【儀表網 研發快訊】有機發光二極管(OLED)在超高清顯示器(UHD)和照明應用中展現出巨大潛力，已經在各個顯示領域(如手機等)得到廣泛應用。但目前大部分研究都集中在發光分子的光物理性能方面，針對發光層薄膜性質及器件物理層面的探索相對匱乏，而有機薄膜的質量對有機半導體中的載流子動力學行為至關重要。在非/摻雜薄膜中，即使是微小的空隙也可以被水或氧分子滲透，形成水/氧誘導陷阱的電荷陷阱態，顯著阻礙載流子遷移及復合。雖然非摻雜薄膜和晶態狀態中的水/氧誘導陷阱已經得到了全面研究，但對于這些陷阱在摻雜狀態下的性質仍缺乏深入探討。
為深入探討以上問題，近期中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員、李偉副研究員和華南理工大學蘇仕健教授等，在可控分子成膜工程增強載流子行為的機制研究中取得了重要進展。團隊在本研究中提出了一種多功能分子設計策略，通過在分子結構中引入氟苯基團，設計了一種多功能分子DspiroO-F-TRZ。基于DspiroO-F-TRZ的熱活化延遲熒光有機發光二極管(TADF-OLED)和敏化熒光有機發光二極管(TSF-OLED)分別展現出38.1%和37.6%的優異外量子效率(EQE)，比基于未引入氟苯基團的分子DspiroO-TRZ器件性能有了大幅提升。
該工作中的實驗結果表明，在摻雜的DspiroO-F-TRZ薄膜的表面和內部形成了納米級“簇”。換言之，摻雜薄膜表面和內部局部有序結構的存在是由于引入氟苯基片段所導致的分子內和分子間非共價相互作用。DspiroO-F-TRZ薄膜中的這種納米級“簇”可以在摻雜薄膜中形成更均勻的形狀，類似于流行的游戲俄羅斯方塊，這可以顯著減少缺陷態密度，優化載流子注入和傳輸特性，如圖所示。修飾后的分子器件效率相對于修飾前提高了接近1倍，其他相關性能也有大幅度提升，突出了本研究的科學性及重要性，為未來的分子設計提供了新的思路。
該工作以“Enhancing Carrier Behavior via Controlled Molecular Film Formation Engineering Leads to Significant Improvement in Electroluminescence”為題發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上(DOI: 10.1002/anie.202415856)，張家森博士和華南理工劉鄧輝博士為本文共同第一作者，葛子義研究員、李偉副研究員和華南理工蘇仕健教授為本文的通訊作者。
該研究得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(U21A20331、51773212、81903743、52003088)、寧波市重點科技項目(2022Z124、2022Z119)等的支持。
圖 (A) DspiroO-F-TRZ和DspiroO-TRZ的分子結構；(B)優化的分子構型；(C)類俄羅斯方塊堆積示意圖；(D) 載流子注入、傳輸和復合特性
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