在有机发光二极管内利用激子诱导原位合成高效率发光材料

近期,加拿大多伦多大学吕正红教授发表了该团队在有机光电子方向的新研究进展。在文章中,他们深入研究了有机半导体光电子器件内的激子诱导的化学反应过程,并且利用此激子过程在器件内部实现了原位合成具有热激活延迟荧光性质(TADF)的新发光材料。

激子过程是半导体光电子器件工作机理的重要组成部分,高效率的激子-载流子转换过程决定着光电子器件的性能。然而,部分激子过程也会引发一些化学反应,当这些反应发生在光电子器件内部的时候,反应的产物(杂质)通常会在不同程度造成器件性能的衰减。在实验中,他们详细研究了明星有机半导体材料1,1-bis((di-4-tolylamino)phenyl) cyclohexane (TAPC)的激子诱导的原位化学反应过程。 TAPC具有高空穴迁移率和高三线态能级,经常被用在有机发光二极管中作为空穴传输材料。然而,大量实验数据表明,TAPC在器件内部很不稳定,造成采用该材料的器件的稳定性很差,与此同时,TAPC本身在激子作用下的发光波长也会有极大的变化,即从近紫外波段迁移到橙光波段(380nm到590nm)。该团队利用时间分辨的电致发光光谱观测到TAPC的发光颜色的动态变化,结果表明该化学反应可以在很短的时间内发生,并且随着激子浓度的增加而加速。此外,通过对该化学反应进度的精确控制,他们实现了超过6.7%的外量子效率,该效率超过了一般荧光染料的理论极限。通过进一步的光物理研究,他们发现该化学反应产物具有TADF的性质,从而解释了高效率的根本原因。通过对TAPC的组成基团tri-p-tolylamine (TPTA)的激子诱导原位化学过程的研究发现,该基团具有类似的光物理性质。因此可以推断,其它具有TPTA基团的有机半导体材料之所以都会在电致激发下发出橙色光,其根本原因是由于构成这些材料的TPTA基团发生了激子诱导的化学反应。该成果表明了原位合成新型有机半导体材料的可行性,并为深入研究有机发光二极管的寿命衰减过程提供了有效的研究方法。相关工作在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201700856)上。

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