刷新纪录！首款双效率破1%有机半导体器件问世

东京理科大学研究团队研发出一款全新有机半导体器件，该器件既可利用光能发电，还能发出明亮可见光。研究团队通过精准设计材料结构、抑制能量损耗，同步实现了高效光电转换与电致发光效果，打造出一款多功能技术平台，有望应用于显示屏、传感器及光能采集等诸多领域。

重新定义二极管应用潜能

半导体二极管是现代电子产业的基础元器件，也是集成电路、显示屏、图像传感器与太阳能电池的核心组成单元。但目前各类基于二极管研制的设备功能较为单一，无法兼顾多重用途：手机屏幕能够呈现清晰画面，却无法吸收太阳光发电；太阳能电池板可以光伏发电，却不能当作显示面板使用。

这也引发了行业思考：既然各类光电技术拥有相同物理底层原理，能否打造一款单一器件，同时实现多种功能？

由东京理科大学综合研究院材料与结构实验室Seiichiro Izawa副教授牵头，联合校内Yutaka Majima教授、博士生Qing-Jun Shui等人组成的科研团队，成功研制出一款兼具采光蓄能与自主发光双重功能的新型器件，为发电式显示屏以及小型化电子设备的研发扫清了技术障碍。

相关研究成果已正式发表于《先进材料》期刊。

攻克有机半导体能量损耗难题

长期以来，能量损耗一直是有机半导体领域难以突破的瓶颈。光线照射有机半导体材料时，会激发出自由移动的电子与空穴电荷。理论上，电荷复合过程可完成发电或发光工作，而实际应用中，大部分能量都会通过非辐射复合的方式转化为热能白白损耗。

为解决这一难题，该研究团队将研发重心放在调控两种有机材料界面间的能量传输方式上。团队精心选配并复合多共振热激活延迟荧光材料，这类材料相邻原子间电子密度呈交替分布，可构建出理想的能级结构，有效避免捕获的能量转化为无效非辐射能量。

创下性能与能效双重新纪录

研究人员选用两款常用于有机发光二极管领域的多共振热激活延迟荧光分子v-DABNA与QAO，搭建简易层状结构器件。该器件同步实现1.36%光电转换效率与2.0%发光效率，这也是全球首款两项核心效率指标均突破1%的有机半导体器件。

器件可发出高亮度红光，亮度达到1000坎德拉每平方米，对标商用手机显示屏亮度标准；工作电压仅3.2伏，适配通用锂电池供电体系，其开路电压也无限逼近理论极限值。

综合各项性能表现，这款新型器件的整体性能已趋近砷化镓等成熟无机半导体材料。Izawa表示：“此次成功实现单器件兼具高效发光、光能采集与光电探测多重性能，为有机光电器件搭建了全新设计思路，也朝着打造多功能、小型化、绿色节能电子器件平台迈出关键一步。”

技术优势与未来应用前景

相较于钙钛矿等无机半导体材料，有机半导体具备得天独厚的应用优势。

Izawa介绍道：“有机电子器件可制成轻质、可弯折甚至半透明薄膜形态，十分适配窗体集成光伏组件、穿戴式电子设备、皮肤贴合电子器件以及柔性显示传感系统等场景。这类应用所需的特殊形态，是硬质无机材料难以实现的。”该研究成果将助力发电式显示屏落地普及，同时推动太阳能电池及各类光能采集设备进一步提升光电利用效率。