在提高OLED效率的新方法中，來自日本九州大學有機光子學與電子研究中心（OPERA）的研究人員使用單態(tài)裂變將一個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100%的限制。

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

日本九州大學有機光子學與電子研究中心的研究人員通過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，克服了每對電荷只能形成一個激子的限制。單態(tài)激子可以將一半的能量轉(zhuǎn)移到相鄰分子，同時保留一半的能量。這種單態(tài)裂變的過程能導致一個單態(tài)激子產(chǎn)生兩個三重態(tài)激子，然后將三重態(tài)激子轉(zhuǎn)移到第二類分子，這種分子能利用能量發(fā)射近紅外（NIR）光。

Hajime Nakanotani教授表示：“簡而言之，我們將分子作為OLED中激子的變換機器。類似于將10美元鈔票轉(zhuǎn)換成兩個5美元鈔票的轉(zhuǎn)換機器，這些分子能將昂貴的高能激子轉(zhuǎn)換成兩個半價低能激子。”

研究人員通過比較NIR發(fā)射與設(shè)備暴露于各種磁場時剩余單態(tài)激子的微量可見光發(fā)射來評估單態(tài)裂變過程的效率。

通過實驗，研究人員證實，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太陽能電池。

該團隊表示，使用單態(tài)裂變的整體效率仍然相對較低，因為有機發(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效率和強度的方法。為了進一步提高效率，研究人員正在研究改善發(fā)射體分子本身的方法。

隨著進一步改進，該研究團隊希望能將激子產(chǎn)生效率提高到125%，這也是研究人員面臨的下一個限制，因為電氣操作自然會產(chǎn)生25%的單態(tài)激子和75%的三重態(tài)激子。一旦團隊實現(xiàn)了這一目標，該研究團隊就開始研究如何將三重態(tài)激子轉(zhuǎn)換為單態(tài)激子，以實現(xiàn)200%的量子效率。

OPERA主任Chihaya Adachi表示：“近紅外光在生物、醫(yī)學應用以及通信技術(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際應用。”

實驗表明，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)光可以提供開發(fā)高強度NIR光源的途徑，這種應用在傳感、光通信和醫(yī)療應用領(lǐng)域意義尤其重大。

此次研究進展發(fā)表在《Advanced Materials》上。