激基复合物有机发光二极管中平衡载流子增强电荷转移态的反向系间窜越过程

电荷转移(charge transfer,CT^(1)和CT^(3))态的反向系间窜越(reverse inter-system crossing,RISC,CT^(1)←CT^(3))过程是提高激子利用率的有效途径,精准利用该过程对于制备高效率激基复合物型(exciplex-type)有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLEDs)具有重要科学价值和应用前景.基于m-MTDATA:Bphen的典型激基复合物由于其内部高的RISC速率而受到广泛关注.但到目前为止,在实验上仅从瞬态光致发光谱中推测存在该RISC过程,这不利于全面认识并运用该过程设计高性能的光电器件.本文通过精确调控发光层(x m-MTDATA:y Bphen,x,y为质量分数)中给体与受体的共混比例和流过器件的载流子密度,获得了载流子平衡与非平衡的激基复合物器件,采用特征磁电导(magneto-conductance,MC)响应曲线可视化了平衡激基复合物器件中CT态间的RISC过程,且相比于非平衡器件,该器件具有更高的电致发光效率.本工作不仅能加深对于激基复合物器件中给体/受体共混比例影响载流子平衡的理解,还为最优利用RISC过程制备高效率光电器件提供理论依据和实验基础.

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.