新型有机半导体NFA具有卓越性能的奥秘所在

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太阳能在向清洁能源的未来转型中起着至关重要的作用。目前的硅基太阳能电池板有其局限性——它们价格昂贵，而且很难安装在曲面上。研究人员已经开发出替代材料来解决硅的这些缺点，其中最有前途的是所谓的“有机”半导体。这是一种碳基半导体，而碳在地球上储量丰富，价格便宜，而且对环境友好。

有机太阳能电池的一个缺点是其光电转换效率低，约为12%，而单晶硅太阳能电池的效率为25%。但最近一类新型有机半导体的发展，即非富勒烯受体（NFA），改变了这种模式。用NFA制成的有机太阳能电池的效率可以接近20%。

尽管具有出色的性能，科学界仍然不清楚NFA显著优于其他有机半导体的原因。在一项发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上的突破性研究中，研究人员发现了一种微观机制，部分解释了NFA具有卓越性能的原因。

这一发现的关键是研究人员使用一种被称为“时间分辨双光子光电发射光谱”或“TR-TPPE”的实验技术进行的测量。这种方法使研究小组能够以亚皮秒的时间分辨率（1皮秒为1万亿分之一秒或10^-12秒）跟踪激发电子的能量。

研究人员认为，由于电子的量子行为，这种不寻常的过程可以在微观尺度上发生，这使得一个被激发的电子可以同时出现在几个分子上。这种量子怪异与热力学第二定律相吻合，从而产生不寻常的能量增益过程。