基于共轭分子的有机太阳能电池由于具有可塑性强、来源广泛、易大量加工等优点在一些特殊设备上有着重要的用途。虽然此领域研究工作开展已近30年，国际学术界对于其光电转换机制仍没有统一的认识。传统的定性解释一般认为光照之后首先在电子给体形成束缚的空穴－电子对，也就是通常所说的激子，然后此激子迁移到电子给体/受体界面发生分子间电荷转移得到电荷转移态，并进一步发生电荷分离直至形成电荷分离态。这种定性描述很难解释电子和空穴如何克服1eV左右的束缚能发生自发分离，因此近年来多个研究组提出了“热”激子、长程电荷转移等多种新机制来解释有机太阳能电池中的高效电荷分离，但仍未达成共识。

 

    马海波副教授和英国华威大学Alessandro Troisi教授合作，采用马海波副教授研究组近年发展的从头算重整化激子方法（J. Chem. Phys.2012, 136, 024113；J. Phys. Chem. A2013, 117, 3655）对不同尺寸的有机给体/受体分子聚集体进行了电子结构计算。他们的计算第一次实现了对如此大的分子聚集体的激发态电子结构的精确从头算表征，并第一次发现：光照可在给体/受体界面直接产生长程电荷转移激发态，无需经过激子的内转换过程。这为理解有机太阳能电池的高效光电转化过程提供了重要新观点。进一步的分析表明：长程电荷转移态的振子强度主要来源于其与近程电荷转移态的量子相干以及与激子态的量子共振。该结果已在《先进材料》（Advanced Materials）在线发表：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402294/abstract。