蘇州納米所蘇文明團隊Chem. Eng. J.:線性小分子交聯劑助力TFB空穴傳輸層實現高性能QLED

  量子點發光二極管(Quantum-Dots Light Emitting Diode, 簡稱QLED)因其具有窄的電致發光光譜、高的色純度及廣色域、對環境水氧敏感度相對較低且可全溶液法印刷制備、輕薄、柔性等諸多優勢,被公認為印刷顯示技術未來的重要方向。TFB是目前高性能QLED器件研究中使用最廣、性能最突出的空穴傳輸層材料。Adsdyes、住友化學等企業正在大力推動TFB材料進入印刷QLED顯示產業應用。 然而,當TFB用于噴墨打印QLED多層器件時, 盡管發光層墨水采用正交溶劑,TFB膜還是會受到層間侵蝕的些許影響,從而影響QLED的效率與壽命。 

  為提升TFB的抗侵蝕能力,中科院蘇州納米所蘇文明研究員團隊設計合成了系列新型的線性雙二苯甲酮交聯劑(BPO4、BPO6和BPO8),可以助力TFB空穴傳輸層形成近100%的抗溶劑效果且提升薄膜致密性。在較溫和的光熱協同交聯固化條件下(120°C和365 nm UV光照16 mW cm-2), TFB中摻入3.33%的BPO,即可發生交聯形成三維網絡結構實現完全抗溶劑;交聯反應拉近了分子間的距離使膜層更致密還增強了其空穴傳輸能力,有助于進一步提升量子點發光層中的載流子注入平衡。通過優化BPO分子中的烷基鏈長,基于BPO6的交聯TFB制備的QLED實現了16.77%的最高EQE(20.22 lm W-1, 22.72 cd A-1),相比純TFB參比器件性能提升了近20%。該器件還展現了優秀的器件效率roll-off穩定性,在亮度達到20000 cd m-2時,其EQE較峰值EQE僅滾降了1.73%。該研究證明了一種合成簡單、易提純的小分子交聯劑策略,可以用于改善聚合物HTL成膜及印刷工藝,同時提高QLED器件的效率和穩定性,有望在印刷QLED顯示中得到應用推廣。 

    1.a)基于TFBBPO的交聯型抗溶劑性空穴傳輸層的構筑;(b)交聯反應的機理;(cBPO系列材料的合成路線與(d)分子靜電勢。 

    2.a-c)(a) TPB:BPO4, (b) TPB:BPO6, (c) TPB:BPO820:1交聯后與氯苯溶劑清洗后的紫外-可見光吸收光譜,可以獲得100%的溶劑保留,(d 不同摻雜比例下的交聯TFB:BPO薄膜使用氯苯溶劑清洗后的紫外-可見光吸收光譜(抗溶劑性) (e)交聯前后薄膜的厚度變化。 

    3.aTFB, TPB:BPO4, TPB:BPO6, TPB:BPO8AFM高度直方圖,(b)時間分辨光致發光光譜和(c)不同薄膜的熒光量子產率。 

    圖4.aQLED 器件結構,(b)各功能層的能級排布, c)基于不同空穴傳輸層的QLED器件的電致發光光譜EL,(d 紅光QLED的CIE 1931坐標@1000 cd m-2。 

    圖5.a)電流密度-電壓-亮度曲線,(b)電流密度-亮度曲線,(c)功率效率-亮度曲線,(d)外量子效率-亮度曲線。 

    6.a)單電子和單空穴器件,(b)器件壽命測試結果。 

  相關工作以 Linear cross-linkers enabling photothermally cured hole transport layer for high-performance quantum dots light-emitting diodes with ultralow efficiency roll-off為題發表于Chemical Engineering Journal 2022, 439, 135702。中科院蘇州納米所器件部&印刷電子技術中心的易袁秋強博士為論文的第一作者兼通訊作者,蘇文明研究員為論文共同通訊作者。材料科學姑蘇實驗室及東南大學為文章共同貢獻單位。該論文工作要感謝中國博士后科學基金和江蘇省自然科學青年基金等項目資金資助,同時感謝蘇州納米所納米真空互聯實驗站(Nano-X)提供的測試幫助。 

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