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新的一年!要有“光”!Nature子刊两连击!

      材料来源:研之成理

第一篇:高效、窄发射纯蓝OLED


▲第一作者:Chin-Yiu Chan & Masaki Tanaka
通讯作者:Chin-Yiu Chan & Chihaya Adachi
通讯单位:Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA), Kyushu University, Fukuoka, Japan
DOI:10.1038/s41566-020-00745-z

背景介绍

有机发光二极管(OLED)被认为是下一代显示器的有前途的光源技术。在20多年的研究中,寻找一种窄发射、高稳定性、高效率的纯蓝光OLED一直是一项挑战,人们为此消耗了大量资源。迄今为止,它仍然是有机电子领域中最困难的问题,以至于传统的纯蓝色荧光材料仍被用作工业中的蓝光发射器。纯蓝OLED表现出100%的内部量子效率但只有极短工作寿命的原因之一是存在高反应性的“热”三重态激子,该激子是通过长寿命的三重态(如三重态-三重态)激子以及三极化子相互作用湮灭产生的:这些高能粒子会对周围的有机材料产生不利影响,从而导致器件性能下降。

那么,如何才能克服上述难题并生产出具有足够色纯度、长使用寿命和高效率的蓝光OLED呢?

本文亮点

1、作者设计制造了具备纯蓝色(CIE 0.13,0.16)、高效(1,000 cd m-2外量子效率EQE为32%)、窄发射(最大半峰宽FWHM为19 nm)和高稳定性(1,000 cd m-2下95%初始亮度LT95可达18h)的OLED。

2、制造的具有荧光蓝色发射器的商业化器件结构在1,000 cd m-2处,相应的设备显示出7%的EQE、CIE(0.13,0.16)、电致发光峰465nm、FWHM为40nm、在初始亮度1,000 cd m-2下LT 95可达84 h。

3、作者认为通过对器件制造环境和程序的更严格控制,可以使得预期器件寿命进一步提高,以与商用荧光蓝色OLED竞争。

图文解析


▲图1. 光物理特性

要点:

1、该设计基于双TADF单元堆叠的串联超荧光OLED,其单线激发态能量从表现出热激活延迟荧光(TADF)的天蓝色辅助掺杂剂(称为杂体施主型TADF(HDT-1)转移到纯蓝色的发射体。

2、观察到的窄蓝光发射,主要来自ν-DABNA,具有高达97%的高光致发光量子产率。

3、双TADF-发射极薄膜的长发射衰减曲线表明,最初生成的HDT-1单线态激子经历了正向和反向系间穿越(ISC和RISC),最后转移到ν-DABNA的基态S1。


▲图2. 纯蓝光OLED性能评估

要点:

1、器件A的最大EQE为27%,即使在1,000 cd m-2的情况下仍保持20%的高EQE。EQE值高于对照组I(发光层1 wt%ν-DABNA:mCBP)的EQE值。

2、与对照组II(具有20 wt%HDT-1:mCBP发射层)、发射峰486 nm进行比较时,在1,000 cd m-2处的最大电致发光峰是蓝移发射(471 nm),即表现为CIE(0.15,0.20)的纯蓝色电致发光、FWHM为18 nm。

3、作者还在同一腔室中制造了具有荧光蓝色发射器的商业化的器件结构(不是顶部发射而是底部发射型器件结构),在1,000 cd m-2处,相应器件显示出7%的EQE、CIE为(0.13,0.16)、电致发光的最大发射为465nm、FWHM为40nm、1,000 cd m-2下LT 95可达84 h。


▲图3. 亮度变化与工作时间的关系(初始亮度为1,000 cd m-2)

要点:

1、1,000 cd m-2下,器件B具有窄发射、高效率、长期工作稳定性且具有18h的出色LT95。根据OLED的加速老化测试,可预测在100 cd m-2的初始亮度下LT95和LT50值分别超过300 h和10,000 h。

2、通过开发更稳定的天蓝色TADF辅助掺杂剂(应具有更快的kRISC),可以进一步提高纯蓝色OLED的性能,尤其是其使用寿命。此外,抑制终端掺杂物上直接载流子的俘获也可以提高使用寿命。

3、通过严格控制3CT和3LE状态之间的激发态对准,实现大的kRISC值可以应用于其他高级TADF材料,以实现更稳定的纯蓝色OLED。

原文链接:
 
https://www.nature.com/articles/s41566-020-00745-z

 
第二篇:综合缺陷抑制策略制备高效钙钛矿纳米晶LED


第一作者:Young-Hoon Kim, Sungjin Kim & Arvin Kakekhani
通讯作者:Andrew M. Rappe & Tae-Woo Lee
通讯单位:University of Pennsylvania, Philadelphia, PA, USA & Seoul National University, Seoul,Republic of Korea
DOI:10.1038/s41566-020-00732-4

