日前，西北工業大學柔性電子前沿科學中心黃維院士團隊吳忠彬教授等人在垂直有機發光電晶體領域取得研究進展。他們成功地實現了高效率、低工作電壓的垂直有機發光電晶體，獲得了目前有機發光電晶體領域的最高器件效率，在柔性主動顯示和固態照明等領域展現了巨大應用潛力。相關研究成果“Efficient and low-voltage vertical organic permeable base light-emitting transistors”發表於國際頂尖學術刊物—Nature Materials上。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41563-021-00937-0

有機發光電晶體是將有機發光二極體的發光特性和電晶體的電流開關特性高度整合的一類新興的光電器件，近年來在主動顯示、固態照明、有機電泵浦鐳射器等領域引起了國內外廣泛的研究。眾所周知，電晶體根據載流子傳遞通道的方向可分為水平結構和垂直結構電晶體，相應地，有機發光機電晶體根據電子和空穴的注入傳輸方向也被分為水平和垂直有機發光電晶體。目前大多數研究都集中在水平單層或者多層有機發光電晶體。雖然水平結構能實現較快的載流子注入，但是產生的激子極易被猝滅掉，比如，激子-激子猝滅和激子-極化子猝滅等。此外，水平結構不能提供良好的光學耦合輸出微腔結構，導致產生的大部分光子都侷限在光腔中被損失掉。因此，如何同時實現有機發光電晶體中載流子、激子、光子的精準調控，是目前該領域面臨的重大研究挑戰之一。

針對這一科學難題，西北工業大學柔性電子前沿科學中心黃維院士團隊吳忠彬教授等人利用低電壓的垂直可滲透型基極薄膜電晶體高度整合高效率的有機發光二極體這一器件設計思想，可同時進行載流子和光子的精確調控。他們實現了高效率、高亮度、低工作電壓的垂直有機發光電晶體。紅綠藍三基色有機發光電晶體的最大外量子效率分別高達19.6%、24.6%、11.8%；最大電流效率分別為20.6cd/A、90.1 cd/A、27.1 cd/A；最大發光亮度分別為9,833 cd/m2、12,513 cd/m2、4,753 cd/m2。所有制備的器件的工作電壓均低於5.0V。這也是目前報道的有機發光電晶體領域的最高器件效率。

透過詳盡的3DTCAD電學模擬和光學模擬計算表明引入的可滲透型的Al/AlOx基極不僅能夠調控載流子的注入和傳輸，而且能夠為光子的耦合輸出提供完美的光學微腔結構。該創新性研究成果為探索低壓、低功耗、高效率的有機發光電晶體提供了一個基本的器件設計原則和全新途徑，而且為發展用於新型柔性主動顯示、固態照明、電泵浦有機半導體鐳射器等領域提供了全新策略。

高效、高亮度的紅綠藍三基色有機發光電晶體

該研究工作是以西北工業大學為第一完成單位和通訊單位，西北工業大學吳忠彬教授、北京資訊科技大學柳淵教授、德累斯頓工業大學博士生郭二娟為共同第一作者，吳忠彬教授是本論文的唯一通訊作者。德國德累斯頓工業大學的Karl Leo教授團隊、德國中部黑森工業大學的Alexander Kloes教授團隊、德國德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茨研究中心的René Hübner博士等為本工作提供了大力支援。該工作得到了中央高校基礎研究經費、國家留學基金委、德國DFG、德國洪堡基金會等的資助和支援。

本文來自“西北工業大學官網”。