实验室马於光教授团队：高带尾态密度的HLCT态发光体实现高性能蓝光OLED：激子能量分布视角

有机发光二极管（OLED）作为下一代显示与照明核心技术，蓝光器件因宽带隙和高能量要求，成为效率瓶颈。传统理论以“自旋统计规则”解释激子利用效率，忽略了有机半导体中分子热运动、无序堆积及堆积缺陷导致的激子能量分布。电注入激子实际呈现以光学带隙为中心的Gaussian分布，低能激子（<）易因能量失配被非辐射损失，限制蓝光OLED性能。课题组前期工作已证明，高带尾态密度发射体可显著提升低能激子利用，而具有HLCT态特征的发光体通常表现出高的激发带尾态密度。本文针对此，设计了HLCT态TCPN与LE态NCPN，并优化激子能量分布模型，从激子谱新视角突破传统框架，为高性能蓝光OLED提供全新的设计策略。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的马於光教授课题组利用高激发带尾态密度的HLCT态发射体（TCPN），实现高性能非掺杂蓝光OLED，有望为高效OLED发射体设计提供全新激子能量分布视角，并拓展其在高效率低功耗显示与节能照明领域的应用。

在有机半导体中，电注入的激子受分子热运动、无序堆积及堆积缺陷影响，呈现以光学带隙为中心的高斯能量分布。传统观点认为，高能激子易通过内转换或能量转移被利用，而低于的低能激子（带尾态）因能量失配易被非辐射损失，导致激子利用效率（EUE）受限。如何高效捕获并利用这些“被浪费”的低能激子，成为制约蓝光OLED效率的核心难点。

马於光课题组突破传统“自旋选择规则”（单线态/三线态比例）解释框架，从激子能量分布谱全新视角切入，设计并合成了基于䓛核心的两个蓝光发射体：HLCT态TCPN与LE态NCPN。通过引入三苯胺给体单元，TCPN的S1态呈现35.48% LE + 64.52% CT的杂化特性，并在薄膜激发谱中表现出远高于LE态NCPN的激发带尾态密度。

为精准量化带尾态对低能激子利用的贡献，课题组优化了前期高斯激子能量分布模型：用薄膜激发谱取代溶液吸收谱，真实反映堆积缺陷诱导的能级展宽与“有用”激子（仅考虑辐射复合路径）；固定总激子数恒定，避免因分布展宽而人为增加激子数量的不合理假设；以重叠积分Jex（而非简单重叠面积Aex）替代量化指标，权重不同能量下激子数密度与激发强度的匹配关系。

计算结果显示，无论σexc从40 meV至180meV，TCPN的Jex始终高于NCPN，二者比值稳定在1.43–1.46，与实际非掺杂器件EUE比值1.45高度吻合（TCPN器件EQEmax 14.73%，NCPN仅9.10%）。这直接验证：高激发带尾态密度可大幅提升低能激子捕获与辐射复合效率，从而实现高的激子利用率。

相关研究成果以“High-Performance Nondoped Blue OLEDs Enabledby HLCT-State Emitters with High Excited Band-Tail Density: An Exciton EnergyDistribution Perspective”为题发表在The Journal ofPhysical Chemistry Letters上，其中通讯作者为马於光教授与俞越副教授，第一作者为郭俊杰博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金等科研项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.5c03880