利用轉印技術實現界面能量轉移 實現925 nm與1022 nm放光的高效率有機發光二極體
臺大化學系教授周必泰實驗室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年則透過理論的導証以及氘取代,成功開發出1000nm達外在量子產率 (EQE) ~4%的空前NIR OLEDs。然而新尖端材料的開發是艱難的,所以在元件工程方面,研究團隊也一直在思考如何突破新技術,用現有的材料做進一步的提升效率。這篇發表於Nature Communication的論文,就是在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,達到有機分子OLED在NIR破紀錄的效率提升。
研究團隊提出,只要遵守3項原則,則可以實現界面能量轉移:
- 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。
- 為了讓供能體和受能體有效發揮作用,它們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。
- OLED 中,裝置必須最佳化,使界面區域附近的電子-電洞重組在有效能量轉移距離內,以便能量傳輸。
最後,研究團隊成功實現2個案例。第一個案例是透過740nm強放光的Pt(fprpz)2同時轉印上740nm有強吸收與925nm有放光的有機分子BTP-eC9,其EQE由0.18%提升至2.24%而輻射亮度則由原本的18.81Wsr−1m−2提升至39.97Wsr−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9.69Wsr−1m−2提升至18.67Wsr−1m−2。研究團隊相信,藉由此界面技術將為NIR-OLED帶來前所未有的突破發展。