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Com a crescente modernização, a taxa de consumo de energia transbordou, o que obrigou ao surgimento de várias fontes energeticamente eficientes. Embora muitas vezes não seja realizada, a iluminação é um dos principais campos que consomem energia. De acordo com um relatório publicado pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) em 20171. A iluminação consome 15-19% da eletricidade global 1,2 e emite cerca de 5% dos gases de efeito estufa no mundo 1,3. Se essa questão não for atendida, o consumo de eletricidade para iluminação aumentará muitas vezes até 2030 1,4, impactando significativamente as mudanças climáticas devido ao aquecimento global. Assim, o desenvolvimento de tecnologias de iluminação energeticamente eficientes5 é imensamente promissor para um ambiente sustentável.
Os dispositivos de diodo emissor de luz orgânico (OLED) fizeram uma revolução no campo da exibição e iluminação, oferecendo melhor qualidade de exibição junto com alta eficiência energética 6,7. Além disso, também oferece a magreza, flexibilidade, alto contraste e amplos ângulos de visão necessários. Devido a todos esses benefícios, a utilidade dos materiais OLED está aumentando gradualmente em várias aplicações, incluindo smartphones, televisores, dispositivos vestíveis e sistemas de iluminação automotiva8. Os OLEDs usam compostos orgânicos como camadas emissivas e emitem luz sobre a recombinação radiativa de buracos e elétrons 9,10,11. O desenvolvimento de dispositivos OLED avançou por meio de três gerações de materiais emissores12. O primeiro são os materiais fluorescentes, que podem colher apenas os éxcitons singlete, teoricamente levando à eficiência quântica interna (IQE) de 25%. Os OLEDs de segunda geração empregam emissores fosforescentes para acessar todos os éxcitons singleto e tripleto, devido ao eficiente acoplamento spin-órbita, todos os elétrons tripletos também podem ser coletados, levando a 100% IQE13,14. No entanto, esses complexos contêm metais pesados como irídio (Ir) ou platina (Pt), que levantam preocupações ambientais e questões de custo. Em seguida, vem a terceira geração de OLEDs, compreendendo emissores de fluorescência retardada termicamente ativada (TADF) 15,16,17,18,19.
As moléculas de TADF exibem uma pequena lacuna de energia entre os estados excitados tripleto e singleto, permitindo o cruzamento intersistêmico reverso (RISC) ativado por energia térmica e alcançando um IQE teórico de 100%20. O projeto de uma molécula TADF contém a estratégia de anexar um doador e um grupo aceitador com ou sem a ajuda de uma unidade central. Um núcleo adequado suporta o acoplamento eletrônico eficiente entre os grupos doadores e aceitadores. Grupos ricos em elétrons (por exemplo, carbazol, fenoxazina, fenotiazina, trifenilamina) são geralmente usados como doadores, enquanto grupos deficientes em elétrons (por exemplo, grupos triazina, oxadiazol, benzofenona ou ciano) funcionam como aceptores 21,22,23,24,25,26,27. Os emissores TADF possuem uma pequena lacuna de energia singlete-tripla (ΔEST), o que ajuda a facilitar o cruzamento reverso entre sistemas (RISC)28. Aqui, neste trabalho, preparamos uma molécula TADF do tipo DA, que será posteriormente utilizada para fazer um dispositivo OLED emissivo verde28.
Os OLEDs multicamadas têm tecnologia OLED significativamente avançada, melhorando as métricas de desempenho em comparação com os dispositivos de camada única. Um dispositivo OLED multicamadas contém várias camadas orgânicas, cada uma das quais serve a alguma função específica 29,30. O desempenho do dispositivo pode ser adaptado alterando o material, a espessura e a concentração de cada camada. Os materiais dessas camadas são escolhidos de acordo com seu nível de energia do orbital molecular ocupado mais alto (HOMO) e do orbital molecular desocupado mais baixo (LUMO). Essas camadas orgânicas permanecem imprensadas entre os dois eletrodos (cátodo e ânodo). Uma vez conectados ao circuito, os elétrons fluem do HOMO das moléculas emissivas em direção à fonte de voltagem através do ânodo, criando um buraco. Considerando que a fonte de tensão fornece elétrons para o LUMO da molécula através do cátodo. Essas cargas opostas viajam pelo dispositivo e se recombinam na camada emissiva, e a recombinação radiativa dos éxcitons emite fótons. Dependendo dos materiais da camada emissiva e de sua lacuna de energia HOMO-LUMO, a cor de emissão pode variar29. Deseja-se que a recombinação aconteça na camada emissiva (EML); Para isso, é necessária uma estrutura otimizada do dispositivo. Se as camadas e sua espessura não forem otimizadas adequadamente, a recombinação pode ser deslocada, resultando em baixo desempenho do dispositivo.
