武漢大學楊楚羅Adv. Mater. :橙紅光OLED效率達到29.2%

2021-01-16 材料人


【引言】


最近，熱活化延遲螢光（TADF）材料以其獨特性能獲得廣泛關注，被認為是繼傳統螢光材料和重金屬配合物磷光材料之後最具有發展潛力的第三代發光材料。在過去幾年中，TADF材料的電致發光性能獲得了長足進步。在天藍光區域，其外量子效率（EQE）已接近37%；在綠光區域，其EQE也已超過30%。而作為全色發光不可或缺的成分，橙紅光TADF材料的發展則明顯滯後。截至目前，橙紅光TADF材料的相關報導遠少於藍光和綠光TADF材料，並且基於橙紅光TADF材料的OLED的最高EQE仍停留在17.5%。為了填補這一空白，目前亟待開發更高效的新型橙紅光TADF材料。



【成果簡介】


近日，武漢大學楊楚羅、龔少龍團隊和臺灣大學吳忠幟(吳忠幟)（共同通訊）團隊合作，在橙紅光TADF材料研究方面取得了重大進展。該工作基於電子給體-受體（D-A）分子結構，通過結合1,8-萘二醯亞胺（NAI）電子給體單元和不同的芳胺類電子受體單元，9,9二甲基吖啶（DMAC）和9,9-二苯基吖啶（DPAC）, 構建了兩個目標分子NAI-DMAC和NAI-DPAC。兩個化合物均獲得了橙紅光發射，並且具有高的光致發光量子產率（60%和79%），優異的TADF性能（超過85%的延遲比率）和良好的水平躍遷偶極矩取向性（71%和74%）。基於這兩種橙紅光TADF材料的OLED獲得了目前最高的橙紅光TADF器件效率：在581-600 nm發射峰值範圍內，其EQE保持在21-29.2%的高水準。值得強調的是，這是目前首例報導的基於橙紅光TADF材料的EQE超過20%的OLED，並且29.2%的EQE遠超此前已報導的17.5%的紀錄，成為目前橙紅光TADF器件的最高效率。研究人員對高效率器件的內在機制進行了探索，發現了光學微腔效應對於提升激子利用率和發光量子產率方面的重要貢獻。該成果以題為：「Achieving Nearly 30% External Quantum Efficiency for Orange–Red Organic Light Emitting Diodes by Employing Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters Composed of 1,8-Naphthalimide-Acridine Hybrids」，發表在Advanced Materials上。



【圖文解讀】


圖一 NAI-DMAC和NAI-DPAC的分子結構能級結構研究

 

a) TADF材料的分子結構式；

b) 密度泛函理論計算得出的分子前線軌道能級和激發態能級；

c) 優化基態結構的前線軌道分布（藍色為HOMO,紅色為LUMO）；

d) 單晶結構；


圖二 NAI-DMAC和NAI-DPAC的光致發光性能研究

 

 a) NAI-DMAC和NAI-DPAC在甲苯溶液中的紫外可見吸收光譜和螢光發射光譜；

b) NAI-DMAC和NAI-DPAC在mCPCN摻雜薄膜中的螢光和磷光光譜；

c) NAI-DMAC和NAI-DPAC在mCPCN摻雜薄膜中的瞬態螢光衰減曲線。


圖三 NAI-DMAC和NAI-DPAC的躍遷偶極矩取向性能研究

 

a) NAI-DMAC和c) NAI-DPAC在mCPCN摻雜薄膜中的p偏振光致發光強度相對於發射角度的分布（實心方塊），擬和曲線（實線）與理論曲線（虛線，各向同性及完全水平取向）；

b) NAI-DMAC 和d) NAI-DPAC基於含時密度泛函理論計算的躍遷偶極矩取向和大小。 


圖四 基於NAI-DMAC和NAI-DPAC材料的OLEDs器件性能表徵

 

a) 器件結構，相關材料的能級結構以及分子結構圖；

b-d) 基於NAI-DMAC和NAI-DPAC的OLED器件電致發光光譜，電流密度-電壓-發光亮度曲線，EQE和功率效率相對於發光亮度曲線；

e)單層發光層薄膜和完整器件的瞬態光致發光衰減曲線。


圖五 EQE性能對比

 

EQE與EL峰值與此前已報導工作的對比。



【小結】


該工作通過合理的分子設計，構建了兩個橙紅光有機發光分子。這些材料在確保優良TADF性能的同時，兼顧了高的光致發光量子產率和良好的水平躍遷偶極矩取向性，最終獲得了橙紅光OLED破紀錄的29.2%的EQE，大大超越所有先前報導的橙紅光TADF 器件性能。研究還發現了光學微腔效應對於提升激子利用率和發光量子產率方面的重要貢獻。這項工作不僅為橙紅光TADF材料設計提供了一條可行的思路，而且強調了通過合理的分子設計和器件結構優化充分挖掘材料性能的觀點。這對於設計和篩選高效TADF材料有著重要意義，尤其在分子設計要求嚴苛的深藍-紫外以及近紅外區域（其分子設計上很難同時兼顧發光材料各方面性能）。


