刘云圻院士团队AM：在范德华多层异质结制备低压有机RGB面发光晶体管阵列方面取得重要进展

有机发光晶体管（OLETs）是一种结合了有机场效应晶体管（OFETs）的开关功能和有机发光二极管（OLEDs）的发光功能的新型有机光电器件。因其具有简单的制造流程、高的电流密度和集成度，在下一代显示技术、多功能器件和有机电泵浦激光器等领域具有潜在的应用价值。与目前主流的有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）屏幕相比，基于OLETs的显示器有望降低制造成本、提高集成度和改善面板性能，进一步简化AMOLED的器件结构，因此受到学术界和工业界的广泛关注。然而如何将低功耗、高外量子效率（EQE）和均匀的面发光在单一器件中同时实现是一个长期问题，这严重限制了OLETs在显示技术领域的发展和应用。

在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学所有机固体院重点实验室郭云龙研究员、董焕丽研究员和刘云圻院士团队，提出了一种高效的范德华多层异质结器件结构（MLH-OLETs，图1）。在该器件结构中，将载流子的注入与传输、激子形成与复合分配在不同的有机功能层中进行物理隔离，以防止电荷-电荷、载流子-激子之间的淬灭作用，而且在一定程度上减少电极对激子造成淬灭作用；另外，该结构也很大程度的促进电子-空穴注入和传输平衡以及减少载流子和激子的泄漏等问题。更重要的是，这种独特的多层异质结在外加偏压下，有利于电子和空穴在不同的有机功能层中扩散，可以拓宽激子复合区域并增加OLETs的发光面积。通过采用平衡各个有机功能层的范德华相互作用力和能级匹配的策略，该范德华多层异质结结构可以明显增强层与层之间范德华作用力和界面接触，有利于偶极子屏蔽、载流子传输、激子产生、激子复合和电流密度分布。使用该策略制备的范德华多层异质结OLET阵列显示出均匀且明亮的RGB面发光和低工作电压（30 V）。在面发光下展现出高亮度（1060 cd m^-2）、高EQE（0.85%）和高环路稳定性（超过380次循环）;同时，统计了40个有机面发光晶体管的EQE值和亮度，发现这些器件的这两个参数只在一个非常小的范围内波动。该实验结果表明，所提出的范德华多层异质结明显优于目前所报道的横向器件结构。另外，为了验证该策略的普适性，使用红、蓝两种发光材料作为发光层的客体制备MLH-OLETs，红光和蓝光MLH-OLETs 均显示出均匀且明亮的区域发光。除此以外他们还成功地制备了一个MLH-OLET阵列，并且连续测量多次，亮度和发光面积均无明显变化，表现出稳定和明亮的区域发光。因此开发的范德华多层异质结制备的低电压、高性能和低成本的OLET阵列将进一步满足未来显示技术的要求。

相关的研究成果以“Van der Waals Multilayer Heterojunction for Low-Voltage Organic RGB Area-Emitting Transistor Array” 为题发表在《Advanced Materials》期刊上（DOI：10.1002/adma.202209097），并被选为该期的插页（图2）。该论文第一作者为硕士生潘志超和博士生刘凯，通讯作者为郭云龙研究员、董焕丽研究员和刘云圻院士。

 图1. a, b) MLH-OLETs的器件结构示意图和能级图；c）MLH-OLETs的各种有机功能层的；d）MLH-OLETs和常规OLETs（V_G = V_D = -30 V）的EQE-亮度曲线和发光照片；e）MLH-OLET阵列的发光照片（V_G = V_D = -30 V）；f）40个有机面发光晶体管中总结出的EQE和亮度；g）红光和蓝光MLH-OLETs（V_G = V_D = -30 V）的发光照片；h）MLH-OLETs在正弦函数下的稳定性测试。

图2. 该成果在《Advanced Materials》期刊被选为该期插页。

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来源：化学所

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