清華大學段煉團隊Adv. Mater.:用于高效和長壽命的單發射層熒光WOLED的激基復合物

【研究背景】

具有熱激活延遲熒光（TADF）的新興材料為所有熒光白色有機發光二極管（WOLEDs）開辟了一條新途徑，這樣就可以充分利用無貴金屬純有機材料的電激子。并且由于TADF發射器和白色器件結構的概念改進，最近在最大外部量子效率（EQE_maxS）方面取得了重大突破。盡管如此，基于TADF的白色設備的最大功率效率（PEs）仍然遠遠不能令人滿意，此外，設備的穩定性也遠遠沒有達到商業應用的要求。

【成果簡介】

近日，清華大學段煉團隊提出了一種先進的激基復合物系統，通過將雙極性電荷傳輸π間隔層引入電子給體（D）和電子受體（A）中，以增加它們的半衰期變色發射距離，同時保持優異的傳輸能力。以螺氟烯為π間隔基，3,3′-雙卡唑為D單元，2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪為A單元，構建了具有天藍色發射和快速反向系統間交叉過程的π-D和π-A激基復合物。在單個發射層中結合該激勵物形成主體、藍色TADF敏化劑和黃色常規熒光摻雜劑，所制備的溫白光發射器件同時具有3.08 V的低驅動電壓、21.4%的外部量子效率和顯著的提高的T80（在1000 cd m^-2條件下大于8200小時），同時所有全熒光WOLEDs中新基準PE為69.6 lm W^-1。該文章近日以題為“A π–D and π–A Exciplex‐Forming Host for High‐Efficiency and Long‐Lifetime Single‐Emissive‐Layer Fluorescent White Organic Light‐Emitting Diodes”發表在知名期刊Adv. Mater.上，第一作者為張晨博士。

【圖文導讀】

圖一、激基復合物的形成

（a）SFBCz，SFTRZ和激基復合物的HOMO，LUMO以及S1，T1能量。

（b）SFBCz和SFTRZ的熒光和磷光光譜。

（c）激基復合物基質的熒光和磷光光譜。

（d）在發射峰處記錄了形成激基復合物基質的PL衰減曲線。

圖二、供體、受體及激基復合物的熒光性質

（a）5TCzBN，TBRb的吸收光譜以及激基復合物、5TCzBN和TBRb的發射光譜。

（b）摻雜薄膜的發射光譜。

（c）摻雜薄膜中5TCzBN的光致發光衰減曲線。

（d）TBRb在摻雜膜中的PL衰減曲線。

（e）不同摻雜濃度下的能量傳輸速率。

（f）摻雜膜的PLQY。

圖三、WOLED的能級及光電性質

（a）WOLED的能級圖。

（b）WOLED的能量轉移示意圖。

（c）在1000 cd m^-2下器件的EL光譜。

（d）不同亮度下，0.6% wt% TBRb裝置的CIE值。

（e）器件的電流密度、電壓亮度曲線。

（f）器件的EQE亮度特性。

（g）設備的功率效率-亮度特性。

（h）器件的壽命曲線。

圖四、三色WOLEDs的光電性質

（a）在560 nm處記錄的兩種WOLEDs的EL衰減曲線。

（b）三色WOLEDs的EL光譜。

（e）三色WOLEDs的EQE-亮度-功率效率特性。

【結論展望】

綜述所述，作者提出了形成激基復合物基質和TSF SEL-WOLED的理想組合，以解決制約Pes提高和全熒光WOLED穩定性的問題。為了獲得具有適當能級的激基復合物，在實現藍移發射的同時，采用了π-給體和π-受體雙極π-空間單元，以保持出色的電荷傳輸能力。這種形成激基復合物的主體具有穩定且較寬的電荷復合區，可通過多個能量漏斗過程從中分配激子。相應的TSF SEL-WOLED在1000 cd m^-2時表現出穩定的暖白光發射，EQE為21.4％和創紀錄的PE為69.6 lm W^-1，長T80> 8200 h，證明了該策略在提高所有熒光WOLED的效率和穩定性方面的可行性。作者認為，通過使用性能更好的發射藍光的TADF敏化劑，可以進一步改善這種白色設備的性能，從而為實際應用鋪平道路。

文獻鏈接：A π-D and π-A Exciplex‐Forming Host for High‐Efficiency and Long‐Lifetime Single‐Emissive‐Layer Fluorescent White Organic Light‐Emitting Diodes (Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma. 202004040)

團隊簡介：

段煉，清華大學化學系教授，有機光電子與分子工程教育部重點實驗室主任。1998年本科畢業于清華大學，2003年獲得清華大學理學博士學位。長期從事有機光電材料相關領域研究，提出了熱活化敏化發光的新型發光機制，發展了高遷移率的雙極性傳輸材料和基于穩定前驅體的電子注入材料，為高效穩定的OLED技術奠定了基礎。目前研究方向為：（1）熱活化延遲熒光（TADF）材料的設計合成及熱活化敏化發光機制的探索；（2）高性能電子注入及傳輸材料；（3）高效鈣鈦礦發光器件；（4）載流子傳輸理論研究。在Nat. Commun., Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Energ. Environ. Sci.等刊物上發表了SCI論文200余篇，引用5000余次，獲授權國際國內發明專利90余項，在SID、FPD China等國際國內學術會議上作大會報告和邀請報告50余次。2011年獲得國家技術發明一等獎（排名第二）；2015年獲國家自然科學基金委杰出青年基金資助。2015年至今擔任科技部十三五“戰略先進電子材料”重點專項專家。

張東東，清華大學化學系助理研究員。長期從事有機光電材料與器件相關研究。率先系統研究了熱活化敏化發光的新型發光機制，并進一步提出了多通道敏化的策略提升了器件效率；利用大位阻基團包覆的策略，設計開發了高效穩定的藍光熱活化延遲熒光材料，并將該類材料引入到白光器件中，為高效穩定的白光OLED技術提供了相關的理論指導。近五年在Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Mater. Horizon., Adv. Funct. Mater.等刊物上發表SCI論文40余篇，引用1000余次；獲授權國際國內發明專利20余件。

本文由大兵哥供稿。

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