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内容

台湾大学周必泰教授团队利用界面能量转移技术,实现925nm & 1022nm OLED发光效率达到 2.24%

Enlitech-顶尖团队评分!

摘要

近红外有机发光二极管 (NIR OLED) 具有广泛的应用前景,例如生物影像、光学通讯和光伏器件等。传统的 NIR OLED 面临着发光效率低、辐射亮度不足、稳定性差等问题,阻碍了其广泛应用。近期,国立台湾大学化学系周必泰教授团队在 NIR OLED 研究领域取得重大突破,他们利用界面能量转移技术,成功提升了 NIR OLED 的发光效率,并创造了新的世界纪录。 

论文的关键发现

这项研究发表在国际知名期刊《自然通讯》(Nature Communications)上,论文题为「通过界面能量转移实现 925 nm 1022 nm 处最大化的高性能近红外 OLED」(High-performance near-infrared OLEDs maximized at 925 nm and 1022 nm through interfacial energy transfer)。该研究团队利用转印技术,将一种近红外荧光染料 BTP-eC9 印制在一个薄层的铂(II)配合物上。铂(II)配合物在整合之前会发出强烈的深红色磷光,最大波长约为 740 nm,而 BTP-eC9 层则在 900 nm 以上发出荧光。 

 

在这种印制的双层结构中,大部分的铂(II)配合物的磷光被收集,并通过三重态到单重态的能量转移到 BTP-eC9 染料,从而产生 900 nm 以上的高强度超荧光。结果表明,该器件在 925 nm 处发光,外部量子效率 (EQE) 2.24% (1.94 ± 0.18%),最大辐射亮度为 39.97 W sr−1 m−2 

Fig1PTChou

Fig. 1 | General information on Pt(fprpz)2 and BTP-eC9. a Chemical structure of Pt(fprpz)2 and b BTP-eC9molecules, along with c their energy levels. d Absorption and emission spectra of Pt(fprpz)2 and BTP-eC9, with the overlapping region indicating the radiative energy transfer zone. 

Fig4PTChou

Fig. 4 | The impact of spin and stamp onmolecular packing. GIWAXS patterns of the studied active layer of a Pt(fprpz)2, b BTP-eC9, c spin-coated Pt(fprpz)2/BTP-eC9,and d stamped Pt(fprpz)2/BTP-eC9. 

NIR OLED的研究方向及瓶颈

目前,NIR OLED 的研究发展主要集中在以下几个方面: 

  1. 寻找高效率的近红外发光材料: 研究人员正在寻找具有高量子效率、高稳定性和长寿命的近红外发光材料,例如铂(II)配合物、荧光染料和热活化延迟荧光 (TADF) 材料等。 
  2. 优化器件结构: 尝试设计更有效的光学耦合结构,例如微腔结构和表面等离子体结构,提高光提取效率,降低器件的功耗。 
  3. 提升器件的稳定性: 研究人员正在开发新的材料和制备方法,以提高 NIR OLED 的稳定性和寿命,例如使用高阻隔材料和封装技术等。 

然而,NIR OLED 的研究发展也面临着一些挑战和瓶颈: 

  1. 发光效率的限制: 由于近红外发光材料的固有特性,例如能量间隙定律和振动耦合等,目前大多数 NIR OLED 的发光效率仍然较低。 
  2. 材料的稳定性不足: 许多近红外发光材料的稳定性较差,容易在光照或空气中分解,导致器件的寿命缩短。 
  3. 制备技术的难度: 制备高性能的 NIR OLED 需要精密的制备技术,例如真空蒸镀、溶液加工和印刷技术等,这些技术的开发和应用都存在一定难度。 
  4. 量测设备效能:NIR OLED量测设备须搭载SWIR/NIR波段的测量能力,对设备规格及精准度是一大挑战。 

光焱设备的帮助

研究团队利用光焱科技 (Enlitech) LQ-50X-EL 系统进行了多项测试和分析。 

  1. LQ-50X-EL 系统采用单光子探测技术,克服了传统分光亮度计在低亮度条件下需要较长时间曝光(1-3 秒)的缺点,从而加快测试速度,确保测试的准确性和效率。 
  2. LQ-50X-EL 还采用了近红外增强的光学设计和组件,可以覆盖 1100 nm 的波长范围,并可扩展至 1700 nm,具深厚实力可搭载SWIR/NIR波段的测量能力 
  3. LQ-50X-EL 的紧凑型设计使其可以直接与手套箱整合,同时也适用于各种样品。 

研究成果

研究团队通过一系列的形态学、光谱学和器件分析,证实了界面能量转移机制。他们发现,使用转印技术可以有效地避免 BTP-eC9 与溶剂和铂(II)配合物层之间的相互作用,从而保持双层结构的完整性和界面能量转移的效率。 

 

研究结果表明,界面能量转移技术为开发高性能的 NIR OLED 提供了新的思路。该技术能够有效地提高 NIR OLED 的发光效率和辐射亮度,同时也为其他近红外发光材料的应用提供了可能性。周必泰教授团队的这项研究成果为近红外 OLED 的发展打开了新的大门,为其在生物影像、光学通讯和光伏器件等领域的应用铺平了道路。 

TablePTChou
Fig6PTChou

Fig. 6 | Performance of OLEDs. The performance of champion device of Pt(fprpz)2(10 nm)/BTP-eC9, Pt(fprpz)2 (5 nm)/BTP-eC9 and sandwich structure. a The plot of radiance and current density versus voltages. b EQE versus current density curves, c EL spectra of Pt(fprpz)2 (10 nm)/BTP-eC9, Pt(fprpz)2 (5 nm)/BTP-eC9 in sandwiched structure. d Energy level diagramof the studied OLED device. e Plot of EQE values based on studied devices. f Stability test of the sandwiched devices at 25 °C in ambient air (RH: 50 ± 5 %). 

研究亮点

  1. 使用界面能量转移技术,成功提升了 NIR OLED 的发光效率,创下了新的世界纪录。 
  2. 采用了光焱科技 (enlitech) LQ-50X-EL 系统进行测试和分析,有效地提升了测试效率和准确性。 
  3. 研究结果证实了界面能量转移机制,为开发高性能 NIR OLED 提供了新的思路。 
  4. 这项研究成果为近红外 OLED 的应用提供了新的可能性,为其在各个领域的应用奠定了基础。 

原文出处

nature communications, Published: 31 May 2024 

https://doi.org/10.1038/s41467-024-49127-x 

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