文獻連結：Achieving Nearly 30% External Quantum Efficiency for Orange–Red Organic Light Emitting Diodes by Employing Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters Composed of 1,8-Naphthalimide-Acridine Hybrids（Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.201704961）


本文由材料人納米學術組chenyuan供稿，武漢大學楊楚羅團隊修訂，材料牛整理編輯。


歡迎大家到材料人宣傳科技成果並對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。


投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群


材料人提供材料性能分析、成分分析、顯微分析等材料性能分析測試。


材料人提供材料計算難題解決、硬體租用等四大特色服務，提供各類論文封面圖、插圖、流程圖等繪圖服務。


如有需要，請聯繫QQ：3234370334（測試客服）/3419043216（服務客服），或微信號：iceshigu，或進入測試谷網搜索相關產品

相關焦點

  • 武漢大學新研究:橙紅光OLED效率達到29.2%
    在天藍光區域，其外量子效率（EQE）已接近37%；在綠光區域，其EQE也已超過30%。而作為全色發光不可或缺的成分，橙紅光TADF材料的發展則明顯滯後。截至目前，橙紅光TADF材料的相關報導遠少於藍光和綠光TADF材料，並且基於橙紅光TADF材料的 OLED 的最高EQE仍停留在17.5%。為了填補這一空白，目前亟待開發更高效的新型橙紅光TADF材料。
  • 武漢大學在橙紅光TADF發光材料研究方面取得了重大進展
    武漢大學新研究：橙紅光OLED效率達到29.2%。最近，熱活化延遲螢光（TADF）材料以其獨特性能獲得廣泛關注，被認為是繼傳統螢光材料和重金屬配合物磷光材料之後最具有發展潛力的第三代發光材料。在過去幾年中，TADF材料的電致發光性能獲得了長足進步。在天藍光區域，其外量子效率（EQE）已接近37%；在綠光區域，其EQE也已超過30%。
  • 長春光機所研製出橙紅光波段最高螢光量子效率的碳納米點
    近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員曲松楠課題組研製出橙紅光波段螢光量子效率高達46%的碳納米點，為國際上最高值。該領域發展面臨的瓶頸是缺少調控碳納米點發光帶隙的手段和增強其螢光量子效率的方法。目前，碳納米點在藍光和綠光波段已實現較為高效的發光，但在可見區長波長波段，特別是橙光到紅光波段，缺少高效率發光的碳納米點。
  • OLED屏，電壓只要2.9伏，就達到現代屏幕亮度的100倍！
    有機發光二極體（oled）不再由含有半導體材料鎵的化合物組成，而是由以碳為主要成分的有機化合物組成。美因茨大學科學家們用他們的第一個原型展示了可以產生10000坎迪拉/平方米發射光的亮度，而電壓只有2.9伏——這相當於現代屏幕亮度的100倍。在這種低電壓下達到如此高的亮度，是電流OLED屏的一個記錄。研究人員還測量了19%的外部效率，這意味著19%的電能轉化為向觀眾方向發出的光。
  • 新技術通過釋放光子,使OLED可獲得高達76.3%的量子效率!
    這些部件在穩定性、角發射和功率效率方面都有更嚴格的要求。由於發光二極體只產生單色光，製造商使用各種添加劑混色工藝來產生白光。自20世紀90年代首次開發白色oled以來，為了在實際亮度水平上實現平衡的白光光譜和高光效，科學家付出了大量的努力。然而沒有額外外耦合技術的白色oled外量子效率(EQE)今天只能達到20%到40%。大約20%產生的光粒子(光子)仍然被困在玻璃層中。
  • 《Adv Mater》重磅:最高效率之一的有機太陽能電池
    本文獲得了17.8%的記錄效率，並獲得了17.3%的認證效率，是目前最高之一的有機太陽能電池認證效率。對於充分探索有機材料光伏性能、實現高效率器件具有重要指導意義。有機太陽能電池具有可調節分子結構，易製備柔性器件等特徵，效率逐年遞增，並可通過低成本的溶液處理法來製備大面積電池，是未來可商業化的優秀材料。優化有機材料的分子結構是提高效率的最有效方式之一，在高效率的具有特定π-共軛骨架的分子體系中，微調烷基鏈是一種高明而又便捷的方法。
  • 通過提高空穴提取整體式鈣鈦礦矽串聯太陽能電池效率達到29%
    通過提高空穴提取整體式鈣鈦礦矽串聯太陽能電池效率達到29% 作者：小柯機器人 發布時間：2020/12/14 16:05:15 德國柏林科技大學的Steve Albrecht研究團隊開發了一種單片鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池，通過提高空穴提取功率轉換效率高達
