红荧烯发光器件中激子和激基复合物共同调控的系间窜越反常电流依赖性

为进一步探究高效率红荧烯发光器件中的微观机制,本研究选用4,4′,4′-tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine(m-MTDATA)作为空穴传输层兼发光层主体、bathocuproine(BCP)作为电子传输层,制备了不同掺杂浓度的红荧烯发光二极管,并在20~300 K温度范围测量了器件的电致发光(electroluminescence,EL)及其磁效应.作为对比,还制备了不掺杂的激基复合物型器件和激子型器件.实验发现,在所有温度下,器件1(掺杂浓度为1%)中,系间窜越(intersystem crossing,ISC)过程会随偏置电流的增大而增强,该性质与激基复合物和激子型器件中ISC过程的电流依赖性相反,被称为反常电流依赖性;器件2(掺杂浓度为3%)中,这种反常特性只存在于室温,在更低温度(<200 K)下消失;器件3(掺杂浓度为6%)中,任何温度下都不存在该反常现象.分析器件的能级结构和EL谱可知,ISC过程反常电流依赖性与多种激发态(包括激子和激基复合物)的共同调控作用紧密相关.深入分析器件中激发态间的能量转移和自旋翻转过程可知,大电流下,电场对三重激发态的解离作用抑制了激基复合物中反向系间窜越过程(reverse ISC,RISC)和红荧烯激子中的高能态RISC过程,从而增强了ISC过程.本研究有助于深入理解多种激发态共存体系中的微观演化过程.

红荧烯掺入多种激基复合物器件的微观过程

红荧烯(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene,Rubrene)是一种典型的发射橙黄光的荧光客体材料,因具有丰富的微观过程而被广泛运用于主客体掺杂器件中,但将其掺杂在具有延迟荧光特性的激基复合物主体中的研究还较少.本文把2%的Rubrene掺杂到具有不同三重态激子能量的四种激基复合物主体里,以指纹式的有机电致发光磁响应(magneto-electroluminescence,MEL)曲线作为探测工具,研究了此类掺杂体系的能量传输和光发射机制.实验发现,当主体激基复合物的三重态激子(EX_(3))能量低于Rubrene客体的第二级三重态激子(T_(2,Rub))能量时,器件的MEL曲线表现为主体极化子对间的系间窜越(intersystem crossing,ISC)过程;否则,器件MEL低磁场部分的线型来源于Rubrene激子的高能级反向系间窜越(high-level reverse intersystem crossing,HL-RISC;T_(2,Rub)→S_(1,Rub))过程;MEL高磁场部分的线型在大电流密度下由Rubrene三重态激子间的聚合反应(T_(1,Rub)+T_(1,Rub)→S_(1,Rub)+S0,Rub)引起,在小电流密度下由单重态激子的分裂(S_(1,Rub)+S0,Rub→T_(1,Rub)+T_(1,Rub))过程决定.此外,温度和电流密度会通过调控Rubrene三重态激子(T_(1,Rub)和T_(2,Rub))的寿命和数量来影响上述微观过程的强弱程度.这是由于主体与客体的单、三重态激子的能级差会调控主客体间的能量转移,进而通过调节客体Rubrene分子上三重态激子的数量和寿命来影响三重态激子的利用率,最终影响器件的发光强度.本文工作既可加深基于Rubrene发光器件微观机制的认识,也可为增强其发光效率提供理论参考.