近日，柔性電子全國重點實驗室黃維院士團隊在高性能有機發光晶體管領域取得重大突破。團隊成功研發出高效率、低功率損耗的兼具水平和垂直結構的有機發光晶體管，為未來大面積柔性顯示和低功耗光通信等應用開辟了全新路徑。相關研究成果以“Exciton management and balanced charge-carrier transport enable efficient organic field-effect light-emitting transistors”為題，于11月10日發表于國際頂尖學術期刊《自然?光子學》（Nature Photonics）上。
有機場效應發光晶體管（OFE-LET）是一類極具潛力的新型光電器件，它巧妙地將有機發光二極管的發光特性與場效應晶體管的電流開關特性高度集成，在高性能柔性有機顯示應用領域展現出巨大應用前景，因而受到國內外學術界的廣泛關注。然而，當前該領域面臨著諸多挑戰。單層OFE-LET由于分子堆積和延展共軛引發的激子猝滅效應，其性能在很大程度上依賴于功能材料的分子設計；多層OFE-LET結構雖然能夠實現電荷注入、傳輸與發光過程的空間分離，將激子的輻射復合限制在發光層內，但卻難以實現載流子注入和輸運的平衡，并且無法構建優異的光學耦合輸出微腔結構，導致大量產生的光子被困在光腔內部，造成能量損失。所以，如何同時實現有機發光晶體管中載流子、激子和光子的精準調控，成為目前該領域亟待攻克的重大科學難題。
針對這一挑戰，團隊提出了一種基于非對稱交錯電極結構的多層器件設計，可同時進行載流子和光子的精確調控，實現高效率、高亮度、低功率損耗的有機發光晶體管。通過開發具有平衡雙極傳輸特性的主體材料，有效促進電子沿分子骨架遷移，增強電子親和性，實現平衡的雙極性傳輸性能。
基于上述策略，團隊成功制備出紅、綠、藍三色高性能OLET器件。其峰值外量子效率分別達到18.4%、21.2%和14.4%，電流效率分別為26.9 cd A-1、78.0 cd A-1和31.7 cd A-1，最大亮度分別為16110 cd m-2、19577 cd m-2和4383 cd m-2。此外，開發的圖案化OFE-LET陣列具備超過60%的開口率，像素電路寄生功耗僅為5.6%。該研究不僅創新性地為開發高效率、高亮度和低功率損耗的有機發光晶體管確立了關鍵的器件設計原則，并為推動大面積柔性顯示、電泵浦有機半導體激光器和光通信等前沿領域應用提供了全新路徑。
西北工業大學博士研究生李東海、侯雨辰，南京工業大學碩士研究生王劍，以及德累斯頓工業大學邢珅博士為論文共同第一作者，柔性電子全國重點實驗室吳忠彬教授、陶友田教授和黃維院士為論文通訊作者。該工作獲得了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助和支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01793-z
圖：高效低功耗紅綠藍三基色有機場效應發光晶體管
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