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由香港大學（港大）機械工程系周慈勇教授領導的研究團隊在有機光伏領域取得突破。他們的研究揭示了有機光伏 (OPV) 材料的結構如何影響其性能表現，爲未來 OPV 材料的開發提供了重要見解。這項研究已發表在學術期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上，文章標題爲「Engineering ultrafast exciton dynamics to boost organic photovoltaic performance」。

什麽是有機光伏（OPV）？
OPV是一種前景光明的新興太陽能技術，與傳統由剛性無機材料製成的太陽能電池板不同，OPV使用有機（基於碳的）材料，具有輕便、柔性、經濟且無毒等獨特優點，非常適用於爲城市建築和可穿戴裝置供電。

目前，雖然OPV轉化太陽能為電能的效率尚未達到傳統太陽能板的水平，但它展現巨大的發展潛力。在過去五年中，OPV的太陽能轉換效率顯著提高，從約10%增加至目前的20%以上。這些進展很大程度上源於一系列稱爲Y型受體的新材料開發。 然而， 科學家們對這些分子材料的運作機制並沒有完全瞭解，這限制了進一步的材料開發和技術轉移。

研究團隊的發現
周教授的研究團隊運用先進工具，深入研究Y型受體，以探究其結構對於在OPV表現的影響。主要的發現有：

1. 激子的關鍵行爲：當陽光照射OPV材料時，會產生激子（通過庫侖力束縛的電子-空穴對）。在Y型受體中，激子從材料中無序排列的區域移動到有序排列的區域。研究發現了一種追踪這種激子移動過程的方法，並觀察到這種移動發生在極短的時間內，即在皮秒（萬億分之一秒）的時間尺度內。
2. 在OPV器件中，有序排列的分子具備更好的性能：研究人員發現， 分子排列更整齊且更均勻的OPV材料有助於激子更迅速地從無序區域移動至有序區域。他們的研究表明，在Y型受體中，這種更快速的激子移動與OPV器件表現更優秀的太陽能轉換效率之間有著強的關聯性。
3. 性能最佳狀態：有趣的是，研究人員發現Y型受體在分子排列既不過於緊密又不過於鬆散的情况下，展示的性能最佳。這種恰到好處的排列使材料更均勻，有助於激子更有效地移動，進而提升OPV器件的整體性能。

爲什麽這項研究重要？
這項研究爲科學家們提供了更清晰的方向，以設計更好的OPV材料。通過深入理解材料結構與OPV器件性能之間的關係，研究人員可以開發出更高效、可靠且經濟實惠的太陽能技術。若進一步發展，OPV有潛力補充傳統太陽能板的不足，爲城市、可穿戴技術等領域提供可持續的能源解决方案。簡單來説，團隊的發現將推進柔性、經濟、高效的太陽能裝置的開發，有助實現更綠色的未來。

今次的跨學科研究項目，整合了中國科學院化學研究所易院平教授、浙江大學陳紅征教授、香港中文大學路新慧教授，以及清華大學徐曉敏教授等多個研究小組在超快光譜學、量子化學模擬、X 射綫散射和器件製造等方面的專業知識完成。香港大學周慈勇教授團隊的博士生郭宇和中國科學院化學研究所易院平教授團隊的韓廣超教授是研究項目的共同第一作者。

關於論文
Yu Guo‡, Guangchao Han‡, Jing Guo, Haotian Guo, Yuang Fu, Xiaodan Miao, Zhen Wang, Dongsheng Li, Shuixing Li, Xiaomin Xu, Xinhui Lu, Hongzheng Chen, Yuanping Yi* and Philip C. Y. Chow*. Engineering ultrafast exciton dynamics to boost organic photovoltaic performance. Energy Environ. Sci., 2024,17, 8776-8786. (‡ 共同第一作者；* 通訊作者)

論文連結：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee03315a.

周慈勇教授簡介
周慈勇教授於英國倫敦帝國學院取得理學士學位，在劍橋大學取得物理學碩士和博士學位，目前是香港大學機械工程系助理教授。他在港大的跨學科研究小組致力於研究和開發光電器件，多方面應用於柔性太陽能電池、可穿戴電子産品和綠色建築等。周教授獲得多個獎項和嘉許，包括2010年英國EPSRC博士培訓獎、2016年日本學術振興會海外博士後研究員獎、2022年香港研究資助局傑出青年學者計劃；以及2022年國家自然科學基金優秀青年科學基金等。

傳媒查詢：
香港大學工程學院 鍾敏芝女士（電話：3910 3324；電郵：chungmc@hku.hk）