本工作综述了有机光电器件中三线态激子的产生、调控与利用机制，并系统总结其在太阳能电池、有机发光二极管与有机发光晶体管（OLET）等关键器件中的作用及最新进展，尤其首次全面梳理了OLET中的三线态管理策略。基于这些进展，我们提出了两种有望突破电致发光器件内部量子效率理论极限的三线态利用方案，并讨论了当前挑战与未来发展方向。该研究为深化三线态激子物理理解、提升有机器件性能及推动新型高效光电器件设计提供了重要参考与指导。

中文标题：有机光电器件中三线态激子的调控与利用

英文原题：Management and utilization of triplet excitons in organic optoelectronic devices

通讯作者：

董焕丽，中国科学院化学研究所

第一作者：

高灿，中国科学院化学研究所

关键词：

三线态激子、三线态迁移、三线态-三线态湮灭上转换、单线态裂分、有机发光晶体管

背景介绍

得益于有机半导体材料在分子结构可调、制备成本低以及光电性能优异等独特优势，有机光电器件在近几十年中取得了迅速发展，并在显示、太阳能转换和柔性电子等领域展现出广阔的应用前景。相比传统无机半导体，有机材料具有可通过化学设计精确调控能级与激子动力学的显著特征，为实现高效、柔性的光电器件提供了理想平台。

在这些有机光电器件中，三线态激子是一类具有平行电子自旋的特殊激发态。它们寿命较长、能量较低，尽管不易直接发光，却在能量转换和发光机制中扮演着至关重要的角色。如何有效“管理”与“利用”三线态激子，成为决定器件性能优劣的关键因素之一。

研究成果

近期，中国科学院化学研究所董焕丽研究员、高灿副研究员与澳大利亚昆士兰大学Ebinazar Namdas教授合作，发表了题为《有机光电器件中三线态激子的调控与利用》（Management and utilization of triplet excitons in organic optoelectronic devices）的综述论文。系统总结了过去二十年来三线态激子在有机太阳能电池（OSC）、有机发光二极管（OLED）及有机发光晶体管（OLET）器件中的研究进展与应用前景，并提出了突破器件效率瓶颈的潜在策略。

文章首先回顾了三线态激子在光-电转换器件中的应用。在有机太阳能电池中，通过“三线态-三线态湮灭上转换（TTA）”可以将低能光子转化为高能光子，从而扩大光吸收范围；而“单线态裂分（SF）”机制则能将一个高能激子分裂成两个低能三线态激子，有助于减少能量损失。这两种过程都为突破传统单结太阳能电池的Shockley–Queisser效率极限提供了新思路。

在电-光转换器件方面，综述详细阐述了OLED中三线态激子的多种利用途径，包括磷光发射材料、热活化延迟荧光（TADF）与TTA发光机制等。通过合理设计分子结构与能级匹配，已能实现几乎100%的激子利用率，大幅提升器件的电光转换效率和亮度稳定性。

尤其值得关注的是，论文首次系统总结了三线态激子在OLET中的管理与利用。OLET兼具场效应晶体管的电流调控与OLED的发光功能，被认为是未来实现光电融合与集成显示器件的核心单元。作者指出，若能在OLET中高效调控三线态激子的利用效率，将有望进一步提升其发光效率并推动新型显示等领域的应用研究。

有机光电器件中三线态激子的调控与利用

未来方向

未来研究应重点关注三线态激子的稳定性、能量转移效率以及新型高迁移率发光材料的开发。此外，借助分子工程与器件物理的协同优化，有望实现更高效、更稳定的有机光电器件，为柔性显示、能源转换及光通信等领域带来进一步突破。

引用本文

Can Gao, Zhagen Miao, Wallace W.H. Wong, et al.Management and utilization of triplet excitons in organic optoelectronic devices. Fundamental Research. 5(6) (2025) 2862-2879.

原文链接（复制到浏览器中查看）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824002188

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