窄带隙的稠环受体组合制备，然而这些稠环的分子结构复杂，合成繁琐，提高了成本。近年来，结构为非稠环结构的受体发展迅速，效率也已经突破了16%以上，这些高效的非稠环分子主要是由侧链工程、端基工程和分子骨架工程等策略来不断的优化设计而成。其中最常用的策略是卤化端基策略，引入卤素原子可有效的调节分子的化学能级、吸收波长、分子结晶以及影响形貌，从而影响器件的性能。常见的引入强电负性F原子可增加分子堆积，F-H，F-S等非共价键可提高分子堆积和电荷传输；Cl原子由于其空的3D轨道可降低能级，Cl-C大的偶极矩能够提高分子间电荷转移，拓宽吸收；Br原子的空间位阻大，可极大地影响分子间的堆积从而诱导不同的器件效率。以前的报道主要是集中于卤化策略对结晶、分子堆积以及迁移率等方面做了一些较浅的探讨，尚未深入研究不同卤化策略对分子及器件性能的影响。本篇论文揭示了F，Cl，Br原子取代对薄膜的微观结晶动力学影响，及研究了对相分离和激子扩散长度的影响研究。

通过DFT和TD-DFT从理论上研究F，Cl，Br原子取代对分子结合能及电子-空穴结合能之间的影响。计算表明，随着F, Cl，Br原子的相对分子质量增加，相应的受体分子和聚合物之间的结合能依次增大。此外，进一步计算发现，Cl取代的受体分子与聚合物给体之间具有最小的电子-空穴结合能，这十分有助于器件中的电荷分离和转移，故Cl取代的受体分子器件电流较高。

通过一系列测试表征，包括原位吸收、拉曼光谱、AFM、TEM和GIWAXS等测试，表明Cl取代的受体分子具有较高的结晶性和较好的薄膜形貌。进一步用不同深度的XPS测试发现，F和Br取代的受体分子相分离不完善，有倾向于聚集的特征，而Cl取代的受体分子的相分离优异，给受/体均与分布，十分有利于电荷分离和传输，故器件效率明显提高。

研究成果发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上，题为“Revealing the Effect of Halogenation Strategy on the Regulation of Crystallization Kinetics and Molecular Packing for High-Performance Organic Solar Cells”。通讯作者为海南大学迟伟杰教授，南方科技大学徐保民教授和Aung Ko Ko Kyaw教授。

全文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202311736

撰稿人：迟伟杰

审核人：罗盛旭