基于不同金属薄层的新型中间连接层以及高效率、低衰减串联型热活化延迟荧光白光有机发光二极管的组装

Recent years, thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials have attracted increasing attention due to diverse molecular structure, easy synthesis, and low cost preparation. However, simultaneously achieving high efficiency and reduced efficiency roll-off cannot be realized in TADF organic light-emitting diodes (OLEDs), which seriously impede them from commercial applications. In this project, from the view of structure engineering, we propose to introduce TADF materials into the tandem device to solve this problem. As the most critical component, intermediate connector directly influences the device performance. The project will dedicate to develop a novel intermediate connector through rational utilization of related materials, elaborate structure designs, deeply studying the working mechanism, and especially, focusing on systematically investigating the effect of different metal thin film on the capability of electron extraction. Based on such novel intermediate connector, finally realize high-efficiency tandem TADF white OLED with low efficiency roll-off. The successful implementation of this project will be greatly beneficial to lay the theoretical foundation of the development of high performance tandem device and apply TADF materials into practical application in the solid-state lighting.

近年来，热活化延迟荧光（TADF）材料凭借其自身分子结构的多样性、简单易合成以及生产成本低等诸多优点吸引了越来越多的关注。然而，基于TADF材料的有机发光二极管（OLED）无法同时实现高效率和低的效率衰减，阻碍了TADF材料的商业化应用。为解决这个难题，在本项目中，我们从器件结构角度出发，提出将TADF材料引入到串联型器件中。作为串联型器件最为关键的组成部分，中间连接层直接影响着器件性能。本课题将通过对中间连接层材料和结构的合理优化设计，同时深入探讨其工作机理，特别是不同金属薄层对电子提取能力进行系统的研究，开发出一种新型中间连接层。并依此制备出高效率兼顾低衰减的串联型TADF白光OLED。本项目的成功实施，对于研发高效串联型器件奠定理论基础以及TADF材料在固态照明领域的实际应用都具有重要意义。

本项目围绕串联型器件最为关键的组成部分中间连接层进行深入研究，力图通过开发新型的中间连接层，大大降低串联器件的工作电压，以此为基础解决基于热活化延迟荧光（TADF）材料的有机发光二极管（OLED）无法同时实现高效率和低效率衰减的难题，为TADF材料的商业化应用扫除障碍。（1）完成了对中间连接层中电荷产生层部分材料的选择和结构的优化及其电荷产生机制的研究。确定了NPB掺杂HAT-CN的高效电荷产生层体系，通过测试器件的电容-电压特性，证实了体异质结具有更高的电荷产生能力，并优化得到HAT-CN的最佳掺杂比例为35 wt%。此外，利用电容-频率测试中观察到的现象证明在该体异质结内无明显的载流子陷阱，进而凸显了该异质结的优越性。（2）将多种不同的金属作为中间连接层的电子注入材料，与常用的薄层Al进行电子提取能力的比较，筛选得到了电子提取能力更强的金属材料Metal 1并对其厚度进行优化。通过对比不同器件的电流—电压特性并借助透射电子显微镜对不同金属在有机层上的成膜情况进行研究，揭示出电子注入的难易程度与金属材料的功函数及其成膜特性密切相关，从而明确了中间连接层中影响电子注入效率的主因。（3）尝试在串联器件的电荷产生层的受体材料MoO3和给体材料TAPC之间插入电离能更深的p型材料TCTA作为间隔层，不但实现了电荷产生层内空穴向阴极一侧发光单元的欧姆注入，同时，电荷产生层内电子的产生也获得了相应的增加，辅助以对阳极一侧发光单元中电子传输层材料和厚度的优化，改善了光耦和输出的同时进一步降低了器件工作电压，提升了功率效率，证实了我们开发的新型中间连接层对于串联器件效率的提升有着极大的推动作用。