近年来，随着有机太阳能电池（OSCs）研究的不断深入，通过巧妙的分子设计来实现能量转换效率(PCE)的提升成为了诸多研究者孜孜不倦追求的目标，而新的发现往往来源于研究问题的独特解答方式。有机太阳能电池的PCE是由其开路电压（V_OC）、短路电流（J_SC）和填充因子（FF）共同决定的，而大量研究发现其V_OC和J_SC存着着某种trade-off的关系，也就是说只通过改变活性层中的给受体的结构提升V_OC，J_SC往往会降低，反之亦然。这就使得V_OC和J_SC的同时提升变成了一件比较困难的事情，最终反映在PCE上表现为提升不明显。

那么如果有这样一种材料设计方式，能够降低V_OC和J_SC的这种trade-off的关系，并能够同时保持原有FF不降低或者提升的话，那么OSCs的PCE想必会得以突破。怀着这样的憧憬，我们在课题组此前设计的小分子受体材料LA1-4F的基础上进行了进一步的研究。我们将不对称π桥引入到了“A-D-A”型分子结构的LA1-4F中，设计合成了具有单边π桥的“A-D-π-A”型不对称小分子受体WA1，经研究发现新材料的带隙更窄，吸收光谱得以拓宽，并且LUMO能级也适度提高，这使得同时提高J_SC和V_OC成为可能。并且由于不对称结构使得分子偶极矩增加，分子间相互作用增强，相分离尺度和分子堆积取向得到明显优化，因此器件的FF也得以提升，最终基于WA1的器件V_OC=0.860 V、J_SC=22.65 mA/cm²，高达79.31%的FF，和最终15.36%的高PCE，三个参数及最终光伏性能均明显高于不引入π桥的受体LA1-4F的性能V_OC=0.801 V，J_SC=17.41 mA/cm², FF=76.29%, PCE=10.64%，将WA1引入到PM6:Y6的体系中所制得的三元器件也展现出了较好的匹配性和相容性，最终也取得了18.15%的高PCE，这也是第一个以π桥受体为客体组分所制备的高性能三元器件。

为了进一步研究π桥数量对光伏性能的影响，我们继续设计合成了含有双边对称π桥的“A-π-D-π-A”型受体材料WA2。然而引入两个π桥导致材料HOMO能级过高，与给体材料PM6的能级匹配性差；更为重要的是，引入两个π桥的WA2产生了无序堆积，分子优势堆积被削弱，这导致了较低的电荷传输效率，激子复合概率增加。首次多方面影响，WA2的器件除了V_OC提高到0.91V，J_SC仅有14.88 mA/cm²，FF也降低至67.71%，最终PCE仅为9.17%。这也从侧面证明，具有单边π桥的“A-D-π-A”型不对称小分子受体WA1的结构优势。试想，如果此设计思路能够合理运用于Y6骨架体系，将有可能实现OSCs光伏效率的突破。

上述研究成果目前已在线发表在材料领域国际知名期刊J. Mater. Chem. A(DIO:https://doi.org/10.1039/D2TA05157E)，审稿人给予了高度评价，认为这种独特的材料设计方式可以进一步推广至更多的材料体系，并鼓励研究者进行更进一步的研究。中科院青岛能源所在职博士后、青岛科技大学青年教师王鹏超博士为论文的第一作者，包西昌研究员、李永海副研究员等为共同通讯作者。该项目获得中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金、山东能源研究院等项目的资助。