A fabricação de dispositivos multicamadas pode ser de dois tipos, seja por deposição térmica a vácuo ou processamento de solução. Aqui, neste artigo, é apresentado um método detalhado para a fabricação de dispositivos de um emissor de TADF usando o método processado em solução (no qual o revestimento por rotação é feito para as três primeiras camadas, seguido pela deposição a vácuo das próximas três camadas). O processo de fabricação de dispositivos processados pela solução atraiu mais atenção por ser econômico, altamente escalável e ambientalmente sustentável. Além disso, o desperdício de material é comparativamente menor do que a evaporação térmica a vácuo. O material processado em solução pode ser depositado à temperatura ambiente, o que o torna uma escolha adequada, permitindo a fabricação em substratos flexíveis e sensíveis ao calor. De fato, para aquelas moléculas com baixa estabilidade térmica, o dispositivo pode ser feito apenas por este método. No entanto, há algumas coisas a considerar antes da fabricação. A solubilidade do emissor, a estabilidade e a uniformidade do filme precisam ser verificadas.
Aqui, preparamos uma molécula TADF do tipo DA, que será posteriormente utilizada para fazer um dispositivo OLED emissivo verde28. Em primeiro lugar, a estratégia de síntese para o emissor TADF 2BPy-oTC é discutida em poucas palavras; A discussão detalhada já é relatada no artigo anterior do nosso grupo28. Além disso, o material sintetizado foi purificado por cromatografia em coluna e, para obter material de alta pureza, foi sublimado usando uma configuração de sublimação de alto vácuo com gradiente de temperatura. A etapa de purificação é extremamente necessária, pois qualquer traço de impureza afetará o desempenho do dispositivo. Em seguida, para a fabricação do dispositivo, substratos de vidro com padrão de óxido de índio e estanho (ITO) foram retirados e limpos. A limpeza dos substratos é muito importante31. Os substratos revestidos com ITO foram cuidadosamente limpos por sonicação com solução de sabão, água ultrapura e solventes orgânicos, seguida de limpeza com ozônio. Em seguida, a camada de injeção de furo (HIL) foi revestida por rotação no topo do substrato ITO (ânodo), e a camada polimérica de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (comumente conhecido como PEDOT: PSS) foi tomada como HIL. A camada de transporte de furos (HTL) foi revestida por rotação em cima do HIL. Essa camada ajuda na migração dos furos em direção à camada emissiva. Poli(9-vinilcarbazol) (PVK), com nível de energia HOMO semelhante ao PEDOT: PSS, foi utilizado como HTL. Além disso, a camada Emissiva (EML) foi revestida por rotação em cima do HTL. Para evitar a extinção da concentração na maioria dos dispositivos baseados em TADF, a molécula emissora é dispersa em uma matriz hospedeira. Neste estudo, 10% em peso de 2BPy-oTC foi coletado no hospedeiro N,N′-Dicarbazolil-4,4′-bifenil (CBP), que é um hospedeiro bem conhecido para o emissor verde 32,33,34. Em seguida, esses substratos fabricados foram carregados no evaporador térmico. A Camada de Transporte de Elétrons (ETL) e a Camada de Injeção de Elétrons (EIL) foram depositadas por evaporação térmica. Essa evaporação térmica exige um controle preciso da taxa de deposição em um ambiente de alto vácuo. 2,2 ′, 2 "- (1,3,5-benzinetriil) -tris (1-fenil-1 H-benzimidazol) (TPBi) foi depositado como ETL, que ajuda a transferir os elétrons do EIL para o EML, e 8-hidroxiquinolinolato-lítio (Liq) foi usado como EIL, que injeta os elétrons na arquitetura do dispositivo por meio de um efeito de tunelamento. Finalmente, 100 nm de alumínio foram depositados com uma máscara catódica. Portanto, a estrutura geral do dispositivo é a seguinte - ITO/ PEDOT:PSS (30 nm)/ PVK (30 nm)/ 10% em peso de 2BPy-oTCz em CBP (30 nm)/ TPBi (50 nm)/ Liq (2 nm)/ Al (100 nm).