基于聚集诱导发光聚合物的低效率滚降电致发光器件

有机电致发光器件经历近30年的发展，目前已进入商业化的阶段，其中可通过溶液加工制备的聚合物电致发光器件（PLED）由于其制备过程简单且成本低而备受关注。然而，用于发光层的传统发光聚合物在聚集状态下荧光通常会减弱，即发生了聚集导致荧光猝灭（ACQ）现象。因为这类材料在实际应用通常会被制成薄膜，因而制约了其在PLED中的应用，且所制备的器件普遍存在效率滚降较高的问题。而聚集诱导发光（AIE）聚合物可解决固态薄膜发光猝灭的问题，且具有易加工、易功能化、结构多样以及热稳定性好等优越的性能，但目前基于AIE聚合物制备的PLEDs的研究较少，器件性能仍有待提高。而结合AIE与PLEDs各自的优势是解决器件效率滚降较高问题的有效策略之一。

近日，华南理工大学唐本忠院士团队秦安军教授等设计并合成了两个AIE聚合物pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu，与马东阁教授团队合作通过溶液加工制备了基于这两个AIE聚合物的高效率、低滚降PLEDs（图1）。

图1：AIE聚合物pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu及其器件效果

该工作通过引入TPE-DPA这一AIE基元，与带长烷基链的咔唑和芴分别进行共聚制备了溶解性能良好、重均分子量为19000和24000的聚合物pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu（图2）。所得聚合物具有良好的热稳定性，其热分解温度（Td）分别为510和442 °C；玻璃化转变温度（Tg）分别为193和152 °C。

图2：聚合物pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu的合成路线

聚合物pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu在四氢呋喃溶液中的荧光发射强度非常微弱，其荧光量子产率分别只有0.4和1.5%，而在（掺杂）薄膜状态下，其荧光量子产率分别增强至63.3和59.7%，证明所得聚合物具有明显的AIE性质。在THF溶液中加不良溶剂水的实验进一步验证了两个聚合物的AIE性质（图3）。

图3：聚合物（A）pTPE-DPA-Cz和（B）pTPE-DPA-Flu在不同水含量的四氢呋喃/水混合溶液中的荧光发射光谱；（C）不同水含量对应的摩尔吸收强度I/I0变化曲线。插图为两个聚合物分子在紫外灯（365 nm）激发下的照片（水的体积百分比分别为0和99%）

鉴于pTPE-DPA-Cz和pTPE-DPA-Flu良好的热稳定性、优异的成膜性以及较高的荧光量子产率，以其作为发光层材料，通过溶液加工制备了AIE聚合物电致发光器件。所制备的器件结构如下：ITO/PEDOT:PSS（50 nm）/EMLs/TmPyPB（40 nm）/LiF（1 nm）/Al（120 nm），其中ITO作为阳极，PEDOT:PSS和LiF作为空穴和电子注入层，TmPyPB作为电子传输层，Al作为阴极。其中，器件1-3的发光层分别为pTPE-DPA-Cz含量为5, 10和30 wt%的CBP掺杂膜（55 nm），器件4的发光层为pTPE-DPA-Cz（60 nm）；器件5-7的发光层分别为pTPE-DPA-Flu含量为5, 10和30 wt%的CBP掺杂膜（60 nm），器件8的发光层为pTPE-DPA-Flu（50 nm）。

在基于pTPE-DPA-Cz所制备的掺杂器件中，器件2表现出最高电流效率（6.47 cd A-1）、最高功率效率（4.73 lm W-1）以及最高外量子效率（2.98%）。值得关注的是，当器件亮度达到500 cd m-2时，其电流效率、功率效率以及外量子效率仍能保持6.02 cd A-1, 4.53 lm W-1以及2.77%的水平，说明其该期间具有较低的效率滚降。另外非掺器件4的最高电流效率、功率效率以及外量子效率可分别达3.69 cd A-1, 2.28 lm W-1以及1.46%，在器件亮度达到500 cd m-2时，这些值仍可达3.67 cd A-1, 2.13 lm W-1以及1.44%，同样表现出较低的效率滚降。在基于pTPE-DPA- Flu所制备的器件5-8中同样能观察到与器件1-4类似的结果，均表现出较低的效率滚降以及优良的器件稳定性。（图4）

图4：（A）和（C）为器件1-8的电流密度-电压-亮度关系曲线；（B）和（D）为器件1-8的外量子效率-亮度关系曲线。插图为器件2和5的电致发光光谱

这工作为通过溶液加工制备高效率、低滚降的聚合物电致发光器件提供了一条可行的途径，同时也说明使用AIE聚合物作为发光层材料制备高效率、低滚降的聚合物电致发光器件是十分具有前景的策略。

该工作第一作者为顾家宝同学。