低能量自旋三重態激子（T₁）被廣泛視為「能量陷阱」。香港城市大學領導的團隊突破了逾十年來的技術瓶頸，成功「轉廢為寶」，將三重態激子回收並轉化為可發電的有效載流子，使得有機光伏電池效率顯著提升。研究成果已刊於《自然》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41586-026-10419-5

研究背景

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」，這類低能量 T₁ 激子是在有機光伏器件中由非雙分子復合形成的，過去通常被視為不可逆、非輻射損失通道，以熱能形式損耗掉，無法有效轉換為電能。一般研發方向是盡量減少三重態激子的形成。

城大團隊此前已提出一種逐層製備活性層的器件工程策略，抑制三重態激子的形成，並一度創下有機光伏電池光電轉換效率的紀錄（超過 19%）。不過在研究過程中，團隊觀察到 D18:FTh-4F 體系存在一個獨特現象：系統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，而有可能重新解離為自由載流子。

研究成果

城大李兆基冠名講座教授（材料科學）任廣禹教授領導的研究團隊，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界面三重電荷轉移態（³CT），重新解離為自由載流子，可被有效提取。

團隊進一步指出，透過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。實際上，FTh-4F 材料的特性就在於其分子軌道分布與聚集態激子離域特徵，使得 T₁ 激子與界面 ³CT 之間的轉換變得可控。

測量 ΔEST 的實驗在一個超高真空光電分析腔中進行

團隊使用一個超快激光系統分析樣品的激發態動力學

D18:FTh-4F 和 D18:BrQx-4BO 中的電荷分離態和 T1 的重組動力學（來源：論文）

團隊因而提出，可把 FTh-4F 作為三元組分引入其他主體有機光伏系統中。實驗中，引入了 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%，後續實驗可進一步提升至 21% 以上。

這一成果，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。任廣禹教授表示，這項研究完善了有機光電器件激子／載流子演化的科學框架，有望應用到更多與電荷分離及電荷複合相關的光電系統中，推動清潔能源的發展。

研究團隊

論文共同第一作者為城大李謙、孔令晨、梅樂。共同通訊作者是任廣禹教授、材料科學及工程學系的林均叡、及蘇州大學的陳先凱教授。

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