华南理工大学赵祖金教授《Nat. Commun.》：利用夹心结构和层间敏化策略实现高效率低滚降全荧光白光OLED

2022-09-08 来源：高分子科技

白光OLED（WOLED）作为一种新型的固态光源，在照明领域展现了广阔的应用前景。除了外量子效率（EQE）外，功率效率（PE）的提升将为白光器件带来高能效比、长寿命等优势，因此是目前学术界和工业界的研究重点之一。尽管基于贵金属配合物的磷光材料的WOLED已经表现很好的性能，但是其较高的成本让科研工作者的目光转向基于纯有机全荧光材料的WOLED。鉴于热活化延迟荧光（TADF）材料在OLED器件中能够实现接近100%的激子利用率的优势，基于TADF材料制备WOLED器件在过去几年也得到了广泛的关注。其中，TADF材料敏化传统荧光（CF）客体的器件制备工艺已取得了显著的进步，由此可以充分利用TADF材料和CF客体各自的优势，实现具有优异效率和良好光色的WOLED。

近日，华南理工大学赵祖金教授报道了一种基于夹心结构的双色全荧光WOLED器件。通过将橙光发光层包夹在两层蓝光发光层中制备的双色WOLED器件能够有效抑制激子湮灭，其PE和EQE分别高达130.7 lm W^-¹ 和31.1%。与此同时，利用橙光材料的电子捕获特性，构建了新型的层间敏化结构，成功制备出了PE和EQE分别高达110.7 lm W^-¹和30.8%的三色全荧光WOLED器件。这两种双色和三色全荧光WOLED器件均实现了文献报导的最高功率效率，并且在1000 cd m^-²的亮度下都能维持较高的PE和EQE，具有优异的效率稳定性（图1）。

图1. 双色和三色全荧光WOLED的器件结构、最大效率、发射光谱及所用的发光材料。

通过单载流子器件的制备与测试，发现橙色发光材料4CzTPNBu具有较强的电子捕获，这种捕获会导致在器件界面上的激子浓度过高从而发生猝灭，影响器件性能。将4CzTPNBu的位置向发光层中间移动，并且利用具有优异非掺杂电致发光性能的蓝色发光材料TCP-BP-SFAC作为主体同时兼具发光层功能，可以有效提高激子利用率。与此同时，由于4CzTPNBu的电子捕获特性，将传统红色荧光材料DBP掺杂至靠近空穴传输层一侧的蓝光层中，不仅可以有效避免激子在DBP上复合，又能被4CzTPNBu层间敏化，实现高效的三色WOLED器件（图2）。基于这种设计方案，还制备出了适用于高稳定性的双色和三色WOLED器件，在100 cd m^-²的初始亮度下器件寿命超过50000小时，最大PE超过100 lmW^-¹，具有很好的实际应用前景（图3）。

图2. a 单载流子器件的电压-电流密度曲线; b 双色WOLED器件的三明治夹心结构的工作机理示意图; c 三色WOLED器件的层间敏化机理示意图。

图3. 适用于稳定性测试的器件W3-1~W3-3在不同初始亮度下的衰减曲线、性能数据以及光谱。

该工作制备的WOLED器件体现了目前文献报道的全荧光WOLED器件的最高水平，研究内容以“All-fluorescence white organic light-emitting diodes with record-beating power efficiencies over 130 lm W^?¹ and small roll-offs”为题发表在Nature Communications上。该工作的第一作者是华南理工大学博士研究生刘昊，通讯作者为华南理工大学赵祖金教授。该工作受到国家自然科学基金委基础科学中心项目（21788102）的支持。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32967-w?utm_source=xmol&utm_medium=affiliate&utm_content=meta&utm_campaign=DDCN_1_GL01_metadata

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（责任编辑：xu）

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