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劉云圻課題組在范德華多層異質(zhì)結(jié)制備低壓有機RGB面發(fā)光晶體管陣列方面取得重要進展
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劉云圻課題組在范德華多層異質(zhì)結(jié)制備低壓有機RGB面發(fā)光晶體管陣列方面取得重要進展 2023-03-18 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關閉】 有機發(fā)光晶體管（OLETs）是一種結(jié)合了有機場效應晶體管（OFETs）的開關功能和有機發(fā)光二極管（OLEDs）的發(fā)光功能的新型有機光電器件。因其具有簡單的制造流程、高的電流密度和集成度，在下一代顯示技術、多功能器件和有機電泵浦激光器等領域具有潛在的應用價值。與目前主流的有源矩陣有機發(fā)光二極管（AMOLED）屏幕相比，基于OLETs的顯示器有望降低制造成本、提高集成度和改善面板性能，進一步簡化AMOLED的器件結(jié)構，因此受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。然而如何將低功耗、高外量子效率（EQE）和均勻的面發(fā)光在單一器件中同時實現(xiàn)是一個長期問題，這嚴重限制了OLETs在顯示技術領域的發(fā)展和應用。 在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，化學所有機固體院重點實驗室郭云龍研究員、董煥麗研究員和劉云圻院士團隊，提出了一種高效的范德華多層異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構（MLH-OLETs，圖1）。在該器件結(jié)構中，將載流子的注入與傳輸、激子形成與復合分配在不同的有機功能層中進行物理隔離，以防止電荷-電荷、載流子-激子之間的淬滅作用，而且在一定程度上減少電極對激子造成淬滅作用；另外，該結(jié)構也很大程度的促進電子-空穴注入和傳輸平衡以及減少載流子和激子的泄漏等問題。更重要的是，這種獨特的多層異質(zhì)結(jié)在外加偏壓下，有利于電子和空穴在不同的有機功能層中擴散，可以拓寬激子復合區(qū)域并增加OLETs的發(fā)光面積。通過采用平衡各個有機功能層的范德華相互作用力和能級匹配的策略，該范德華多層異質(zhì)結(jié)結(jié)構可以明顯增強層與層之間范德華作用力和界面接觸，有利于偶極子屏蔽、載流子傳輸、激子產(chǎn)生、激子復合和電流密度分布。使用該策略制備的范德華多層異質(zhì)結(jié)OLET陣列顯示出均勻且明亮的RGB面發(fā)光和低工作電壓（30 V）。在面發(fā)光下展現(xiàn)出高亮度（1060 cd m-2）、高EQE（0.85%）和高環(huán)路穩(wěn)定性（超過380次循環(huán)）；同時，統(tǒng)計了40個有機面發(fā)光晶體管的EQE值和亮度，發(fā)現(xiàn)這些器件的這兩個參數(shù)只在一個非常小的范圍內(nèi)波動。該實驗結(jié)果表明，所提出的范德華多層異質(zhì)結(jié)明顯優(yōu)于目前所報道的橫向器件結(jié)構。另外，為了驗證該策略的普適性，使用紅、藍兩種發(fā)光材料作為發(fā)光層的客體制備MLH-OLETs，紅光和藍光MLH-OLETs 均顯示出均勻且明亮的區(qū)域發(fā)光。除此以外他們還成功地制備了一個MLH-OLET陣列，并且連續(xù)測量多次，亮度和發(fā)光面積均無明顯變化，表現(xiàn)出穩(wěn)定和明亮的區(qū)域發(fā)光。因此開發(fā)的范德華多層異質(zhì)結(jié)制備的低電壓、高性能和低成本的OLET陣列將進一步滿足未來顯示技術的要求。 相關的研究成果以“Van der Waals Multilayer Heterojunction for Low-Voltage Organic RGB Area-Emitting Transistor Array” 為題發(fā)表在《Advanced Materials》期刊上（DOI：10.1002/adma.202209097），并被選為該期的插頁（圖2）。該論文第一作者為碩士生潘志超和博士生劉凱，通訊作者為郭云龍研究員、董煥麗研究員和劉云圻院士。 圖1. a, b) MLH-OLETs的器件結(jié)構示意圖和能級圖；c）MLH-OLETs的各種有機功能層的；d）MLH-OLETs和常規(guī)OLETs（VG = VD = -30 V）的EQE-亮度曲線和發(fā)光照片；e）MLH-OLET陣列的發(fā)光照片（VG = VD = -30 V）；f）40個有機面發(fā)光晶體管中總結(jié)出的EQE和亮度；g）紅光和藍光MLH-OLETs（VG = VD = -30 V）的發(fā)光照片；h）MLH-OLETs在正弦函數(shù)下的穩(wěn)定性測試。 圖2. 該成果在《Advanced Materials》期刊被選為該期插頁。 有機固體院重點實驗室 2023年3月18日 |
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