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（城大）科研團隊最近成功突破存在逾十年的技術瓶頸，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，使用新技術製備的有機光伏電池，效率可提升至20.5%。

由城大李兆基講座教授（材料科學）任廣禹教授領導的研究團隊，觀察結合一種新型受體材料FTh-4F的有機光伏系統，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。這個發現與傳統認知相悖，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界面三重電荷轉移態（3CT），重新解離為可被有效提取的自由載流子；更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。研究證實，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%。相關研究成果已刊於《自然》期刊，題為「有機光伏中自旋三重態激子的回收利用」。

任教授表示，團隊在後續實驗中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。

是次研究成果建基於城大團隊多年來的不懈努力。他們在2022年成功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，在當時成功創下了有機光伏電池光電轉換效率的紀錄超過19%，研究成果刊於《自然能源》期刊。

其後，團隊在持續關注不同材料體系的激發態動力學時，觀察到D18:FTh-4F體系存在的獨特現象，於是跳脫主流抑制三重態激子生成的思路，開闢將三重態激子回收再利用的全新路徑，並展開為期兩年的數據採集與深度驗證，最終獲得突破。

任教授指出：「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，這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。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。」

是次研究由城大主導，研究團隊包括蘇州大學及南京大學成員。