清华大学段炼团队Adv. Mater.:用于高效和长寿命的单发射层荧光WOLED的激基复合物

【研究背景】

具有热激活延迟荧光（TADF）的新兴材料为所有荧光白色有机发光二极管（WOLEDs）开辟了一条新途径，这样就可以充分利用无贵金属纯有机材料的电激子。并且由于TADF发射器和白色器件结构的概念改进，最近在最大外部量子效率（EQE_maxS）方面取得了重大突破。尽管如此，基于TADF的白色设备的最大功率效率（PEs）仍然远远不能令人满意，此外，设备的稳定性也远远没有达到商业应用的要求。

【成果简介】

近日，清华大学段炼团队提出了一种先进的激基复合物系统，通过将双极性电荷传输π间隔层引入电子给体（D）和电子受体（A）中，以增加它们的半衰期变色发射距离，同时保持优异的传输能力。以螺氟烯为π间隔基，3,3′-双卡唑为D单元，2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪为A单元，构建了具有天蓝色发射和快速反向系统间交叉过程的π-D和π-A激基复合物。在单个发射层中结合该激励物形成主体、蓝色TADF敏化剂和黄色常规荧光掺杂剂，所制备的温白光发射器件同时具有3.08 V的低驱动电压、21.4%的外部量子效率和显著的提高的T80（在1000 cd m^-2条件下大于8200小时），同时所有全荧光WOLEDs中新基准PE为69.6 lm W^-1。该文章近日以题为“A π–D and π–A Exciplex‐Forming Host for High‐Efficiency and Long‐Lifetime Single‐Emissive‐Layer Fluorescent White Organic Light‐Emitting Diodes”发表在知名期刊Adv. Mater.上，第一作者为张晨博士。

【图文导读】

图一、激基复合物的形成

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

（b）SFBCz和SFTRZ的荧光和磷光光谱。

（c）激基复合物基质的荧光和磷光光谱。

（d）在发射峰处记录了形成激基复合物基质的PL衰减曲线。

图二、供体、受体及激基复合物的荧光性质

（a）5TCzBN，TBRb的吸收光谱以及激基复合物、5TCzBN和TBRb的发射光谱。

（b）掺杂薄膜的发射光谱。

（c）掺杂薄膜中5TCzBN的光致发光衰减曲线。

（d）TBRb在掺杂膜中的PL衰减曲线。

（e）不同掺杂浓度下的能量传输速率。

（f）掺杂膜的PLQY。

图三、WOLED的能级及光电性质

（a）WOLED的能级图。

（b）WOLED的能量转移示意图。

（c）在1000 cd m^-2下器件的EL光谱。

（d）不同亮度下，0.6% wt% TBRb装置的CIE值。

（e）器件的电流密度、电压亮度曲线。

（f）器件的EQE亮度特性。

（g）设备的功率效率-亮度特性。

（h）器件的寿命曲线。

图四、三色WOLEDs的光电性质

（a）在560 nm处记录的两种WOLEDs的EL衰减曲线。

（b）三色WOLEDs的EL光谱。

（e）三色WOLEDs的EQE-亮度-功率效率特性。

【结论展望】

综述所述，作者提出了形成激基复合物基质和TSF SEL-WOLED的理想组合，以解决制约Pes提高和全荧光WOLED稳定性的问题。为了获得具有适当能级的激基复合物，在实现蓝移发射的同时，采用了π-给体和π-受体双极π-空间单元，以保持出色的电荷传输能力。这种形成激基复合物的主体具有稳定且较宽的电荷复合区，可通过多个能量漏斗过程从中分配激子。相应的TSF SEL-WOLED在1000 cd m^-2时表现出稳定的暖白光发射，EQE为21.4％和创纪录的PE为69.6 lm W^-1，长T80> 8200 h，证明了该策略在提高所有荧光WOLED的效率和稳定性方面的可行性。作者认为，通过使用性能更好的发射蓝光的TADF敏化剂，可以进一步改善这种白色设备的性能，从而为实际应用铺平道路。

文献链接：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)

团队简介：

段炼，清华大学化学系教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任。1998年本科毕业于清华大学，2003年获得清华大学理学博士学位。长期从事有机光电材料相关领域研究，提出了热活化敏化发光的新型发光机制，发展了高迁移率的双极性传输材料和基于稳定前驱体的电子注入材料，为高效稳定的OLED技术奠定了基础。目前研究方向为：（1）热活化延迟荧光（TADF）材料的设计合成及热活化敏化发光机制的探索；（2）高性能电子注入及传输材料；（3）高效钙钛矿发光器件；（4）载流子传输理论研究。在Nat. Commun., Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Energ. Environ. Sci.等刊物上发表了SCI论文200余篇，引用5000余次，获授权国际国内发明专利90余项，在SID、FPD China等国际国内学术会议上作大会报告和邀请报告50余次。2011年获得国家技术发明一等奖（排名第二）；2015年获国家自然科学基金委杰出青年基金资助。2015年至今担任科技部十三五“战略先进电子材料”重点专项专家。

张东东，清华大学化学系助理研究员。长期从事有机光电材料与器件相关研究。率先系统研究了热活化敏化发光的新型发光机制，并进一步提出了多通道敏化的策略提升了器件效率；利用大位阻基团包覆的策略，设计开发了高效稳定的蓝光热活化延迟荧光材料，并将该类材料引入到白光器件中，为高效稳定的白光OLED技术提供了相关的理论指导。近五年在Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Mater. Horizon., Adv. Funct. Mater.等刊物上发表SCI论文40余篇，引用1000余次；获授权国际国内发明专利20余件。

本文由大兵哥供稿。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱：tougao@cailiaoren.com

投稿以及内容合作可加编辑微信：cailiaokefu