日科学家突破OLED激子产生效率100%的限制

2018-07-11 10:21

在提高OLED效率的新方法中，来自日本九州大学有机光子学与电子研究中心（OPERA）的研究人员使用单态裂变将一个激子的能量分成两部分。这种方法有可能使得OLED激子生产效率超过100%的限制。

激子是OLED中的能量包，是由分子上的一个正电荷和一个负电荷的连接形成的。一个激子可通过释放能量产生一个光子。激子有两种形式，即单态和三重态。

日本九州大学有机光子学与电子研究中心的研究人员通过使用能够接受三重态激子的分子，其中三重态激子的能量是单态激子能量的一半，克服了每对电荷只能形成一个激子的限制。单态激子可以将一半的能量转移到相邻分子，同时保留一半的能量。这种单态裂变的过程能导致一个单态激子产生两个三重态激子，然后将三重态激子转移到第二类分子，这种分子能利用能量发射近红外（NIR）光。

Hajime Nakanotani教授表示：“简而言之，我们将分子作为OLED中激子的变换机器。类似于将10美元钞票转换成两个5美元钞票的转换机器，这些分子能将昂贵的高能激子转换成两个半价低能激子。”

研究人员通过比较NIR发射与设备暴露于各种磁场时剩余单态激子的微量可见光发射来评估单态裂变过程的效率。

通过实验，研究人员证实，单态裂变产生的三重态在激子能量从暗三重态向发射态转移后发射出NIR电致发光，总激子产生效率为100.8%。研究人员认为他们的研究是首次使用单态裂变提高OLED效率的研究，尽管单态裂变以前曾用于有机太阳能电池。

该团队表示，使用单态裂变的整体效率仍然相对较低，因为有机发射器的近红外发射传统效率低下。尽管如此，这种新方法可以提供一种在不改变发射体分子的情况下提高OLED效率和强度的方法。为了进一步提高效率，研究人员正在研究改善发射体分子本身的方法。

随着进一步改进，该研究团队希望能将激子产生效率提高到125%，这也是研究人员面临的下一个限制，因为电气操作自然会产生25%的单态激子和75%的三重态激子。一旦团队实现了这一目标，该研究团队就开始研究如何将三重态激子转换为单态激子，以实现200%的量子效率。

OPERA主任Chihaya Adachi表示：“近红外光在生物、医学应用以及通信技术中发挥着关键作用。现在我们了解了单态裂变可用于OLED，从而有了一条新的途径可以克服产生高效近红外OLED面临的难题，而且很快就能得到实际应用。”

实验表明，即使在电激发下，单态裂变产生的三重态激子也有可能作为电致发光，从而提高了OLED的量子效率。采用单态裂变的电致发光可以提供开发高强度NIR光源的途径，这种应用在传感、光通信和医疗应用领域意义尤其重大。

此次研究进展发表在《Advanced Materials》上。