维度网讯，香港城市大学（CityUHK）的研究人员实现有机太阳能电池功率转换效率达到20.5%，其关键在于一种回收三重态激子的新策略——将这类通常不发光、被视为能量损耗通道的激发态重新转化为可提取的自由电荷载流子，从而降低了传统有机光伏器件中的能量损失。

有机太阳能电池中的三重态激子因寿命长且自旋禁止跃迁，历来制约高效电荷产生。城大团队开发的机制可将这些原本被俘获的激发态转化为可在电极处收集的自由电子和空穴，在不牺牲器件电压的前提下提升光电流输出。目前，有机太阳能电池的认证效率已超过20%，实验室规模的器件通过非富勒烯受体、形貌调控和降低能量损失等路径，效率已突破21%。

研究人员使用的有机太阳能电池集成了一种名为FTh-4F的小分子非富勒烯受体（NFA），该受体属于稠环电子受体家族，具备强近红外吸收、高效电子传输和低能量损失特性。“将此受体作为三元组分引入其他主体有机光伏系统后，我们恢复了三重态介导的损耗，并通过最大化可提取光载流子的数量提高了有机光伏效率，”研究团队解释道。

实验发现，自由电荷载流子的持久性远长于自旋三重态激子，表明三重态激子可以转化回自由电荷载流子而非以热量散失。通过敏化增加三重态激子数量，研究人员借助界面三重态电荷转移态实验确认了该回收路径。此外，优化受体的侧链结构和激子离域降低了单重态-三重态能隙（ΔEST），使三重态激子解离更为高效。后续实验室实验将功率转换效率推至超过21%，但未进一步披露细节。

相关成果以题为“有机光伏中自旋三重态激子的回收”（Recycling of spin-triplet excitons in organic photovoltaics）的论文发表在《自然》（Nature）杂志上。研究人员表示：“这项研究完善了有机光电器件中激子/电荷载流子演化的科学框架，并为涉及电荷分离和电荷复合过程的系统开辟了广阔的应用前景，预计将显著提高能源利用效率，推动向更清洁、更高效和更可持续的未来过渡。”