背景介绍

具有通式ABX的金属卤化物钙钛矿(MHP)(其中A是有机或无机阳离子、B是金属阳离子、X是卤化物阴离子)具有窄发射光谱(半峰宽约20 nm),使它们能够实现高色纯度、发射波长范围可调(400nm≤λ≤780 nm)和低成本的可溶液加工性,被认为是有前途的发光体。这种特性还使得钙钛矿发光二极管(PeLED)显示出电致发光效率的极大提高。通过(1)提高辐射复合率和(2)降低非辐射复合率可以实现并获得更高的发光效率。

目前人们通过在空间上将电子和空穴限制在小型钙钛矿多晶纳米颗粒、低维晶体或胶体钙钛矿纳米晶(PNCs)中,提高了载流子的辐射复合率。但金属卤化物钙钛矿纳米晶(PNCs)的电致发光效率一直受到材料合成策略的限制,目前尚缺乏一种有效的既可以抑制缺陷的形成又可以增强电荷载流子约束的策略,以超越现有技术水平并进一步提高电致发光的效率。

本文亮点

1、作者提出了一种单掺杂合金化策略,该策略可生成较小的、单分散的胶体粒子(限制电子和空穴,并增强辐射复合),且表面缺陷更少(减少非辐射复合),从而可大大提高PNCs的发光效率。

2、该策略可同时(1)通过全面的缺陷抑制和体熵稳定来减少非辐射电荷的复合,(2)以及由于激子约束的增加而增加载流子的辐射复合。

3、基于PNCs制备的高效LED,其电流效率CE从108 cd A-1(外部量子效率EQE为23.4%)上升到205 cd A-1(EQE为45.5%),证明该设计策略为将PNCs转换为PeLED(用于新一代高效显示器应用)提供了一条清晰的途径。

图文解析


图1.  FA1-xGAxPbBr3PNCs的结构

要点:

1、作者使用胍盐GA替代掺杂到FAPbBr3PNCs中,以将最佳比例的GA阳离子掺入结构中。

2、研究发现GA阳离子可以低浓度(~10%)形式存在于大部分的PNCs中,而多余的GA将积聚在PNCs的表面。


图2. GA对FA1-xGAxPbBr3PNCs结构和光物理的作用

要点:

1、随着x从0增加到1,FA1-xGAxPbBr3PNCs的尺寸从~10 nm减小到~5.1 nm。

2、作者发现GA掺杂在产生有限的体相溶解度的同时,在PNCs中还可产生熵稳定相,并导致了更小的PNCs和更多的载流子限制。

3、表面上由于PbBr6八面体形成的笼子被破坏且没有终止帽,多余胍盐解析的氨基可以有效地停留在表面上方,并与表面的溴化物基团相互作用,稳定了配位不足的位点。


图3. FA1-xGAxPbBr3PNCs的缺陷分析

要点:

1、GA的掺入提供了整体熵的稳定、表面的稳定(通过其额外的氨基基团产生的额外氢键)和更好的电子-空穴限制。

2、表面GA的填充可导致有效的缺陷钝化,溶液中FAPbBr3的光致发光量子效率(PLQE)从79.7%提高到FA 0.9GA0.1PbBr3 PNCs的93.3%。

3、此外,表面稳定的1,3,5-三(溴甲基)-2,4,6-三乙苯还可用作溴化物空位的修复剂。



图4. 基于FA1-xGAxPbBr3PNCs的及具有TBTB夹层的PeLED性能表征

要点:

1、研究发现,当GA与FA之比为0.1显示出最大的电致发光效率。

2、作者还引入TBTB外涂层,以修复FA1-xGAxPbBr3PNCs中的卤化物空位缺陷,并改善了PeLED中的电荷平衡。

3、这些协同策略在基于PNCs的PeLED中产生了最高的电致发光效率(从CE =108 cd A-1和EQE = 23.4%提高到CE =203 cd A-1和EQE = 45.5%)。


图5. PeLED器件的寿命评估

要点:

1、作者在各种操作和环境条件下测试评估了制备获得的基于FA0.9GA0.1PbBr3 PNCs和TBTB中间层的PeLED器件寿命。

2、100 cd m– 2初始亮度下,初始亮度降至50%时LT50为132分钟,相对于基于FAPbBr3 PNCs的PeLED(LT50= 25分钟)提高了约5.3倍,相对于先前报道的基于FAPbBr3 PNCs的最高效率PeLED(LT50= 18分钟)提高了约8倍。

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41566-020-00732-4
 
 
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