城大成功回收自旋三重態激子發電 為高效有機光伏器件發展奠向
發佈時間：18:50 2026-07-05 HKT
在有機光伏領域，低能量自旋三重態激子（T₁）被廣泛視為「能量陷阱」，因這類激子一般以熱能形式損耗、無法有效轉換為電能。香港城市大學領導的科研團隊，最近透過新型受體材料，成功回收三重態激子、並將其轉化為可發電的有效載流子，突破超過10年的技術瓶頸，使用新技術的有機光伏電池效率更可提升至20.5%，為下一代高效有機光伏器件的發展奠定新路向。
為2022年同類研究的延續
城大早於2022年已提出一種逐層製備活性層的器件工程策略，以抑制有機光伏器件中三重態激子的形成，把因為電荷載流子複合而造成的能量流失減低，在當時成功創下有機光伏電池光電轉換效率超過19%的紀錄。相關團隊其後關注不同材料體系的激發態動力學時，觀察到新的獨特現象，並就此開闢將三重態激子回收再利用的全新路徑，同時展開為期兩年的數據採集與深度驗證。
由城大李兆基講座教授（材料科學）任廣禹領導的研究團隊，早前觀察結合新型受體材料FTh-4F的有機光伏系統時，發現當中的自由載流子壽命遠長於自旋三重態激子的壽命，與傳統認知相悖，暗示三重態激子並非單純地耗散為熱能，而是有可能重新解離為自由載流子。
團隊在接續的實驗中，透過敏化實驗增加三重態激子的濃度，成功驗證三重態激子可經由「三重電荷轉移態」（3CT），重新解離為可被有效提取的自由載流子；精準調整分子的側鏈結構與聚集態激子離域性，可有效減小受體的單重態「三重態能隙」（ΔEST），提升T₁激子的解離效率。
研究亦證實，引入FTh-4F以回收利用三重態激子的三元有機光伏器件，效率可提升至20.5%。任廣禹指出，團隊在後續實驗已進一步將有機光伏電池效率提升至21%以上，為下一代高效有機光伏器件的發展，奠定了嶄新的科學基礎與工程化路徑，「是次突破有望大幅提升能源利用效率，推動人類邁向清潔、高效與可持續的未來。」今次研究的成果已刊於《自然》期刊。
本報記者
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