有机太阳能电池中的“三重态激子”循环利用

在有机光伏（OPV）器件中，非同类复合过程会产生低能量的三重态激子（T₁），这类激子传统上被认为只能通过不可逆的非辐射途径耗散为热量，造成能量损失。本文通过实验首次证实：在一种具有窄化单-三重态能隙的非富勒烯受体材料构成的OPV体系中，T₁激子能够借助界面电荷转移态（³CT）被‘重新解离’，再次生成可自由移动的载流子（即电流所需的电子和空穴）。研究团队通过向活性层中引入特定敏化剂来选择性激发受体中的三重态，并观测到自由载流子数量显著增加，直接验证了该机制；同时，他们还系统描绘了T₁激子与自由载流子随时间演化的动态关系。进一步分析表明：分子轨道的空间分布特征，以及分子在固态聚集时激子的离域程度，共同决定了受体材料在实际薄膜状态下的单-三重态能量差；这使得T₁激子与³CT态之间的能量‘交通’变得可控。更关键的是，当把这种新型受体作为第三组分添加到其他主流OPV体系中时，成功‘回收’了原本由三重态引起的能量损失，显著提升了器件整体光电转换效率——其本质是最大限度地将原本要变成热的低能三重态激子，重新转化为可用于发电或发光的有效电荷。这项工作不仅深化了人们对有机光伏基础物理过程的理解，更提供了一条切实可行的新路径：通过分子设计主动‘唤醒’失效激子，变废为宝，为下一代高效有机光电器件的发展指明方向。