综述：高效有机光伏电池的最新研究趋势

这篇综述深入探讨了有机光伏（OPV）领域的最新进展，聚焦动态激子（dynamic excitons）在电荷分离与传输中的核心作用，系统梳理了非富勒烯受体（NFA）设计、理论模拟（如TD-DFT/NA-MD）、器件优化（如PCE>18%）及机器学习辅助材料开发的突破性成果，为下一代高效OPV技术提供了理论框架与实践路径。

　　

1. 引言
有机光伏（OPV）因其轻质、柔性和可溶液加工等优势成为可再生能源领域的研究热点。当前OPV的功率转换效率（PCE）已突破18%，但进一步提升需解决激子结合能（E_b
）高、非辐射电压损失（ΔV_nr
）等关键问题。动态激子概念的提出，将传统局域激发态（LE）与电荷转移态（CT）的协同作用纳入研究框架，为理解电荷分离机制提供了新视角。

2. 理论研究
理论模拟揭示了电荷分离的两大机制："冷过程"（Cool process）中激子经CT态热解离，而"热过程"（Hot process）则直接生成自由电荷。Tamura等人的量子动力学分析表明，电荷离域和振动热CT态可降低库仑势垒，实现超快分离。Muraoka团队通过TD-DFT计算发现，电荷转移距离（d_CT
）和偶极矩变化（Δμ_D:A
）与短路电流密度（J_SC
）呈正相关，例如PTB7:PC₇₁
BM体系中d_CT
达1.02 ?，对应J_SC
提升至14.5 mA/cm²
。

3. 染料敏化太阳能电池（DSSC）
Higashino设计的TAA-AuCor染料通过分子内电子转移抑制电荷复合，其PCE显著高于无TAA基团的对照体系，证实给体-受体（D:A）界面工程对延长电荷分离态寿命的关键作用。

4. 新型有机半导体材料开发
Suzuki团队开发的C_n
-DPP-BP系列材料显示，烷基链长度（n=4-10）通过调控分子取向（面朝vs.边缘堆叠）影响器件性能，其中C4-DPP-BP因纳米级晶域（<100 nm）和高效激子扩散实现5.2% PCE。Ie设计的螺环非稠合NFA（TT-FT-DCI）通过刚性骨架减少构象弛豫，使PBDB-T基OPV的PCE达6.19%，而Yamakata的红外光谱证实其自由载流子寿命延长。

5. 器件评估技术
Yoshida的低能反光电发射谱（LEIPS）发现，有机半导体的激子结合能（E_b
）普遍为传输带隙的1/4。Tamai团队通过瞬态吸收光谱揭示PM6:Y6体系中，级联能级结构使电荷分离无需活化能（ΔE~4 meV），突破传统能量偏移（>0.3 eV）限制，实现PCE>15%。

6. 机器学习应用
Saeki利用弹性网络算法分析15项参数，发现PL猝灭效率（D激发）和π-π堆叠晶域尺寸是溴化ITIC器件PCE的核心影响因素，为材料设计提供量化指导。

7. 结论
动态激子研究为OPV的理性设计开辟了新途径，未来需进一步探索小能量偏移下的电荷分离机制，并开发兼具高EQE和低ΔV_nr
的材料体系，推动PCE向20%迈进。