  • oled和lcd哪個傷眼睛 oled和量子點電視的區別有哪些
    市面上有oled電視機與lcd電視機，僅僅是從名稱上就能看出兩者的材料不同，oled和lcd在傷眼的程度上同樣存在差異。oled和lcd哪個傷眼睛？還有oled與量子點電視是否存在差別？如何才能更好地區分？今日我們就來聊聊oled電視。
  • oled透明屏寬視角技術更具創意節能環保
    oled透明屏更具創意，更具科技元素，全高清、寬視角，色彩更飽滿，節能環保。現在越來越多的oled屏被廣泛應用，教育oled屏，會議室oled屏，商場oled屏，指揮中心oled屏很多場合都適合，越是高端就越能彰顯它的優勢與特色。
  • 黃勁松等人《Adv Mater》雙極性黑磷納米片提升鈣鈦礦電池效率!
    導讀：本文首次報導了一種利用雙極性黑磷納米片材料作為鈣鈦礦電池的雙功能運輸材料的設計，能夠在電池中同時且快速的進行兩次界面載流子的提取，電池整體的效率從標件的16.9%上升到了最優解即雙黑磷界面電池的效率19.8%。
  • 根據詞根猜單詞-9_原來母校叫alma mater
    按照詞源學記單詞又快又有意思，拉丁語mater, matris意為「母親」，今天來學習包含這個詞根的單詞。mater常見1. maternal，[m'tn()l]，adj. 母親的，母性的。maternal grandfather，外公；爺爺就是paternal grandfather。 猜猜看外婆和奶奶分別是什麼？
  • 211工程大學教師綜合效率排名出爐 北化第一
    《2011中國大學評價》列出中國211工程大學師生科研效率評價。考慮到大學附屬醫院科研人員的實際貢獻，以及研究生參加科研的實際情況，此項評價按不同人員實際從事科研的時間計算。教師減去從事教學的時間折合的人數後、每1人折合1人，附屬醫院高級職稱每4人折合1人，博士生每4人折合1人，碩士生每40人折合1人，並以全國211工程大學(不含985工程大學)的師生平均科研效率為1。
  • 新南威爾斯大學Adv. Mater.:基於鈣鈦礦納米晶體的離子交換鈍化法
    新南威爾斯大學Adv. Mater.：基於鈣鈦礦納米晶體的離子交換鈍化法 　　【引言】　　膠體量子點擁有帶寬可調節、造價低廉等優勢，被認為是一種應用前景廣闊的太陽能電池材料，其中硒化鉛（PbSe）量子點以多重激子效應和高效載流子遷移為著稱。
  • 陝師大劉生忠教授等人Adv. Funct. Mater.:給鈣鈦礦補「鈣」助力...
    【引言】有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池的效率已經達到了25.2%。然而，雜化鈣鈦礦中的有機組分（甲氨和甲眯）在熱力學上是不穩定的，光照、加熱和高溼條件都會誘導有機組分緩慢揮發或分解，從而導致雜化鈣鈦礦吸光層降解失效。
  • 武漢29歲女醫生感染新冠肺炎去世,全家都是醫護人員,2歲兒子還不知情
    2月23日，武漢市協和江北醫院/蔡甸區人民醫院（以下簡稱「協和江北醫院」）官微發布公告，院內29歲的消化內科醫生夏思思在抗擊疫情一線不幸感染新冠肺炎，2月23日清晨6時30分，經救治無效在武漢大學中南醫院去世。
  • 西北工業大學黃維院士Adv. Mater:氧空位缺陷助力BiVO4體相電子...
    新型光電極半導體材料的研究是提高光電化學分解水太陽能-氫氣轉換效率的關鍵。BiVO4由於具有較小的帶隙、合適的導價帶位置和優異的光電穩定性，因此，被認為是一種優異的光電化學分解水光陽極材料。但由於BiVO4具有較小的載流子遷移率和較短的空穴擴散距離，導致大量的光生電子空穴載流子在未達到BiVO4表面前，在體相中發生嚴重的複合損失，造成其光電流密度較低。
  • 「扭熱製冷」卡諾效率達到67%
    10月11日在線出版的《科學》（Science）雜誌刊文，報導了中國南開大學與美國德克薩斯州立大學達拉斯分校的一支國際聯合研究團隊研獲的一種柔性製冷新策略——「扭熱製冷」。他們發現，改變纖維內部的捻度可以實現降溫。由於製冷效率更高、體積更小且適用於天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料，基於這種方法製成的「扭熱冰箱」也變得前景可期。
  • 【材料】浙江大學唐睿康教授課題組Adv. Mater.綜述:生物礦化,從材料方法到生物策略
    近日，浙江大學的唐睿康教授課題組在Advanced Materials上發表的綜述總結了生物礦化領域近年來的研究進展，並提出了生物礦化研究的轉型。該課題組通過對綠藻仿生礦化改造誘導綠藻的自發聚集，可以在保證光合系統II活性的同時激活氫酶，從而改變綠藻的光合途徑，實現在自然條件下直接分解水產生氫氣（圖2），其產氫效率等同於正常的光合作用效率。