通过从体相激子复合物（bulk exciplex）向界面激子复合物（interfacial exciplex）的能量转移，增强界面激子复合物和磷光OLED的发光性能

《Optical Materials》：Enhancing the emission of interfacial exciplex and phosphorescent OLEDs through energy transfer from bulk exciplex

　　

朱冉|王瑞兴|王光远

摘要：

我们提出了一种新型的发光结构TAPC/PO-T2T:x%mCBP，其中TAPC作为电子供体，PO-T2T作为电子受体形成界面复合体。通过在受体层中掺入p型材料mCBP，我们创建了体相复合体mCBP:PO-T2T。这使得能量能够从体相复合体高效传输到界面，从而提高了界面复合体的发光效率。在30%的掺杂浓度下，电流效率、功率效率和外量子效率分别提高到6.5 cd A^-1、6.8 lm W^-1和2.5%。与未掺入mCBP的参考器件相比，这些效率分别提高了47%、48%和19%。观察到发射光谱略微向蓝移，证实了能量从体相复合体到界面复合体的有效传输。此外，我们还使用TADF材料DMAC-DPS和PO-T2T成功制备了界面复合体。从mCBP:PO-T2T到界面的能量传输有效地提高了DMAC-DPS/PO-T2T的效率。在此基础上，我们通过利用来自体相复合体和界面复合体的能量传输途径，在PO-01中实现了高效率的发光。

引言

近年来，由于有机发光二极管（OLED）具有重量轻、灵活性高、响应速度快和色域宽广等优点，它们变得越来越受欢迎[1]、[2]。根据OLED中激子的利用方式，所使用的发光材料可分为荧光材料、磷光材料和热激活延迟荧光（TADF）材料[3]。作为OLED中的第一代发光材料，荧光材料的效率极低，因为传统的荧光OLED由于自旋统计的原因内部量子效率（IQE）仅为25%[3]。磷光材料可以实现100%的内部量子效率。然而，磷光材料使用稀有的贵金属（例如铱），其高昂的制造成本限制了它们的发展[4]、[5]。近年来，TADF作为一种高效材料得到了广泛的发展和合成。TADF发射体可以通过反向系间跃迁（RISC）过程有效地回收三重态激子，理论上可以实现100%的激子利用率[6]、[7]、[8]。作为一种单分子发光材料，TADF在结构设计上面临挑战，因为需要同时结合供体和受体片段[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。随后，研究人员发现，结合电子供体和电子受体材料可以很容易地通过分子间电荷转移实现RISC[16]。这种由两种材料共同作用产生的发光现象称为复合体发光。

复合体的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）分别位于供体和受体上。复合体之间的有限能量交换使得TADF成为可能[17]。复合体通常分为界面型和体相型。界面复合体是通过供体和受体材料的层状接触形成的，而体相复合体则是在同一层内混合供体和受体形成的[18]、[19]。通常，体相复合体的效率高于界面复合体[20]。研究人员利用体相复合体制备了多种单色和白光器件[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。然而，与传统的荧光和磷光材料相比，基于复合体的发光强度和效率仍然相对较低。这一限制极大地限制了复合体的直接应用，复合体更多被用作特定发射体的宿主基质[26]、[27]。这种方法也浪费了复合体发光的固有优势，例如其宽的半高宽，而这对于合成具有高显色指数（CRI）的器件是有益的[28]。近年来，研究人员为提高复合体的效率做出了显著努力。2020年，Jeon等人使用TADF材料和n型材料设计了一种新的发光层结构，并通过降低受体材料的浓度，实现了15.3%的外量子效率[29]。Colella等人提出了一种复合体TSBPA:PO-T2T，并通过插入具有高三重态能级的宿主材料，将其外量子效率从14.8%提高到了19.2%[30]。2022年，Ying等人通过在界面处放置双极材料26DczPPy，开发了界面复合体TAPC/PO-T2T，显著提高了界面复合体的发光效率[31]。2024年，Liu等人开发了一种高效的三元复合体，通过结合两种供体材料和一种受体材料实现了高效率[32]。在上述器件中实现能量传输是提高体相复合体发光的有效方法。然而，提高界面复合体的发光效率也同样重要。因此，本文基于能量传输机制研究了界面复合体效率的提升方法。

在这项研究中，我们首先设计了TAPC/PO-T2T:x%mCBP结构，以通过能量从体相复合体到界面复合体的传输来提高界面复合体的发光效率。优化后的器件效率达到了2.5%，比原始设计提高了19%。然后我们设计了另一种器件DMAC-DPS/PO-T2T:x%mCBP，其中能量从体相复合体到DMAC-DPS/PO-T2T的传输使得其外量子效率达到了7.8%。在此基础上，我们在界面引入了磷光超薄层PO-01，从而实现了PO-01的高效发光。这种配置实现了最大的功率效率、电流效率和外量子效率，分别为54.8 lm W^-1（发光功效）、47.9 cd A^-1（电流效率）和18.3%。

节选

实验部分

本实验中使用的OLED是在涂有氧化铟锡（ITO）的玻璃基板上制造的，活性发光面积为3x3 mm²。具体的制造过程包括首先用酒精擦拭玻璃基板，然后将其浸泡在酒精中30-60分钟。浸泡后的基板随后放入洗涤剂溶液中进行超声波清洗10分钟。超声波清洗后的玻璃用去离子水冲洗，然后再进行一次超声波清洗

结果与讨论

在本研究中，选择3,3′-di(9H-carbazol-9-yl)-1,1′-biphenyl(mCBP)和bis [4-(9,9- dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]sulfone (DMAC-DPS)作为供体材料，1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane (TAPC)作为空穴传输层和供体材料，2,4,6-Tris[3-(diphenylphosphinyl)ph enyl]-1,3,5-triazine (PO-T2T)作为受体材料。供体和受体材料的化学结构如图1c所示。4,4′,4′′-tris(Ncarbazolyl)triphenylaine (TCTA)作为

结论

在本研究中，我们在PO-T2T受体层中掺入了30%的mCBP，使得能量从体相复合体mCBP:PO-T2T高效传输到界面复合体TAPC/PO-T2T。相应的电流效率和功率效率分别达到了6.5 cd A^-1和6.8 lm W^-1，比未掺入mCBP的参考器件分别提高了47%和48%。此外，我们还使用DMAC-DPS和PO-T2T形成了界面复合体，其中PO-T2T受体层掺入了35%的mCBP。

CRediT作者贡献声明

王光远： 方法研究。王瑞兴： 实验研究。朱冉： 初始稿件撰写

利益冲突

无需声明任何利益冲突。

利益冲突声明

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  无需声明任何利益冲突。