科学家提出量化激子淬灭方法，助力设计高效高亮度发光电化学电池

发光电化学电池，是一种结构简单的薄膜电致发光器件。其发光层只需一层，并需要夹在空气稳定的阳极和阴极之间。

使用能效高、成本低的制备方法，也能做出大面积发光的发光电化学电池。发光电化学电池的基底可以是玻璃这样的硬质材料，也可以是塑料、纺织品等柔性材料。

这些优势让发光电化学电池具有广泛的应用潜能，包括照明、医疗保健和标牌等。

然而，设计高效率、高亮度的发光电化学电池，依然面临这样一个挑战：其发光效率会随驱动电流密度增加而降低，人们将这称之为“效率滚降”。

那么，如何解决这一问题？近日，一支科研团队提出一个可以分离和量化主要效率损耗因子的方法，其也能分离和量化输出耦合效率和激子淬灭。

研究中，针对由单线态激子发射的发光电化学电池的 p-n 结掺杂结构随驱动电流密度的变化，他们进行了测量。

（来源：Advanced Materials）

由于 p-n 结的位置会随电流的增长而移动，相应的输出耦合效率也会改变。在量化输出耦合效率之后，激子淬灭随电流密度增长而引起的改变也能得到量化。

进而，他们验证了这一规律：发光电化学电池中高浓度的电化学掺杂，会导致单线态-极化子淬灭，发生在较低的驱动电流密度之下。

同时，也会导致单线态-极化子淬灭，远远超过单线态-单线态淬灭，从而让单线态-极化子淬灭显著促进效率滚降。

这种破译发光电化学电池效率滚降的方法，将能助力于设计高效率、高亮度的发光电化学电池。

比如，可以通过使用脉冲电流，驱动发光电化学电池实现最大的外部量子效率。原因在于，脉冲电流可以抑制 p-n 结区域内的极化子浓度。

此外，在设计发光电化学电池的时候，要尽可能地降低激子极化子淬灭，因此可以采用主客体发光材料来制备主-客体发光电化学电池。

日前，相关论文以《发光电化学电池的效率滚降》《Efficiency Roll-Off in Light-Emitting Electrochemical Cells》为题发在 Advanced Materials[1]。

瑞典于默奥大学博士生张小英是第一作者，瑞典于默奥大学教授路德维希·埃德曼（Ludvig Edman）担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Advanced Materials）

下一步他们计划研究 p-n 结的宽度随电流密度的变化规律。因此，需要对当前的表征设备进行升级，进而得到 p-n 结区域的峰位和宽度。

而在得到这些值之后，也需要更复杂的模型分析和数据分析。之后，他们也计划尝试用脉冲电流来驱动发光电化学电池，探索是否可以通过抑制极化子的浓度来提高外量子效率。

图 | 张小英（来源：张小英）

另据悉，担任本次论文第一作者的张小英，其本科毕业于山西大学，大四时在山西大学优才项目的资助下，来到瑞典于默奥大学交换一年。后来，其硕士和博士均就读于奥默大学，目前她是一名在校博士生。

异国求学之路并不容易，在国外读硕期间，有一门高级激光系统和技术的课程，内容很多也比较难理解，张小英学起来很吃力，所以第一次考试就没有交卷。

课后，她鼓足勇气问授课的L 老师说：“我想把这门课学得好一点，有问题的时候是否可以来问？

L 老师是教授，带领着一整个研究组，他很忙我觉得可能会拒绝，因为之前问另一个老师的时候对方就说很忙拒绝了。没想到 L 老师很爽快地说没问题，而且之后我攒一堆问题去问了很多次，得到的都是耐心的解释。”

尽管有时候存在语言障碍，L 老师都特别耐心。“之后 L 老师也给我提供了做毕设的机会，期间无数次和复杂的仪器作斗争，L 老师也会告诉我，这就是做研究的过程：re-search，就是一遍又一遍的探索！”张小英表示。

硕士期间的研究经历为张小英继续读博士奠定了坚实的基础。在博士期间的研究过程中，张小英感受到了自主学习、大胆发表观点、积极参与讨论、坚持到底的重要性，一些好想法就是在大家讨论的过程中迸发的。

好在她也没有辜负老师们的培养和付出。目前，她已经在 Optics Letters、Advanced Materials 等期刊发表了数篇一作论文和二作论文。

参考资料：

1.X. Zhang, J. Ràfols-Ribé, J. Mindemark, S. Tang, M. Lindh, E. Gracia-Espino, C. Larsen, L. Edman, Efficiency Roll-Off in Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Mater. 2024, 2310156.

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