《Mater.Horiz.》：新型有机小分子在OLEDs中具有24％的外量子效率

来源：高分子科学前沿

成果简介

近日，电子科技大学的郑才俊教授、陶斯禄教授和同济大学叶俊副教授（共同通讯作者）合作报道了一种新型有机小分子电子给体（TPA-3）具有良好的溶解性和成膜能力。利用PO-T2T作为电子受体，溶液处理基于TPA-3：PO-T2T的激基复合物OLEDs实现了最高14.4％的外量子效率（EQE）。此外，作者又分别将3CzFDPhTz和9PhFDPhTz电子给体加入到TPA-3：PO-T2T中以形成三元激基复合物，利用溶液处理法得到的激基复合物OLEDs具有最大24％的EQE。迄今为止，该结果是通过溶液处理或真空沉积方法制造的具有最好性能的激基复合物OLEDs。同时，本文介绍的方法为实现高效率激基复合物OLEDs的发展提供一种新的思路。相关工作以题目为“Novel small-molecule electron donor for solution-processed ternary exciplex with 24% external quantum efficiency in organic light-emitting diode”发表在《Materials Horizons》上。

背景介绍

热激活延迟荧光（TADF）发射体通过反向系统间交叉（RISC）收获三重态激子可以实现100％的内部量子效率（IQE）而引起广泛的关注。由于TADF的独特性质，所以在有机发光二极管（OLEDs）方面具有巨大应用潜力。真空沉积是一种被广泛使用于构建基于小分子的OLEDs的方法，因为其允许制造出性能优异的器件具有多层结构。然而，该方法不仅对材料利用率非常低并，而且为了保持高真空增加了制造成本和复杂性。虽然溶液处理方法具有加工简单、制造成本低、易于大面积制造和促进激基复合物发光的优点，但是在实现OLEDs高效率方面进展缓慢。因此，为了进一步改善溶液处理的激基复合物OLEDs的性能以满足甚至超过它们的真空沉积对应物，非常有必要设计具有改善的溶解性和成膜能力的新型有机小分子。

研究思路

由于利用真空沉积方法设计的基于三苯胺的小分子的材料的溶解性和成膜性质较差，所以本文作者首先设计并简单的合成了一种新型有机小分子供电体TPA-3，接着利用溶液处理方法制备了基于TPA-3小分子的激基复合物OLEDs。研究发现TPA-3具有良好的溶解性和成膜能力。

图1.TPA-3的合成路线。

然后，作者利用TPA-3作为电子的供体，PO-T2T作为电子受体，利用溶液处理法制备出基于TPA-3: PO-T2T的激基复合物OLEDs。同时，利用DTF: PO-T2T制备的激基复合物OLEDs为对照组。对比二组的相关性能，发现TPA-3: PO-T2T具有更优异的性能，并且其具有最高为14.4%的EQE。

图三.TPA-3: PO-T2T和DTF: PO-T2T的性能对比。

为了进一步提高基于TPA-3：PO-T2T的激基复合物OLEDs的外量子效率，作者又分别将3CzFDPhTz和9PhFDPhTz两种电子给体加入到TPA-3：PO-T2T中以形成三元激基复合物，测试发现形成三元激基复合物以后，溶解性和成膜性等性能基本保持不变，而EQE被显著提高。其中，TPA-3: 9PhFDPhTz/PO-T2Tb组和TPA-3: 9PhFDPhTz: PO-T2T组的EQE效率分别被提高到24.0%和21.4%。

小结

综上所述，作者设计并合成了一种新型有机小分子电子供体TPA-3。通过引入氟化吡啶官能团显著改善了TPA-3的溶解性和成膜能力。接着利用PO-T2T作为电子受体，采用溶液处理法制备了基于TPA-3: PO-T2T的激基复合物OLEDs，使得EQE达到了14.4％。为了进一步改善器件性能，作者又分别将3CzFDPhTz和9PhFDPhTz两种电子供体添加到TPA-3: POT2T中以形成三元激基复合物。制备的TPA-3: 3CzFDPhTz: PO-T2T和TPA-3: 9PhFDPhTz: PO-T2T表现出比TPA-3: PO-T2T更高的EQE和RISC效率。其中，最高的EQE达到了目前最高的24％。本文的研究方法为高性能的激基复合物OLEDs提供了一种新参考方法。

文章链接

Novel small-molecule electron donor forsolution-processed ternary exciplex with 24% external quantum efficiency in organic light-emitting diode . Mater. Horiz., 2019, DOI: 10.1039/c9mh00373h.