分子长度一变光路也随之改变…找到下一代太阳能电池关键线索[解读科学]

by Kim Jonghwa

Published 30 Mar.2026 13:20(KST)

刊登于《Nature Chemistry》…发光效率由47%提升至75%，光电子材料设计迎来新范式

有研究结果显示，仅通过将分子长链式连接并排布，就能精确设计光能的传输路径和发光效率。这一成果为在分子尺度上调控作为下一代太阳能电池、高效发光器件和人工光合作用技术核心的激子行为打开了新途径。

延世大学表示，由化学系名誉特聘教授 Kim Dongho 研究团队与德国维尔茨堡大学 Frank Wurthner 教授团队合作，揭示了有机分子的长度和排列方式会改变光能传递机制的事实，并于30日公布了这一结果。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Nature Chemistry》最新一期上。

分子链越长，光能传递方式越改变时的激子行为示意图。研究团队提供

研究团队新开发了一种通过精确连接多枚染料分子构筑的“折叠聚合体（foldamer）”结构，并将分子链长度从2个单元逐步延长至最多14个单元，系统分析了其与光相互作用方式的变化。

结果发现，当分子连接数量约达到4～6个以上时，荧光特性开始急剧改变。代表发光效率的量子产率在传统二聚体中约为47%，而在14单元连接结构中最高提升至75%。

研究团队分析认为，这并非单纯由分子数量增加引起，而是由于形成了多种激发态同时相互作用的多重激子（multiexciton）状态。也就是说，当分子超过某一临界长度后，激子的生成与迁移路径本身发生变化，从根本上对光能流向进行了重新设计。

通讯作者、延世大学化学系名誉特聘教授 Kim Dongho（左）与第一作者、哥伦比亚大学博士后研究员 Hong Yongseok。延世大学提供

尤其是通过共振拉曼光谱和超快时间分辨光谱技术，研究团队直接观测到，随着分子链变长，其二级结构排布与激子动力学之间的因果关系。同时也证实，仅依靠以往广泛使用的简单二聚体模型，难以解释真实固体光电子材料中复杂的能量迁移过程。

此次成果被评价为首次在实验上证明，仅凭分子长度与排列就能事先设计光能流动这一新概念。该方法在太阳能电池、人工光合作用、高效发光器件以及分子基础电子线路等未来光电子技术领域具有广泛应用前景。

Kim 教授表示：“本研究展示了可以根据分子如何连接和排列，预先设计光能流动方式”，并称“这将成为开发仿照自然界光合作用那样实现精密能量传递的人工光器件的重要线索”。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。