日本科學(xué)家如何讓OLED效率突破100%？

日前，日本九州大學(xué)有機(jī)光子學(xué)與電子研究中心（OPERA）的研究人員展示了一種提高OLED效率的新方法，使用單態(tài)裂變將一個(gè)激子的能量分成兩部分，這種方法有可能使得OLED激子生產(chǎn)效率超過(guò)100%的限制。

激子是OLED中的能量包，是由分子上的一個(gè)正電荷和一個(gè)負(fù)電荷的連接形成的。一個(gè)激子可通過(guò)釋放能量產(chǎn)生一個(gè)光子。激子有兩種形式，即單態(tài)和三重態(tài)。

日本九州大學(xué)有機(jī)光子學(xué)與電子研究中心的研究人員通過(guò)使用能夠接受三重態(tài)激子的分子，其中三重態(tài)激子的能量是單態(tài)激子能量的一半，克服了每對(duì)電荷只能形成一個(gè)激子的限制。單態(tài)激子可以將一半的能量轉(zhuǎn)移到相鄰分子，同時(shí)保留一半的能量。這種單態(tài)裂變的過(guò)程能導(dǎo)致一個(gè)單態(tài)激子產(chǎn)生兩個(gè)三重態(tài)激子，然后將三重態(tài)激子轉(zhuǎn)移到第二類(lèi)分子，這種分子能利用能量發(fā)射近紅外(NIR)光。

Hajime Nakanotani教授表示：“簡(jiǎn)而言之，我們將分子作為OLED中激子的變換機(jī)器。類(lèi)似于將10美元鈔票轉(zhuǎn)換成兩個(gè)5美元鈔票的轉(zhuǎn)換機(jī)器，這些分子能將昂貴的高能激子轉(zhuǎn)換成兩個(gè)半價(jià)低能激子?！?/p>

研究人員通過(guò)比較NIR發(fā)射與設(shè)備暴露于各種磁場(chǎng)時(shí)剩余單態(tài)激子的微量可見(jiàn)光發(fā)射來(lái)評(píng)估單態(tài)裂變過(guò)程的效率。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)，單態(tài)裂變產(chǎn)生的三重態(tài)在激子能量從暗三重態(tài)向發(fā)射態(tài)轉(zhuǎn)移后發(fā)射出NIR電致發(fā)光，總激子產(chǎn)生效率為100.8%。研究人員認(rèn)為他們的研究是首次使用單態(tài)裂變提高OLED效率的研究，盡管單態(tài)裂變以前曾用于有機(jī)太陽(yáng)能電池。

該團(tuán)隊(duì)表示，使用單態(tài)裂變的整體效率仍然相對(duì)較低，因?yàn)橛袡C(jī)發(fā)射器的近紅外發(fā)射傳統(tǒng)效率低下。盡管如此，這種新方法可以提供一種在不改變發(fā)射體分子的情況下提高OLED效率和強(qiáng)度的方法。為了進(jìn)一步提高效率，研究人員正在研究改善發(fā)射體分子本身的方法。

隨著進(jìn)一步改進(jìn)，該研究團(tuán)隊(duì)希望能將激子產(chǎn)生效率提高到125%，這也是研究人員面臨的下一個(gè)限制，因?yàn)?a target="_blank">電氣操作自然會(huì)產(chǎn)生25%的單態(tài)激子和75%的三重態(tài)激子。一旦團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，該研究團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始研究如何將三重態(tài)激子轉(zhuǎn)換為單態(tài)激子，以實(shí)現(xiàn)200%的量子效率。

OPERA主任Chihaya Adachi表示：“近紅外光在生物、醫(yī)學(xué)應(yīng)用以及通信技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)在我們了解了單態(tài)裂變可用于OLED，從而有了一條新的途徑可以克服產(chǎn)生高效近紅外OLED面臨的難題，而且很快就能得到實(shí)際應(yīng)用?！?/p>

實(shí)驗(yàn)表明，即使在電激發(fā)下，單態(tài)裂變產(chǎn)生的三重態(tài)激子也有可能作為電致發(fā)光，從而提高了OLED的量子效率。采用單態(tài)裂變的電致發(fā)光可以提供開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度NIR光源的途徑，這種應(yīng)用在傳感、光通信和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域意義尤其重大。