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苏州纳米所苏文明团队Chem. Eng. J.:线性小分子交联剂助力TFB空穴传输层实现高性能QLED

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-03-24 浏览次数:475

量子点发光二极管(Quantum-Dots Light Emitting Diode, 简称QLED)因其具有窄的电致发光光谱、高的色纯度及广色域、对环境水氧敏感度相对较低且可全溶液法印刷制备、轻薄、柔性等诸多优势,被公认为印刷显示技术未来的重要方向。TFB是目前高性能QLED器件研究中使用最广、性能最突出的空穴传输层材料。Adsdyes、住友化学等企业正在大力推动TFB材料进入印刷QLED显示产业应用。 然而,当TFB用于喷墨打印QLED多层器件时, 尽管发光层墨水采用正交溶剂,TFB膜还是会受到层间侵蚀的些许影响,从而影响QLED的效率与寿命。  

  为提升TFB的抗侵蚀能力,中科院苏州纳米所苏文明研究员团队设计合成了系列新型的线性双二苯甲酮交联剂(BPO4、BPO6和BPO8),可以助力TFB空穴传输层形成近100%的抗溶剂效果且提升薄膜致密性。在较温和的光热协同交联固化条件下(120°C和365 nm UV光照16 mW cm-2), TFB中掺入3.33%的BPO,即可发生交联形成三维网络结构实现完全抗溶剂;交联反应拉近了分子间的距离使膜层更致密还增强了其空穴传输能力,有助于进一步提升量子点发光层中的载流子注入平衡。通过优化BPO分子中的烷基链长,基于BPO6的交联TFB制备的QLED实现了16.77%的最高EQE(20.22 lm W-1, 22.72 cd A-1),相比纯TFB参比器件性能提升了近20%。该器件还展现了优秀的器件效率roll-off稳定性,在亮度达到20000 cd m-2时,其EQE较峰值EQE仅滚降了1.73%。该研究证明了一种合成简单、易提纯的小分子交联剂策略,可以用于改善聚合物HTL成膜及印刷工艺,同时提高QLED器件的效率和稳定性,有望在印刷QLED显示中得到应用推广。

图1.(a)基于TFB与BPO的交联型抗溶剂性空穴传输层的构筑;(b)交联反应的机理;(c)BPO系列材料的合成路线与(d)分子静电势。

图2.(a-c)(a) TPB:BPO4, (b) TPB:BPO6, (c) TPB:BPO8在20:1交联后与氯苯溶剂清洗后的紫外-可见光吸收光谱,可以获得100%的溶剂保留,(d)不同掺杂比例下的交联TFB:BPO薄膜使用氯苯溶剂清洗后的紫外-可见光吸收光谱(抗溶剂性) (e)交联前后薄膜的厚度变化。

图3.(a)TFB, TPB:BPO4, TPB:BPO6, TPB:BPO8的AFM高度直方图,(b)时间分辨光致发光光谱和(c)不同薄膜的荧光量子产率。

图4.(a)QLED 器件结构,(b)各功能层的能级排布, (c)基于不同空穴传输层的QLED器件的电致发光光谱EL,(d) 红光QLED的CIE 1931坐标@1000 cd m-2

图5.(a)电流密度-电压-亮度曲线,(b)电流密度-亮度曲线,(c)功率效率-亮度曲线,(d)外量子效率-亮度曲线。

图6.(a)单电子和单空穴器件,(b)器件寿命测试结果。  

  相关工作以 Linear cross-linkers enabling photothermally cured hole transport layer for high-performance quantum dots light-emitting diodes with ultralow efficiency roll-off为题发表于Chemical Engineering Journal 2022, 439, 135702。中科院苏州纳米所器件部&印刷电子技术中心的易袁秋强博士为论文的第一作者兼通讯作者,苏文明研究员为论文共同通讯作者。材料科学姑苏实验室及东南大学为文章共同贡献单位。该论文工作要感谢中国博士后科学基金和江苏省自然科学青年基金等项目资金资助,同时感谢苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)提供的测试帮助。  论文链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1385894722012025

文章来源:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

 
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