在有机光伏领域，低能量自旋三重态激子（T₁）被广泛视为「能量陷井」——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（城大）科研团队最近成功突破存在逾十年的技术瓶颈，成功「转废为宝」，将三重态激子回收并转化为可发电的有效载流子，使用新技术制备的有机光伏电池，效率可提升至20.5%。

由城大李兆基讲座教授（材料科学）任广禹教授领导的研究团队，观察结合一种新型受主材料FTh-4F的有机光伏系统，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。这个发现与传统认知相悖，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界面三重电荷转移态（3CT），重新解离为可被有效提取的自由载流子；更进一步指出透过精准调整分子的侧链结构与聚集态激子离域性，可有效减小受主的单重态-三重态能隙（ΔEST），提升T₁激子的解离效率。研究证实，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%。相关研究成果已刊于《自然》期刊，题为「有机光伏中自旋三重态激子的回收利用」。

任教授表示，团队在后续实验中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。

是次研究成果建基于城大团队多年来的不懈努力。他们在2022年成功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，在当时成功创下了有机光伏电池光电转换效率的纪录超过19%，研究成果刊于《自然能源》期刊。

其后，团队在持续关注不同材料体系的激发态动力学时，观察到D18:FTh-4F体系存在的独特现象，于是跳脱主流抑制三重态激子生成的思路，开辟将三重态激子回收再利用的全新路径，并展开为期两年的数据采集与深度验证，最终获得突破。

任教授指出：「这项研究完善了有机光电器件激子／载流子演化的科学框架，这有望应用到更多与电荷分离及电荷复合相关的光电系统中。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。」

是次研究由城大主导，研究团队包括苏州大学及南京大学成员。