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日本使OLED激子产生效率超过100%的限制
2018-07-09


[据固态电子技术网站201876]  日本九州大学有机光子学与电子研究中心(OPERA)的研究人员已经展示了一种方法,在有机发光二极管(OLED)中的能量分裂并使激子产量超过100%上限,开辟了一条制造用于传感和通信应用的低成本、高强度近红外光源的新方法。



OLED使用含碳有机分子层将电荷转换成光。在正常的OLED中,一个正电荷和一个负电荷在一个分子上聚集,形成携带能量的激子。激子可释放能量以产生至多一束光或光子。



当所有电荷形成发光的激子时,可实现最大100%的内部量子效率。然而,新技术使用称为单态裂变的过程将激子的能量分成两个,使得激子产生效率,即将电荷对转换为激子的效率,超过100%的限制。



“简而言之,我们在OLED中加入了作为激子变换机器的分子。类似于将10美元钞票转换成5美元钞票的转换机器,这些分子将昂贵的高能激子转换成两个半价低能激子。”九州大学副教授兼合着者Hajime Nakanotani解释说。



激子有两种形式,单态和三重态,分子只能接收具有一定能量的单态激子或三重态激子。研究人员使用能够接受三重态激子的分子,其中三重态激子的能量只是分子单态激子能量的一半,克服了每对电荷产生一个激子的极限。



在这种分子中,单态激子可将其一半能量转移到相邻分子,同时保留一半能量,从而一个单态激子产生两个三重态激子。这个过程叫做单态裂变。



然后将三重态激子转移到第二类分子,该分子利用能量发射近红外光。在目前的工作中,研究人员能够将电荷对转换为100.8%三重态激子,表明100%不再是限制。虽然之前已在有机太阳能电池中观察到该现象,但这是首个在OLED中使用单态裂变的报道。



此外,通过比较各种磁场环境下器件的近红外发射与利用单态激子余寿命预测的微量可见光发射,研究人员可容易地评估单态裂变效率,这通常难以估计。“近红外光在生物和医学应用以及通信技术中发挥着关键作用。现在我们知道单态裂变可用于OLED,我们有一条新的途径可以克服创造高效近红外OLED的挑战,这将很快得到实际应用。”OPERA主任Chihaya Adachi说。



在这项早期工作中,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上效率低下,当然,能效最高总是限制在100%。尽管如此,这种新方法提供了一种在不改变发射体分子的情况下提高效率和强度的方法。研究人员也在研究改进发射体分子本身。



随着进一步的改进,研究人员希望激子产生效率高达125%,这将成为下一个限制,因为电气操作自然会带来25%的单态激子和75%的三重态激子。在此之后,研究人员正在考虑将三重态激子转换为单态激子且可能达到200%的量子效率。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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