Advanced Functional Materials:基于有机电子传输层的高性能红光量子点发光二极管

相比于液晶显示(LCD)和有机发光二极管(OLED),量子点发光二极管(QLED)具有以下优势:1、量子点(QDs)的发射光谱可调且半峰宽窄,支持更广色域的BT2020标准; 2、启亮电压低,有利于功耗的降低;3、核壳结构易于精细调控,从而获得优异的光学性能和热稳定性;4、溶液加工性能好,适用于高通量和低成本的印刷制程。因此,QLED近年来引起了学术界和产业界的广泛关注。基于有机空穴传输层和无机电子传输层的杂化器件结构(organic/QDs/inorganic),高性能的蓝光、绿光和红光QLED被相继报道。其中,有机空穴传输层主要采用poly-TPD、PVK或PFB等高分子,无机电子传输层主要采用ZnO纳米晶或其衍生物。由于ZnO的电子迁移率要大于高分子空穴传输材料,电子会在空穴传输层/发光层的界面聚集,导致载流子传输不平衡和非辐射Auger复合。另一方面,ZnO纳米晶受环境影响较大,存在稳定性差、难以批量合成和储存等问题,导致无法兼容量产过程中的喷墨打印工艺。

针对这些问题,中国科学院长春应用化学研究所和云南大学丁军桥团队采用有机电子传输层来替代传统的ZnO无机电子传输层,成功地组装出高性能的红光量子点发光二极管。相关论文发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202007686)上。文章的第一作者是中国科学院长春应用化学研究所和云南大学联合培养博士生杨柳青。

尽管基于有机空穴传输层和有机电子传输层的器件结构(organic/QDs/organic)早在2002年就被提出,但是器件性能一直没有实质性突破。本工作中,该研究团队选择含氮杂环类化合物作为有机电子传输层,同时通过能带工程,对中心核的分子结构进行微调。如图所示,当中心核从苯环变到嘧啶和三嗪时,最低未占据分子轨道(LUMO)能级从-2.28 eV增加到-2.79 eV和-3.07 eV,电子注入能力逐渐增强。最终,以三嗪为中心核的有机电子传输层TmPPPyTz实现了最优的载流子平衡性,器件外量子效率(EQE)高达13.4%(18.8 cd/A,23.9 lm/W),CIE色坐标为(0.68,0.32)。上述性能已经可以与基于无机电子传输层的器件相媲美,表明有机电子传输层同样在高效率QLED方面具有极大的潜力。