聚合物太陽能電池作為新興的前沿研究領(lǐng)域，其能量轉(zhuǎn)化效率的不斷攀升主要得益于光活性層材料（包括電子給體與電子受體材料）的設(shè)計(jì)和開發(fā)。其中，通過分子結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)來調(diào)制材料的前線軌道能級(jí)是一種十分有效的提高器件開路電壓的策略。近年，在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市科委和中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的大力支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組研究人員對(duì)聚合物給體材料的能級(jí)調(diào)制進(jìn)行了深入的研究。他們表示，通過降低給體材料的HOMO能級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)光伏器件開路電壓的提升，并最終獲得更高的能量轉(zhuǎn)化效率（Chem. Rev. 2016, 116, 7397-7457; Polym. Int. 2015, 64, 957-962）。

相對(duì)于給體材料，對(duì)傳統(tǒng)的富勒烯型受體進(jìn)行化學(xué)修飾更為困難。但令人振奮的是，此前研究人員在非富勒烯型聚合物太陽能電池中實(shí)現(xiàn)了超過11%的能量轉(zhuǎn)換效率（Sci. China Chem. 2016, DOI: 10.1007/s11426-016-0198-0），這個(gè)結(jié)果已經(jīng)十分接近傳統(tǒng)的富勒烯型太陽能電池的最高效率。此外，相對(duì)于富勒烯型器件，非富勒烯型器件具有更加優(yōu)異的穩(wěn)定性，因此進(jìn)一步發(fā)展此類光伏器件勢(shì)在必行。

得益于近年來對(duì)給體材料能級(jí)調(diào)控的成功實(shí)施，研究人員對(duì)于非富勒烯受體材料能級(jí)的精準(zhǔn)調(diào)控展開研究。近期，他們首次通過在小分子受體的兩端引入弱給電子基團(tuán)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于受體材料LUMO能級(jí)的精準(zhǔn)調(diào)控（Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201602776）。研究表明：通過在特定位點(diǎn)進(jìn)行給電子基團(tuán)的修飾可以在保證材料HOMO能級(jí)基本不變的情況下，LUMO能級(jí)實(shí)現(xiàn)十分有效的提升；而隨著給電子性取代基引入數(shù)量的增加，材料的LUMO能級(jí)實(shí)現(xiàn)階梯式的提高。因此，相應(yīng)器件的開路電壓從原先的0.90 V分別提升至0.94 V和0.97 V。更值得指出的是，由于取代基團(tuán)較小的空間位阻，材料的堆積特性幾乎未發(fā)生改變，理想的共混薄膜形貌得以保持。因此，以給體材料PBDB-T和受體材料IT-M構(gòu)筑的非富勒烯型太陽能電池器件實(shí)現(xiàn)了效率的進(jìn)一步突破，并取得了創(chuàng)紀(jì)錄的12.05%的能量轉(zhuǎn)換效率。該電池的效率通過了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的認(rèn)證，并達(dá)到11.6%，這是目前公開認(rèn)證最高效率的單結(jié)有機(jī)太陽電池。同時(shí)，該工作也展現(xiàn)出受體材料精準(zhǔn)能級(jí)調(diào)制的重要性，這將極大地促進(jìn)受體光伏材料的發(fā)展。