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祝贺宋晓增博士生关于热活化敏化荧光论文发表于Advanced Materials杂志
发布时间:2019-08-20

寻求新一代的纯有机发光体系是促进OLED技术进一步发展的关键,也是该领域当前研究热点。其中,由清华大学的段炼团队首次提出的热活化敏化荧光(TSF)发光新机制利用热活化延迟荧光材料(thermally activated delayed fluorescence, TADF)作为传统荧光染料的敏化主体,可实现高效稳定的全荧光OLED,有望成为新一代的发光体系。近日,该团队在前期工作的基础上,进一步分析调控基于TSF机制OLED发光层中宽带隙主体和TADF敏化剂之间的相互作用,系统的揭示了激子损失途径,并为高效的TSF-OLED的制备指明了方向。

TSF-OLED器件发光层一般由三元体系构成:宽带隙主体,TADF敏化剂和传统荧光染料(CFD)。理想情况下,TADF敏化剂将体系中三线态(T1)上转换为单线态(S1)进而将能量通过Forster方式传递给CFD单线态发光,实现100%的激子利用率。然而,体系中激子会通过生成CFD三线态从而损失掉,降低器件效率。CFD三线态的生成主要是可分为两个部分,一是载流子在CFD直接复合产生,二是通过主体或者TADF敏化剂到CFD的Dexter能量传递生成。如何调控主体和TADF敏化剂的相互作用从而减小激子损失是提升TSF-OLED效率的关键,而之前并没有相关研究。

针对此,清华大学团队同时考虑宽带隙主体类型(TADF或non-TADF)和载流子复合位置(在宽带隙主体或TADF敏化剂上),构建了四种类型的TSF-OLEDs,系统地研究了主体与TADF敏化剂相互作用对器件性能的影响。他们分析发现,在宽带隙主体具有TADF性质且载流子复合物发生在该主体上时,可以形成多通道敏化途径。该途径可增强体系中Forster能量传递的敏化途径,并抑制Dexter能量传递减小激子损失,从而提升器件效率。他们设计合成了3种新型宽带隙主体材料,并选用传统主体CBP作为对比,构筑了上述4种类型的器件。通过研究器件在电致下的瞬态衰减,直接证明了I型器件中从TADF主体S1→CFD S1和TADF主体S1→TADF敏化剂S1→CFD S1的多通道敏化途径的形成。基于多通道敏化的I型器件实现了23.2%/ 76.9 lm / W的最大外部量子效率(EQEmax)/功率效率(PEmax),显著优于其他三种类型器件。通过对I型TSF-OLED中电子传输材料的进一步优化,器件EQEmax和PEmax分别达到了24.2%和89.5 lm/W,同时器件半衰期在2000 cd/m2起始亮度下超过了400小时。

该工作系统地揭示了多通道敏化途径的形成条件和优势,为设计更高效的TSF器件开辟了新途径,并推动了该技术的产业化进程。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上,文章的第一作者是清华大学博士研究生宋晓增,通讯作者为段炼教授和张东东助理研究员。

论文信息:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901923

Understanding and Manipulating the Interplay of Wide‐Energy‐Gap Host and TADF Sensitizer in High‐Performance Fluorescence OLEDs

Xiaozeng Song, Dongdong Zhang, Yang Lu, Chen Yin, Lian Duan

Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201901923.