通过溶液沉积法制备高效有机发光二极管

摘要

本文介绍了一种制备高效、结构简单、溶液沉积且低效率滚降的有机发光二极管的实验方案。

摘要

基于热激活延迟荧光（TADF）机制的高效有机发光材料因其可实现100%的内量子效率而备受关注。本文介绍了一种溶液沉积方法，用于在简单器件结构中制备基于TADF发光材料的高效有机发光二极管（OLED）。该方法快速、低成本且高效，适用于所有基于主客体概念的OLED发光层。文中详细描述了基本操作步骤，并提供了可重复实验所需的关键信息，旨在建立一种通用的制备方案，可便捷地推广应用于当前正在研究和开发的主要有机发光材料。

引言

有机电子器件在日常生活中的应用日益增加，已成为无可比拟的现实。在多种有机电子应用中，有机发光二极管（OLED）可能是最具吸引力的一种。其图像质量、分辨率和色彩纯度使OLED成为显示器件的首选。此外，OLED能够实现大面积发光，且具有超薄、柔性、轻量以及颜色易于调节的特点，在照明领域具有广泛应用前景。然而，大面积发光器件在制备过程中存在一些技术难题，导致其进一步应用受到延迟。

随着首个在低施加电压下工作的有机发光二极管（OLED）的出现¹，人们已设计出新型的固态照明范式，但其外量子效率（EQE）较低。OLED的外量子效率（EQE）定义为发射光子（光）与注入电荷载流子（电流）的比值。理论上，预期最大EQE的简单估算为η_out  × η_int ²_。 内部量子效率（η_int）可近似表示为η_int  = γ ×

方案

警告：以下步骤涉及多种溶剂和有机材料的使用，操作时须格外小心。应使用通风橱以及防护装备，如实验眼镜、面罩、手套和实验服。材料称量须使用高精度电子天平进行精确称量。为确保基底的清洁度、薄膜溶液沉积以及蒸发过程的洁净，建议所有操作均在受控环境或手套箱中进行。在使用旋涂仪、微量移液器、热蒸发仪、有机材料及溶剂之前，必须查阅所有相关的安全数据表。

1. 主客体溶液的制备

1. 取两个小型小瓶（体积为 4–6 mL，用异丙醇清洗并用氮气干燥），称取由 12 mg PVK 和 8 mg OXD-7 组成的主体基质。先称量 OXD-7，再通过调整 PVK 的质量补偿称量偏差，以确保最终质量比为 6:4（PVK:OXD-7）。在第二个小瓶中称取 10 mg 的 2PXZ-OXD TADF 发光材料。
2. 向装有主体基质的小瓶中加入 2 mL 氯苯，向装有 TADF 材料的小瓶中加入 1 mL 氯苯。若任一小瓶中的质量不完全等于上述数值，则调整两个小瓶中氯苯的体积，使最终溶液浓度均为 10 mg/mL。
3. 将溶液用洁净的小型磁力搅拌子持续搅拌至少 3 小时，以确保材料完全溶解。确保小瓶已用瓶盖安全盖好，并用耐有机化学试剂的封口膜严密密封，防止溶剂挥发。

2. 基底清洗

注意：操作基底时应使用一对镊子，仅夹持基底的角落（切勿....

结果

图5展示了所制备器件的主要结果。开启电压极低（约3 V），对于双有机层器件而言，这是一个有趣的结果。在未使用积分球的情况下，最大亮度约为8,000 cd/m²。η_c、η_p和EQE的最大值分别约为16 cd/A、10 lm/W和8%。尽管这些结果并非该TADF发光材料的最佳性能指标，但它们是通过溶液法在此类简单器件结构中使用该发光材料所获得的最佳结果。

对于相同的发光材料，采用五层热蒸镀法制备的OLED器件报道的最大外量子效率（EQE）为14.9%⁴²。重要的是，观察到EQE表现出相对较低的滚降特性（在亮度L = 100 cd/m²时约为7.5%，在L = 1000 cd/m²时约为6%），此类滚降值是该特定TADF发光材料所实现的最佳水平⁴²。这表明，通过溶液沉积法调控发光层（EML）电学特性的策略是有效且可行的。当施加.......

讨论

本实验采用的在简单器件结构中制备高效有机发光二极管（OLED）的方案相对简便。器件的电荷迁移率不仅受各功能层材料组成的影响，还关键性地依赖于薄膜的形貌。溶液的配制以及溶剂和浓度的合适选择至关重要。溶液中不得出现材料聚集现象，这意味着材料需在纳米尺度上完全溶解。同时，观察溶液的黏度也十分重要。黏度过高会导致溶液在基底上的接触角增大，而黏度过低也可能带来问题。在这两种情况下，旋涂过程均可能形成不均匀的薄膜。此外，应避免在滴加溶液前启动旋涂仪的旋转。最后，可选用自动滴液系统进行旋涂，这有利于实现高质量的薄膜沉积。若不使用自动系统，则必须确保移液枪在滴加溶液时尽可能保持与基底垂直。此外，在溶液完全滴加完毕后，应立即移开移液枪，以防止旋涂仪启动时产生额外的微小液滴。

如引言中所述，并非所有材料都能通过溶液法轻松沉积。幸运的是，大多数器件均可采用本文所述的方案制备。器件性能参数的进一步提升在很大程度上依赖于良好的薄膜形成（即使在分子堆叠尺度上亦是如此），器件的整体电学性能取决于此。除了方法本身的简便性之外，由于人为误差，采用旋涂法制备器件的绝对可重复性仅有约50%。此外，该方法不适用于大面积基.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2PXZ-OXD（2,5-双(4-(10H-吩噁嗪-10-基)苯基)-1,3,4-噁二唑）	Lumtec ltd	1447998-13-1
铝（99.999%）	Alfa Aesar	7429-90-5
丙酮（99.9%）	Sigma Aldrich	67-64-1
Hellmanex	Ossila	7778-53-2
异丙醇	Sigma Aldrich	67-63-0
ITO 图案化基底	Ossila	65997-17-3
氟化锂（99.99%）	Sigma Aldrich	7789-24-4
OXD-7（1,3-双[2-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-5-基]苯）	Ossila	138372-67-5
PEDOT:PSS（聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐）	Ossila	155090-83-8
PVK（聚乙烯咔唑）（平均 Mn 25,000-50,000）	Sigma Aldrich	25067-59-8
TmPyPb（1,3,5-三(间-吡啶-3-基苯基)苯）	Ossila	138372-67-5