有机太阳电池（OSCs）效率和无机太阳电池（如晶硅、钙钛矿等）相比仍有较大差距。其内因是有机材料本身骨架柔性，且聚集态主要通过π-π相互作用、氢键等较弱的非共价键形成。这导致有机光电材料面临如下挑战：（1）分子间相互作用弱；这通常会造成局域激子较小的半径（小于1 nm）和较大的结合能（大于0.3 eV）。因此激子通过Förster或Dexter能量转移的扩散过程会被严重阻碍。同时，p轨道电子云不充分地重叠也会导致电子“hopping”传输受阻；（2）分子堆积的无序性；有机材料聚集体中隐藏较多的晶体缺陷或非晶区域，从而产生大量的载流子复合位点，导致载流子复合严重且迁移率低。综上，如何增强分子间相互作用和堆积有序性对获得更高效的OSCs至关重要。

有机光电材料分子电子骨架刚性化、二维共轭延展，同时引入足够的杂原子（如卤素原子X）是增强分子间作用力和诱导有序堆积的有效途径。前者可以通过刚性的二维共轭平面增强分子π-π堆积作用力，而后者可以通过X-H、X-S、X-π等弱键构建多重非共价相互作用。两者协同有望显著增强分子间相互作用和堆积有序性，从而进一步导致激子离域（降低激子结合能，延长激子寿命等），振动能级态密度收缩，载流子迁移和复合动力学改善等。当前高效受体分子化学活性位点主要集中在缺电子末端单元上。由于末端单元在分子堆积中的重要角色，末端卤化（通常含有两个卤素原子）已被广泛应用且获得了显著的效果。然而，末端单元进一步卤化会不可避免的导致材料能级失配（尤其是LUMO显著下移），从而损害OSCs的开路电压。庆幸的是，高效受体分子的中心单元也往往深度参与分子堆积，并在建立优势的三维分子堆积网络中发挥主导作用。如果能够在中心单元上引入更多的卤素而不仅仅是在末端上，就可以最大限度地发挥外围卤化的优势，同时克服其在能级调控上的弱点。但是目前高效受体材料体系的中心单元上化学活性位点缺失，致使上述分子优化策略无法实现。

针对上述科学问题，近期南开大学陈永胜教授研究团队发展了一系列CH受体分子（图1a），其特色在于中心单元的显著二维共轭延展和多重化学活性位点。该团队通过系列的研究已经揭示了中心单元二维共轭延展和卤素调控在获得更优分子间堆积模式，增强分子间作用力，降低激子结合能、促进电荷迁移和抑制复合动力学等方面的重要作用。特别是研究发现即使对中心单元进行相当小的结构调整（例如使用不同种类的卤素原子），也可以非常有效地优化分子间堆积模式和强度，从而展现了该系列分子惊人的结构多样性和可剪裁特性（Sci. China Chem 2022, 65 1362；Acc. Mater. Res. 2023 10.1021/accountsmr.1023c00093；Angew. Chem Int. Ed. 2022, 61, e202209580；Energy Environ. Sci. 2022 15 3519；Nat. Commun. 2023, 14, 4707；etc.）。

在该工作中，作者基于上述二维共轭的分子结构平台，通过对中心单元外围活性位点进行完全氟化，设计合成了分子骨架周围有8个氟原子的CH8F受体分子（图1b）。得益于CH8F的二维共轭分子骨架，特别是氟诱导增强的分子间弱健相互作用，CH8F分子获得了更紧密且有序的分子堆积，更大的介电常数、更小的激子结合能和更优的电荷迁移性质。当与D18给体共混，共混薄膜中可以观察到明显的纤维结构，因此基于D18:CH8F的OSCs获得了18.80%的优异器件效率。当进一步引入D18-Cl作为第三组分，由于D18和D18-Cl高度的结构相似性，从而形成了混合良好的相区，在保持原有优势形貌的同时进一步增强了分子间的π-π堆积和有序性（图2），最终使三元器件效率提升至19.28%，为该系列材料目前的最高效率，也充分展示了D18和D18-Cl作为共混给体构筑高效有机光伏器件的巨大潜力。

通过该工作的系统研究，作者展示了通过CH系列受体外围结构优化获得破效率纪录OSCs的巨大潜力。同时鉴于其分子结构的惊人多样性，也将激发国内外同行基于该分子平台进行大量的创新探索。