具有较低效率滚降特性的高效率蓝光热致延迟荧光材料及器件的研究

Organic Light Emitting Diodes(OLEDs) have large applications in flat panel displays and solid-state-lightings. The bottleneck of the technology is the investigations on blue OLEDs with both high efficiency and good stability. The new blue fluorescent OLEDs based on thermally activated delayed fluorescence(TADF) ensure a important strategy to solve the bottleneck, due to the blue TADF OLEDs not only can achieve 100% internal quantum efficiency, but also replace the use of the unstable blue phosphorescent emitters. However, the serious efficiency roll-off of the TADF blue OLED should largely restrict the development of the technology. In this project, new highly efficient blue fluorescence emitters and host materials based on TADF will be designed and synthesized. The research project mainly focuse on the relationship between the molecule structures and the fluorescent quantum yield, the singlet-triplet splitting energy, etc. Highly efficient blue TADF OLEDs with slow efficiency roll-off will be fabricated and high performance blue OLEDs will be achieved at a quite high brightness. High performance White OLEDs based on TADF will be obtained. The achievements on the project will not only increase the knowns on how to design the organic optoelectronic materials, but also facilitate the developments of the technology for both TADF and OLED.

有机电致发光（OLED）在平板显示及固体光源领域具有重要应用价值，高效率、长寿命蓝光OLED的研究是该技术发展的一个关键瓶颈问题。基于热致延迟荧光机制（TADF）的新型蓝光OLED不仅可以实现100%的内量子效率，而且避免了稳定性极低的蓝光磷光材料的使用，为有效解决上述瓶颈问题提供了理想方案。然而，TADF机制蓝光OLED器件中的严重效率滚降效应将大大限制TADF技术的发展。本项目拟设计合成新型高效率蓝光TADF发光材料及适用于蓝光TADF器件的主体材料；探索有机材料分子结构与荧光量子效率、激发态寿命、载流子传输特性及电子交换能间的规律；构建具有较低效率滚降特性的高效率蓝光延迟荧光器件，实现在高亮度下依然保持较高效率的蓝光OLED，在此基础上进一步获得基于TADF机制的高效率白光OLED。项目的研究将为调控有机材料光电性能、促进TADF及OLED技术的发展提供理论和实验基础。

项目资助期间，我们主要开展了下述三个方面的研究工作：①开展了高性能有机电致发光材料及器件的研究。设计、开发了新型延迟荧光（TADF）材料，清楚了材料的分子结构与其光物理性质的构效关系，基于真空蒸镀和溶液旋涂的器件构建工艺，实现了效率超过26%的蓝光TADF器件；设计、合成了适用于激基复合物机制的新型给、受体材料，提出了基于新型三元激基复合物的OLED器件的构建策略，有效提升了OLED器件中激子的利用效率，在实现效率超过20%的激基复合物发光OLED器件的同时，效率滚降得到了明显的抑制。该系列研究为新型电致发光材料的设计及高性能有机电致发光器件的制备打下坚实的基础。②探索了有机太阳能电池(OSC)中各组分间相互作用对器件性能的影响规律。设计、合成了具有氢键供体单元的有机小分子材料，研究了分子间氢键作用对给、受体分子表面电荷密度分布及静电势的影响规律，进而提升器件中光生激子的解离效率，同时优化了活性层薄膜的微观形貌，实现了效率高达17%的三元OSC器件；提出了利用延迟荧光机制构建高效OSC的新方法，提高了光生激子的寿命和扩散距离，降低了器件的复合能量损失，获得了高效率、高稳定性的三元器件。③开展了近红外（NIR）有机光电探测及成像技术的研究。开发了可将NIR光转换为可见光的全有机上转换器件（UCD），有效降低了驱动电压，提高了成像的线性动态范围。提出了构建高性能NIR有机晶体管的新策略，在传统的石墨烯/有机光敏层结构中引入ZnO纳米缓冲层，极大地提高了光生载流子的提取效率，获得了高达6.1×106 A W-1的响应率。.以通讯作者身份发表SCI收录论文36篇(包含1篇Adv.Mater.，3篇Adv.Fun.Mater.，2篇Mater. Horiz.等领域知名期刊)；获第十四届四川省青年科技奖，2020年四川省科技奖自然科学三等奖（排名1）。指导毕业硕士研究生13名、博士研究生2名，其中1人获中国电子学会优秀硕士论文，1人获得电子科技大学毕业研究生最高荣誉“成电杰出学生（研究生）”称号，4人获得电子科技大学优秀硕士学位论文，4人获得电子科技大学优秀研究生。目前在读研究生13名，其中博士研究生3名。