Chieh-Ming Hung, Sheng-Fu Wang, Wei-Chih Chao, Jian-Liang Li, Bo-Han Chen, Chih-Hsuan Lu, Kai-Yen Tu, Shang-Da Yang, Wen-Yi Hung, Yun Chi
& Pi-Tai Chou
Nature Communications 15,4664 (2024)
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49127-x
周必泰教授實驗室及團隊近年來致力於研究近紅外(NIR)有機發光二極體 (OLEDs)，將理論付諸實驗，突破能隙定律(energy gap law)而屢屢打破NIR有機發光體世界紀錄，從2017年開發出740nm轉換效率(EQE)高達24%的材料，2018年則開發出800nm EQE達10%的分子，2020與2022年則透過氘取代，成功開發出1000nm達外在量子產率(EQE) 4%的空前OLEDs。然而新尖端材料的開發是艱難的，所以在元件工程方面，我們也一直在思維如何突破新技術來用現有的材料做進一步的提升效率。這篇發表於Nature Communications 的論文是我們於國際上首次利用轉印技術，藉由能量傳遞的方式突破能隙定律， 達到破紀錄的效率提升。
我們提出只要遵守3項原則，則可以實現界面能量轉移: (1) 能量給體的光致發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光量子產率 (PLQY)，後者則需要高吸收係數。(2) 為了讓供能體和受能體有效發揮作用，它們的能級之間必須有足夠的差異。如果重疊，就會導致電荷均勻分佈，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，使介面區域附近的電子-電洞重組在有效 能量轉移距離內，以便能量傳輸。
最後我們實現兩個成功的案例，(1)是透過740nm強放光的Pt(fprpz)2 (見下圖) 同時轉印上740nm有強吸收與925nm有放光的BTP-eC9，EQE由0.18%提升至2.24%而輻射亮度則由原本的18.81 W sr−1 m−2提升至39.97 W sr−1 m−2。(2)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−1 m−2提升至18.67 W sr−1 m−2。我們相信藉由界面技術將為NIR-OLED帶來前所未有的突破。
Keywords: LIGHT-EMITTING-DIODES; RECOMBINATION; ELECTROLUMINESCENCE; EFFICIENCY
