芳基膦氧母体材料的设计、合成及其在有机无机杂化钙钛矿纳米晶电致发光器件的应用

Organic-inorganic hybrid perovskite (OHPe) nanocrystals are promising materials for development of light-emitting diodes (LEDs) due to their easy-fabrication, low-cost, high photoluminescent efficiency, narrow emission and tunable bandgap. However, the pursuing of their high electroluminescent (EL) performance remains urgent and challenged primarily because of the difficulty in fabricating continuous, uniform film from OHPe nanocrystal solution. .To address this issue, we attempt to develop a serious of amino-functionalized organic host materials to improve their compatibility with nanocrystals. Aryl phosphine oxide is adopted as main framework to provide high triplet energy level, meanwhile, donors such as carbazole unit are introduced to balance the carrier injection/transportation. OHPe based films with both uniform morphology and better charge injecting/transporing property could be realized via doping method, which will ensure a better EL performance..This project will study how to improve the compatibility between organic materials and OHPe nanocrystals, and the influence of organic host/OHPe nanocrystals guest doping system on EL performance, and provide a guidance towards the realization of full-color, highly efficient EL devices based on OHPe nanocrystals.

有机无机杂化钙钛矿纳米晶材料因其制备简易，低能耗，荧光量子产率高，发射窄，带宽可调等性能，在电致发光领域极具应用潜力，然而杂化钙钛矿纳米晶溶液难以用来制备连续、均一的薄膜导致其器件效率低，是目前亟需解决的问题。.本项目拟发展一系列与杂化钙钛矿纳米晶材料具有良好相容性的有机母体材料，以氨基作为桥梁，增加母体与纳米晶之间的相容性；以芳基膦氧作为主体结构，提高母体三线态能级；并依据双极设计理念，引入咔唑等给体基团调节母体材料的载流子注入/传输平衡。利用掺杂方式，制备基于杂化钙钛矿纳米晶的连续、均一且具有良好载流子注入/传输性能的薄膜，进而制备高效的电致发光器件。.本项目将探索如何增进有机母体与杂化钙钛矿纳米晶材料之间的相容性，以及有机母体/杂化钙钛矿纳米晶掺杂体系对电致发光器件性能的影响规律，为进一步实现全光色高效的杂化钙钛矿纳米晶电致发光器件提供指导。

有机无机杂化钙钛矿纳米晶材料因其制备简易，低能耗，荧光量子产率高，发射窄，带宽可调等性能，在电致发光领域极具应用潜力，然而杂化钙钛矿纳米晶溶液难以用来制备连续、均一的薄膜导致其器件效率低，是目前亟需解决的问题。.本项目开发了一系列与钙钛矿有良好相容性的主体材料，并将其应用到电致发光器件的制备。主体材料在器件中承担载流子传输与能量转移，是器件发光层的重要组成部分。考虑到高效的利用激子，我们合成了一系列基于热活化延迟荧光（TADF）发光机理的主体材料。TADF材料可以通过有效反向系间窜跃，将非辐射的三重态激子转化为单重态，其理论内量子效率可达到100%；并且因其结构通常包含给体和受体单元，可提供双极传输的性质，作为主体材料，可有效保持发光层的的传输性能。因此将TADF机理与主体材料的设计相结合，可在保持激子利用与稳定传输的基础上，提高成膜的质量与稳定性。.基于以上考虑，我们进行了两方面的研究。其一，高效TADF主体材料的制备；其二，TADF材料在钙钛矿电致发光器件中的应用。我们首先合成了一系列基于氰基吡啶受体单元的TADF材料。该系列材料覆盖天蓝光到橙红光发射，具有较高的电致发光效率，其最大外量子效率（EQE）可达29.1%。较宽的发射区间可以适用于不同发光光色的钙钛矿材料；较高的光效率证实了其较高的激子利用率；而其构筑简单、结构可调，增加了其与钙钛矿结合的灵活性。接着我们开发了一种制备TADF给体单元芴螺吖啶的方法。该方法无溶剂，无金属催化剂，简单便捷，省时省力，并且可用于含多螺结构的构筑，为探索芴螺吖啶在TADF材料中的应用提供了指导。基于这种方法，我们构筑了高效的TADF材料，最大EQE可达27.1%，在高掺杂浓度下仍高于22%，同时进行了构性关系的探索，这有利于其作钙钛矿主体材料与应用与调节。我们初步尝试了将TADF材料作为主体或传输层材料，应用于钙钛矿发光器件的制备，其最大EQE分别达到15.7%与12.3%，相比于参比器件，效率提升22%与5%，进一步的工作仍在进行中。