利用轉(zhuǎn)印技術(shù)實現(xiàn)界面能量轉(zhuǎn)移 實現(xiàn)925 nm與1022 nm放光的高效率有機(jī)發(fā)光二極體

臺大化學(xué)系教授周必泰實驗室團(tuán)隊近年來致力於研究近紅外(NIR)有機(jī)發(fā)光二極體 (OLEDs)，將理論付諸實驗，突破能隙定律(energy gap law)而屢屢打破NIR有機(jī)發(fā)光體世界紀(jì)錄，從2017年開發(fā)出740nm轉(zhuǎn)換效率(EQE)高達(dá)24%的材料；2018年則開發(fā)出800nm EQE達(dá)10%的分子；2020與2022年則透過理論的導(dǎo)証以及氘取代，成功開發(fā)出1000nm達(dá)外在量子產(chǎn)率(EQE) ~4%的空前NIR OLEDs。然而新尖端材料的開發(fā)是艱難的，所以在元件工程方面，研究團(tuán)隊也一直在思考如何突破新技術(shù)，用現(xiàn)有的材料做進(jìn)一步的提升效率。這篇發(fā)表於Nature Communication 的論文，就是在國際上首次利用轉(zhuǎn)印技術(shù)，藉由能量傳遞的方式突破能隙定律，達(dá)到有機(jī)分子OLED在NIR破紀(jì)錄的效率提升。

研究團(tuán)隊提出，只要遵守3項原則，則可以實現(xiàn)界面能量轉(zhuǎn)移：

1. 能量給體的光致發(fā)光必須與能量受體的吸收光譜重疊；前者需要強大的光致發(fā)光量子產(chǎn)率 (PLQY)，後者則需要高吸收係數(shù)。
2. 為了讓供能體和受能體有效發(fā)揮作用，它們能級之間必須有足夠的差異。如果重疊，就會導(dǎo)致電荷均勻分佈，而非局部集中在介面上，造成不良的影響。
3. OLED 中，裝置必須最佳化，使界面區(qū)域附近的電子-電洞重組在有效能量轉(zhuǎn)移距離內(nèi)，以便能量傳輸。

最後，研究團(tuán)隊成功實現(xiàn)2個案例。第一個案例是透過740nm強放光的Pt(fprpz)₂同時轉(zhuǎn)印上740nm有強吸收與925nm有放光的有機(jī)分子BTP-eC9，其EQE由0.18%提升至2.24%而輻射亮度則由原本的18.81?W?sr^-1m^-2提升至39.97?W?sr^-1m^-2。第二個案例則是則藉由800nm強放光的Pt(II) 錯合物 ，配合上800nm有強吸收並會在1022nm會有放光的BTPV-eC9，EQE由0.08%提升至0.66%而輻射亮度則由原本的9.69??W?sr^-1m^-2提升至18.67?W?sr^-1m^-2。研究團(tuán)隊相信，藉由此界面技術(shù)將為NIR-OLED帶來前所未有的突破發(fā)展。

研究成果全文：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49127-x