上海交大张清教授课题组在量子点发光二极管研究中取得新进展
显示技术革命来源于人们对色彩的不断追求。近一个世纪来，人类社会对色彩标准的要求越来越严格。量子点的光学特性由其尺寸和形状决定，通过改变量子点大小可以精确控制其发出光的颜色，量子点屏显示技术（QLED）能够发射出纯净光线，色彩表现力好，同时能够降低显示器的能耗。在显示领域， QLED已经成为有机发光显示（OLED）的重要竞争对手，有可能成为下一代显示技术。喷墨打印技术是用纳米级的喷头把量子点打印到基底材料表面。因为量子点材料具有尺寸细小、可溶性好等特点，适合采用印刷工艺。喷墨打印制造QLED具有工艺简单、成本低、适合制备大尺寸、柔性显示器件的优势。为了实现高性能的QLED器件，电荷的注入、传输、阻挡和发光等功能通常被分布在不同的薄膜层中。采用喷墨印刷工艺制备QLED需要克服的关键问题之一是层间的互溶，互溶会破坏功能层的形貌和完整性，从而影响器件的整体性能。所以在多层光电器件溶液加工中，先制备好的功能层在后续加工中必须具有耐溶剂性。
针对喷墨打印制备QLED器件中量子点发光层和空穴传输层间的互溶问题，上海交通大学张清教授团队设计合成了以二苯酮（BP）为可交联侧链，TFB为主链的光交联空穴传输材料，通过光交联（365 nm 紫外光）实现了TFB空穴传输层的耐溶剂性（图1）。这种方法具有以下优点：（1）只需少量的交联基团就可以实现材料的光交联，交联同时改善了TFB的空穴传输性质（图2）；（2）交联后的TFB材料具有很好的耐溶剂性，能够保持稳定的薄膜形貌。中科院苏州纳米所印刷电子中心的苏文明教授团队将这种光交联的薄膜作为空穴传输层用在溶液法制备的QLED中，他们发现基于交联TFB空穴传输层的红、绿、蓝三基色QLED的整体性能明显高于基于未交联TFB薄膜的QLED器件。其中基于旋涂发光层的红光QLED最大外量子效率（EQE）达到21.4%（图3），喷墨打印制备的红光QLED器件EQE达到18.1%，采用喷墨打印工艺制备的QLED器件的性能与旋涂的QLED器件性能接近（图4）。这项工作表明交联空穴传输层对QLED的性能和器件寿命有显著的提高，同时工作也展示了二苯酮这类高效光交联方法在溶液法制备多层有机半导体器件中的应用前景。
图1. TFB-BP的合成和光交联过程示意图。
图2. （a）交联后的TFB薄膜在各种良溶剂中浸泡后的紫外吸收光谱图，（b）基于交联和未交联TFB层的单空穴器件的电流密度-电压（J-V）曲线。
图3.基于交联TFB的红、绿、蓝三色QLEDs器件性能：（a）J-L-V曲线,（b）CE-L-PE曲线，（c）EQE-L曲线，（d）电致发光光谱。
图4. 不同溶液法制备的红光QLEDs器件性能（SC：旋涂，IJP：喷墨打印）：（a）J-L-V曲线,（b）CE-L-PE曲线，（c）EQE-L曲线，（d）电致发光光谱，其中插图为喷墨打印红光QLED图片。
以上工作以Photocross-Linkable Hole Transport Materials for Inkjet-Printed High-Efficient Quantum Dot Light-Emitting Diodes为标题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI：10.1021/acsami.0c17336）上。论文的第一作者为上海交通大学化学化工学院博士生孙文建，共同第一作者为中科院苏州纳米所印刷电子中心研究实习员谢黎明，共同通讯作者为张清教授和苏文明研究员。
其它相关的工作是：二苯酮交联剂在光电材料中的首次应用以Crosslinked Conjugated Polymers as Hole Transport Layers in High-Performance Quantum Dot Light-Emitting Diodes为标题发表在Nanoscale Horizons 2017,2,156-162。二苯酮作为添加剂以Bifunctional Bis-benzophenone as A Solid Additive for Non-Fullerene Solar Cells为标题发表在Advanced Functional Materials 2020, 2008699。这些研究得到国家自然科学基金项目（21674060）和国家重点研发计划（2019YFA0706100）等项目的资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c17336
https://doi.org/10.1039/C6NH00217J
https://doi.org/10.1002/adfm.202008699
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