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为解决有机光伏（OPV）体系能量转移机制不明问题，研究人员开展 OPV 共混物能量转移研究，发现 SRET 机制，为优化器件提供依据。
在能源领域，有机光伏（OPV）技术凭借成本低、可溶液加工、能实现柔性器件制备等优势，成为科研人员的研究热点。传统观念里，电荷转移（CT）在 OPV 器件产生光电荷过程中占据核心地位。然而，随着研究的深入，人们发现能量转移过程对 OPV 材料里激子的动力学同样至关重要，尤其是在非富勒烯受体（NFAs）应用后，其重要性愈发凸显。不过，目前 OPV 体系中能量转移机制仍迷雾重重，主要是 CT 过程与能量转移过程相互交织，难以区分，并且传统的 F?rster 共振能量转移（FRET）模型无法全面解释能量转移现象，比如轨道重叠对能量转移的影响就常被忽视。在此背景下，开展相关研究以明确能量转移机制，对提高 OPV 器件效率意义重大。
为解开这一谜团，研究人员开展了深入研究。研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。研究人员选用聚合物给体 PBDB-T-2F 和小分子受体 IEICO 等构建模型体系，运用多种技术手段，对 OPV 共混物中的能量转移过程进行研究。
在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。其一，利用超快激光光谱技术，包括瞬态吸收（TA）实验和稳态及瞬态光致发光（PL）光谱技术，实时监测激发态的变化；其二，采用光谱电化学技术，精准确定电荷转移激发态的特征。
研究人员首先构建了用于研究能量转移过程的模型系统。选择给体 PBDB-T、受体 IEICO 及其氟化衍生物，是因为通过氟化调整 HOMO 和 LUMO 能级，能制备出不同类型的共混物，且其吸收光谱特性便于研究。在 PBDB-T-2F:IEICO 的体异质结（BHJ）中，研究人员发现其光致发光（PL）发射光谱和瞬态吸收（TA）数据呈现出特殊现象，即受体发射增强，给体 PL 猝灭，并且在 100ps 内出现两个不同的基态漂白（GSB）信号，表明发生了高效的能量转移。
接着，研究人员在 BHJ 结构中发现了短程能量转移（SRET）现象。从 TA 光谱中观察到，早期光谱与典型 FRET 过程不同，出现了新的激发态吸收（ESA）带，经分析确定为供体 - 受体界面的 CT 激发。进一步研究发现，中间态具有混合的 CT 和局部激发（LE）特征，且在不同时间尺度上信号发生变化。在对 PBDB-T:IEICO - 4F 的研究中，也得到了类似的结果，从而提出了 SRET 的存在。
随后，研究人员对平面异质结（PHJ）结构中的能量转移动力学进行研究。通过改变 Al2O3中间层的厚度，观察能量转移的变化。研究发现，当中间层厚度增加时，超快能量转移和 CT 信号减弱，这表明界面接触对 SRET 很关键；而当 SRET 被厚中间层抑制后，能观察到由 FRET 引起的弱漂白信号，且能量转移速率与距离的关系符合 FRET 模型。
在讨论部分，研究人员指出，此次发现的 SRET 是一个涉及混合 CT 和 LE 特征中间态的两步过程，与传统 Dexter 机制不同。SRET 和 FRET 在不同类型的共混物中都存在，它们在不同空间范围发挥作用。通过调节界面与本体的比例，优化 SRET 和 FRET 的平衡，有望提高 OPV 共混物的电荷产生效率。同时，研究人员还发现共混物中存在 LE 和 CT 特征混合的界面激发态，这种混合态受轨道重叠和能量差影响，并且通过量子化学计算得到了证实。此外，SRET 在不同类型共混物中的后续演化存在差异，在 Type 2 共混物中，SRET 产生的受体激发态可通过空穴转移高效分离电荷。
综上所述，该研究成功揭示了含 NFAs 的 OPV 共混物中存在超快 SRET，这一发现为解决 OPV 体系中电荷产生初始过程的争议提供了新视角。SRET 机制很可能广泛适用于大多数聚合物 / NFA 体系，在优化 OPV 器件时，应综合考虑 SRET、FRET 和 CT 过程对激发态动力学的调控作用，这对推动 OPV 技术发展、提高器件性能具有重要意义。
