如何理解有机发光中EQE，即外量子效率，以及内量子效率？

莺歌燕舞

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清风寡欲

内量子效率：
外量子效率：
考虑到有源区内产生的光子并不能全部发射出去，腔内产生的光子会遭受衍射、散射和吸收以及反射镜端面损耗等

《半导体激光器》江剑平

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由于有机发光属于电流驱动发光，因此用量子效率可有效反映有机发光性能好坏，是衡量器件性能最重要的参数。
量子效率又可分为内量子效率（internal quantum efficiency，IQE）与外量子效率（external quantum efficiency，EQE）。内量子效率是指器件内部由激子复合所辐射出的光子数占器件注入载流子数目的百分比，反映材料的发光性能。外量子效率是指器件最终发射出来的光子数与注入的载流子数目之比，反映器件整体的发光效率。内量子效率和外量子效率关系如下图表示：


其中，γ 为载流子平衡因子；ηr为辐射激子几率；ηf为激子辐射跃迁效率；ηout为光耦合输出效率，载流子平衡因子（γ），是指形成激子的载流子跟注入的总载流子的比值。当注入的空穴跟电子的注入数量不等时，过多的电荷会直接传输到下一传输层或者对电极中，容易形成漏电流甚至造成激子淬灭，从而影响器件的性能。由于有机材料对空穴和电子的传输能力不同，所以γ值通常小于 1。载流子平衡因子的大小主要与器件中各功能层之间的能级势垒以及有机材料的传输能力有关，因此科学家们一般采取使用电荷注入层、增加电荷阻挡层、减少界面势垒等方法来提高载流子平衡。
辐射激子几率（ηr），是指电子空穴复合后形成激子的几率。（对于荧光和磷光发光材料分别表示单线态和三线态激子形成的比例）。当电子与空穴复合时，根据量子统计理论，三线态激子与单线态激子的比例是 3:1。在荧光器件中，三线态激子由于轨道自旋禁阻不能发生辐射跃迁，以非辐射跃迁的形式回到基态，因此其辐射激子比例只有25%。在磷光器件中，由于有机磷光材料中过渡金属元素的重金属原子效应，可以增强自旋轨道耦合作用，从而诱导辐射跃迁，实现有效的磷光发射，ηr可达到 100%。
激子辐射跃迁效率（ηf）指产生的光子数跟激子数之比，相当于发光材料的量子产率，ηf可以表示为：


其中Kr表示激子辐射衰减速率，Knr表示激子非辐射衰减概率。ηf的提高可通过提高激子的自发辐射速率来实现。根据 Purcell 效应可知，表面等离子体激元可以通过改变光子模式态密度来调节发光体的自发辐射速率。光耦合输出效率（ηout）是指最终射出器件的光子数与材料发光产生的光子数的比值，主要与各个有机层的材料折射率有关。由于器件内部各层折射率不匹配等因素，最终有机发光器件的出光效率只有 18%左右。

清风寡欲

External Quantum Efficiency (EQE) is the ratio of the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy shining on the solar cell from outside (incident photons).
Internal Quantum Efficiency (IQE) is the ratio of the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy that shine on the solar cell from outside and are absorbed by the cell.
發光二極體的發光效率一般稱為元件的外部量子效率(external quantum efficiency)，其為元件的內部量子效率(internal quantum efficiency)及元件的取出效率(extraction efficiency)的乘積。所謂元件的內部量子效率其實就是元件本身的電光轉換效率，主要與元件本身的特性如元件材料的能帶、缺陷、雜質及元件的磊晶組成及結構等相關。而元件的取出效率指的則是元件內部產生的光子，在經過元件本身的吸收、折射、反射後實際上在元件外部可量測到的光子數目。因此相關於取出效率的因素包括了元件材料本身的吸收、元件的幾何結構、元件及封裝材料的折射率差及元件結構的散射特性等。而上述兩種效率的乘積，就是整個元件的發光效果，也就是元件的外部量子效率。