城大成功回收自旋三重态激子发电 为高效有机光伏器件发展奠向
发布时间：18:50 2026-07-05 HKT
在有机光伏领域，低能量自旋三重态激子（T₁）被广泛视为「能量陷阱」，因这类激子一般以热能形式损耗、无法有效转换为电能。香港城市大学领导的科研团队，最近透过新型受体材料，成功回收三重态激子、并将其转化为可发电的有效载流子，突破超过10年的技术瓶颈，使用新技术的有机光伏电池效率更可提升至20.5%，为下一代高效有机光伏器件的发展奠定新路向。
为2022年同类研究的延续
城大早于2022年已提出一种逐层制备活性层的器件工程策略，以抑制有机光伏器件中三重态激子的形成，把因为电荷载流子复合而造成的能量流失减低，在当时成功创下有机光伏电池光电转换效率超过19%的纪录。相关团队其后关注不同材料体系的激发态动力学时，观察到新的独特现象，并就此开辟将三重态激子回收再利用的全新路径，同时展开为期两年的数据采集与深度验证。
由城大李兆基讲座教授（材料科学）任广禹领导的研究团队，早前观察结合新型受体材料FTh-4F的有机光伏系统时，发现当中的自由载流子寿命远长于自旋三重态激子的寿命，与传统认知相悖，暗示三重态激子并非单纯地耗散为热能，而是有可能重新解离为自由载流子。
团队在接续的实验中，透过敏化实验增加三重态激子的浓度，成功验证三重态激子可经由「三重电荷转移态」（3CT），重新解离为可被有效提取的自由载流子；精准调整分子的侧链结构与聚集态激子离域性，可有效减小受体的单重态「三重态能隙」（ΔEST），提升T₁激子的解离效率。
研究亦证实，引入FTh-4F以回收利用三重态激子的三元有机光伏器件，效率可提升至20.5%。任广禹指出，团队在后续实验已进一步将有机光伏电池效率提升至21%以上，为下一代高效有机光伏器件的发展，奠定了崭新的科学基础与工程化路径，「是次突破有望大幅提升能源利用效率，推动人类迈向清洁、高效与可持续的未来。」今次研究的成果已刊于《自然》期刊。
本报记者
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