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  近日，李振教授課題組與馬東閣教授課題組合作，開發(fā)出了一種極具吸引力的有機小分子。利用其與器件電荷傳輸層間產(chǎn)生的電致激基復(fù)合物，實現(xiàn)了有機發(fā)光二極管藍(lán)光發(fā)光效率的極大提升。相關(guān)成果以“Utilizing Electroplex Emission to Achieve External Quantum Efficiency up to 18.1% in Non-doped Blue OLED”為題發(fā)表于Research上(Research, 2020, 8649102, DOI: 10.34133/2020/8649102)。

  有機電致發(fā)光器件（OLEDs）具有效率高、功耗低、可柔性等優(yōu)點，近年來隨著其器件穩(wěn)定性和工藝制程的發(fā)展，已經(jīng)可以使其滿足在電視屏幕，特別是小屏手機屏幕上的應(yīng)用。但其進一步在大屏化、高亮度照明等方面的發(fā)展仍然面臨一些技術(shù)難題，特別是藍(lán)光器件效率相比紅光、綠光器件效率低，限制了器件整體的發(fā)光效率和使用壽命。

  科學(xué)家們通過使用含重金屬（如Os、Pt、Ir）的磷光發(fā)光材料和熱致延遲熒光（TADF）材料可以有效提高器件效率，但由于藍(lán)光材料對于能隙的要求，高效率藍(lán)光材料依然缺乏，開發(fā)具有高效率的新型藍(lán)光發(fā)光材料依舊是一大難題。李振教授團隊前期開展了大量的工作，結(jié)合唐本忠院士提出的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）概念和調(diào)節(jié)分子共軛程度的策略，設(shè)計了一系列具有高效率深藍(lán)光發(fā)射的AIE發(fā)光材料。

  電荷激基復(fù)合物通常產(chǎn)生于有機異質(zhì)結(jié)界面之間，但有機發(fā)光二極管中的電荷激基復(fù)合物在增強發(fā)光效率的同時會導(dǎo)致發(fā)射光譜的紅移，多應(yīng)用于白光器件。近日，李振教授團隊探索了采用電荷激基復(fù)合物提高藍(lán)光有機發(fā)光二極管器件效率的可能性（圖1）。

圖1  利用電致激基復(fù)合物實現(xiàn)高效率藍(lán)光發(fā)射的構(gòu)想圖

  該團隊開發(fā)了一類含咔唑和氰基的多取代型扭曲分子（圖2），研究表明分子具有超過500度Td熱分解溫度的穩(wěn)定性，并表現(xiàn)出預(yù)期的藍(lán)光發(fā)射。得益于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移和聚集熒光增強效應(yīng)的作用，3Cz-Ph-CN和3Ph-Cz-CN分別表現(xiàn)出90.1%和65.9%的溶液熒光量子效率。

圖2 （a）3Cz-Ph-CN, （b）3Cz-mPh-CN, 和 （c）3Ph-Cz-CN 的分子結(jié)構(gòu)和理論計算能級

  通過與華南理工大學(xué)馬東閣教授開展合作，作者進行了大量的器件表征工作。值得注意的是，由于在發(fā)光層和電荷傳輸層間電致激基復(fù)合物的作用，基于材料3Ph-Cz-CN的非摻雜有機發(fā)光二極管表現(xiàn)出高達(dá)18.1%的外量子效率（圖3）。

圖3  基于3Ph-Cz-CN 分子的有機發(fā)光二極管器件性能表征

  盡管本文中三個分子具有類似的分子結(jié)構(gòu)和相近的能級結(jié)構(gòu)，但是僅發(fā)現(xiàn)基于3Ph-Cz-CN的器件表現(xiàn)出了預(yù)期的電致激基復(fù)合物，且器件結(jié)構(gòu)對于界面層間的電致激基復(fù)合物產(chǎn)生有很大影響。

  作者同時發(fā)現(xiàn)，以 3Ph-Cz-CN為主體材料，摻雜有10%含量的PO-01橙光器件（圖4）表現(xiàn)出低的啟亮電壓（2.8 V），最大電流效率和最大外量子效率分別高達(dá)84.6 cd A-1和27.4%。器件具有高的穩(wěn)定性，在發(fā)光亮度為1000 cd m-2 時，外量子效率可維持在22%。

圖4 3ph-Cz-CN 作為橙光主體的有機發(fā)光二極管器件性能表征

  該工作通過在具有深藍(lán)光熒光發(fā)射的有機小分子中，引入可產(chǎn)生電致激基復(fù)合物的結(jié)構(gòu)單元，實現(xiàn)了利用電致激基復(fù)合物極大提高有機藍(lán)光器件發(fā)光效率的可能性，無疑為高效率藍(lán)光器件的設(shè)計提供了新的思路。

  論文鏈接：https://spj.sciencemag.org/research/2020/8649102/