日本研发出集发光发电于一体的有机半导体器件

显示屏能显示图像，却无法吸收阳光发电；太阳能电池能将光能转化为电能，却永远无法充当显示器。这一"鱼与熊掌不可兼得"的技术困境，长期制约着电子器件的集成化发展。如今，来自日本东京科学大学（Science Tokyo）的研究团队携手多所高校，成功打破这一壁垒，开发出一种单一器件，可同时实现高效光能收集与明亮可见光发射，相关成果已于2026年4月20日在线发表于国际期刊《先进材料》（Advanced Materials）。

这项研究由东京科学大学综合研究院材料与结构实验室副教授伊泽清一郎（Seiichiro Izawa）领衔，联合北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）副教授相泽直哉（Naoya Aizawa）、大阪大学工学研究科教授中山健一（Ken-ichi Nakayama）等多位学者共同完成。

有机半导体非辐射复合损耗难题获突破

现代电子产品的核心基础是半导体二极管。然而，无论是智能手机屏幕、摄像头传感器还是太阳能电池板，现有基于二极管的器件都只能专注于单一功能，无法兼顾其他。根本原因在于：当光激发有机半导体材料时，会产生可移动的电荷——电子及其带正电的对应物"空穴"。理想状态下，这些电荷复合时应产生电能或发出光；但现实中，大量能量会通过"非辐射复合"过程以热能形式散失，导致效率大幅下降。

为解决这一顽疾，研究团队将目光聚焦于两种有机材料界面处的能量流动控制。他们精心筛选并组合了多共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料——这类材料中，电子密度在相邻原子间交替分布，由此形成独特的能级架构，有效阻止捕获能量向非发光态转移，从源头上抑制了能量损耗。

具体而言，团队采用了有机发光二极管（OLED）技术中广泛应用的两种MR-TADF分子——v-DABNA和QAO，构建了简洁的层叠结构器件。这一精妙的材料设计，使器件在光电转换和电致发光两个维度上均实现了质的飞跃。

光电转换与发光效率双双突破1%历史节点

实验结果令业界瞩目：该器件同时实现了1.36%的光电转换效率和2.0%的发光效率，成为有机器件领域首次在两项指标上同步超越1%的案例。器件发射明亮红光，亮度达到1000 cd/m²，与商用智能手机显示屏的亮度水平相当。更值得关注的是，该器件工作电压仅为3.2伏，与标准锂离子电池完全兼容，且开路电压已十分接近理论极限。

伊泽清一郎副教授对此评价道："在单一器件中同时实现高效发光、能量收集与光探测，建立了有机光电子学的全新设计框架，是迈向真正多功能、紧凑型、可持续器件平台的重要一步。"从性能角度看，该器件已逐步接近砷化镓等成熟无机半导体的水准，展现出强劲的竞争潜力。

柔性可穿戴与发电窗户玻璃等应用场景可期

与钙钛矿等无机半导体相比，有机半导体拥有独特的材料优势。伊泽清一郎指出："有机器件可以制成轻薄、可弯曲甚至半透明的薄膜，非常适合窗户集成光伏、可穿戴及皮肤贴附式电子设备、可形变显示传感系统等应用场景——这些场景对器件形态的要求，都是刚性材料难以实现的。"

这意味着，未来的建筑玻璃幕墙或可在透光的同时悄然发电，智能手环的屏幕或可直接吸收环境光为自身续航，柔性医疗贴片既能显示生理数据又能从体外光源补充能量。研究团队表示，希望这项工作能够推动发电显示屏的开发，并进一步提升太阳能电池及其他光能收集技术的效率。

这一突破对于正在加速布局有机半导体、OLED显示及柔性电子领域的中国企业而言，具有重要的技术参考价值。MR-TADF材料体系的多功能化路线，或将成为下一代显示与能源一体化器件的核心方向，提前布局相关材料合成与器件工程能力，有望在未来的技术竞争中占据先机。