北京理工大学化学与化工学院王金亮教授团队首次合成了一系列A-DA'D-A型非富勒烯小分子受体材料（S-YSS-Cl、A-WSSe-Cl和S-WSeSe-Cl），通过逐步增加硒吩环的数目并结合不对称分子骨架的协同策略，精准的调控和优化了硒吩类聚合物太阳能电池薄膜的形貌和器件性能参数，获得了高达17.51%的光电转换效率。为了实现更高效率的硒吩类受体材料体系，王金亮教授团队最近合成了一系列对称或不对称的A-DA'D-A型含不同硒吩环数目(0、1、2)的小分子受体材料(S-YSS-Cl、A-WSSe-Cl和S-WSeSe-Cl) 。该团队系统地研究了这类新型硒吩类受体分子的光谱吸收、单晶堆积、光伏性能和共混膜形貌的协同效应和构效关系。研究结果表明，从S-YSS-Cl到A-WSSe-Cl再到S-WSeSe-Cl，纯相薄膜的光学带隙逐渐变窄和电子迁移率逐渐增加。复杂的单晶培养和结构解析研究表明，硒吩取代数量的增加导致分子间的π−π相互作用越来越强。此外，由于额外的S∙∙∙N之间的非共价分子间弱相互作用的存在，与噻吩类似物S-YSS-Cl相比，A-WSSe-Cl与S-WSeSe-Cl晶体中含有更加有序且高效的三维互穿电荷传输通道。此外，当与常见聚合物给体材料PM6混合时，基于含有单个硒吩环的A-WSSe-Cl与PM6共混膜呈现出最佳的分子间堆积面和最有利的三维纳米纤维状互穿网络薄膜形貌，产生最高且最平衡的电荷迁移率。器件结果表明，基于不对称型分子结构A-WSSe-Cl的光电转换效率高达17.51%，明显优于基于对称型分子结构S-YSS-Cl(光电转换效率为16.73%)和S-WSeSe-Cl(光电转换效率为16.01%)的器件性能。值得注意的是，17.51%的光电转换效率是目前所报道的基于硒吩环取代的小分子受体材料的聚合物太阳能二元电池器件的最高性能之一。这些结果表明，基于硒吩环取代的不对称型小分子受体在聚合物太阳能电池中有着巨大应用潜力。精准调制硒吩环取代的数量并结合不对称分子骨架的协同策略，可以有效的解决二元电池器件参数之间的平衡问题，实现了光电转换效率上的突破。这些都为合成更加高效率的A-DA’D-A型非富勒烯小分子受体材料体系提供了一种新策略。相关成果以“Synergistic Strategy of Manipulating the Number of Selenophene Units and Dissymmetric Central Core of Small Molecular Acceptors Enables Polymer Solar Cells with 17.5% Efficiency”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上。