详情

       双重氮化合物作为TFB交联剂降低势垒促进QLED器件电荷平衡

论文信息：Yi, Yuan-Qiu-Qiang, et al. ACS Applied Materials & Interfaces 14.34 (2022): 39149-39158.

       中科院苏州纳米所苏文明团队设计合成的双重氮化合物(X1)作为卡宾交联前驱体，是一种新型的可通过简单的两步合成且产量良好的小分子交联剂(图1b)。X1与TFB发生交联反应的机理如图1a所示，在紫外(UV)照射和热加热的协同作用下， X1与TFB可实现快速交联(<30 s)，使得TFB产生耐溶剂性。

图1双重氮化合物的合成路径和其与TFB交联方式及表征

实验背景：

       传统溶液法制备的QLED器件结构为：有机聚合物（空穴传输层）/量子点（发光层）/无机纳米颗粒（电子传输层）。有机聚合物作为QLED器件中关键材料，其材料的纯度、迁移率和能级等特性极大影响着器件性能，其中TFB因具有较高的空穴迁移率和合适的能级，同时具备良好的溶液可加工性。成为最常用的空穴传输层材料。但TFB层通常会受到上层加工步骤的层间侵蚀，对界面稳定性造成严重破坏，导致器件性能较差。因此如何使得TFB或者其他空穴传输材料具有良好的抗溶剂性时又不会降低器件性能，是制约QLED产业化的一大难题。为了解决上述问题，本文在TFB中加入一种可与TFB发生交联反应的双重氮化合物，并取得良好结果。

主要内容及结果：

       为了消除紫外光对薄膜的负面影响，文中实验采用16 mW/cm2的低功率紫外光，并结合120℃加热的方式诱导X1与TFB发生交联反应。通过测量氯苯冲洗前后紫外-可见光谱的吸收强度来评估交联HTL的耐溶剂性(图2a)。TFB:X1在暴露于紫外线和高温后立即发生交联反应，并在30 s内基本完成交联(图2b)，这表明卡宾的加入对构建耐溶剂的空穴传输层非常有效。进一步降低加热温度将牺牲交联HTL的耐溶剂性(图2b)，这证明了加热温度对于实现100%耐溶剂性至关重要。如图2c-d所示，溶剂冲洗后薄膜厚度平均降低23.9%，这表明X1的加入使得TFB薄膜变得更加致密。

图 2交联TFB与X1的耐溶剂性及交联相关数据。

       为了进一步探究交联对分子堆积行为的影响，对原始TFB和交联TFB:X1薄膜进行了GIWAXS表征，结果如图3a所示。两种薄膜均表现出从面内到面外方向的各向异性排列，表现出稳定的非晶形态。与TFB薄膜相比，交联TFB:X1薄膜的具有更为显著的无定形形貌。采用原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌(图3b)，TFB和交联TFB:X1的表面粗糙度(RMS)值相对较小，分别为0.81和0.71 nm，交联TFB:X1的RMS值更低，说明碳碳交联是构建表面光滑的耐溶剂性薄膜的可行方法。如图3c所示，QD辛烷溶液在这两种薄膜的接触角分别为8.2和11.1°，说明两种薄膜上都能很好地扩散，交联对TFB的润湿性没有很大的改变。

图 3交联TFB与X1混合薄膜的物理特性

       制备基于TFB和交联TFB:X1的红色QLED器件，具体器件结构如图4a，各功能层能级如图4b所示。用紫外光电子能谱(UPS)测量了TFB和交联TFB:X1的HOMO能级，如图4c所示，结果表明，交联TFB:X1薄膜的HOMO水平从- 5.3 eV降至- 5.5 eV，表明HTL和量子点之间的空穴输运势垒有效降低。采用TFB:X1的红色QLED相对于使用TFB的器件具有基本不变的电致发光峰，位于628 nm处 (图4d)。两种器件的CIE坐标均位于(0.68,0.32)，如图4e所示。

图 4 基于交联TFB:X1的红色QLED器件结构及发光峰

       基于交联TFB:X1的红色QLED器件的最高EQE, PE和CE值分别为14.66%，22.22 lm/W和29.17 cd/A，优于基于TFB的器件(EQE = 12.30%， PE = 19.34 lm/W和15.97 cd/A)(图5a-c)。如图5a所示，交联TFB:X1器件表现出比TFB器件更高的电流效率，这表明基于TFB:X1的器件实现了更好的电荷平衡。在图5c中，基于交联TFB:X1的红色QLED器件也表现出比TFB原始器件更低的效率滚降，这意味着在工作条件下交联HTL倾向于更稳定的界面接触。在不牺牲器件性能的情况下，这些都进一步证明了交联TFB:X1作为一种很有前途的空穴传输层，且在QLED中是非常有效。为了研究器件性能的均一性，制备基于交联TFB:X1制作了47个QLED器件，其统计图如图5c所示。另外如图5f所示，基于交联TFB:X1的QLED器件表现出更长的T50寿命，超过450 h，而基于TFB的QLED仅获得350 h。因此，这种聚合物HTL中加入小分子交联剂的策略有利于构建稳定的界面，从而提高器件稳定性。

图 5 各项器件性能曲线和亮度衰减曲线

（来源：本站，转载请注明出处）