基于苯并噻唑的双极性主体材料设计实现高效非掺杂蓝光/红光磷光OLED

本研究针对磷光OLED(PhOLED)中载流子传输失衡导致的效率滚降问题，设计合成以苯并噻唑(BTZ)为电子受体、咔唑(Cz)/三苯胺(TPA)为给体的D-π-A型双极性主体材料TPA-BTZ与Cz-BTZ。通过引入9,9-二甲基芴π桥增强分子刚性，所制备红光PhOLED实现EQEmax 达27.8%、启亮电压仅2.6V的突破性性能，为非掺杂蓝光OLED提供4.85%的EQEmax ，为开发高效稳定OLED器件提供新策略。

　　

在显示技术飞速发展的今天，有机发光二极管(OLED)因其自发光、低功耗和柔性特性成为智能终端的主流选择。然而传统荧光OLED仅能利用25%的单重态激子，而磷光OLED(PhOLED)通过重金属原子的自旋轨道耦合效应可同时捕获单重态和三重态激子，理论上可实现100%的内量子效率。但现有PhOLED普遍面临三重态激子寿命长导致的浓度猝灭、三重态-三重态湮灭等问题，且传统单极主体材料易造成载流子传输失衡，引发严重的效率滚降现象。

针对这一技术瓶颈，上海大学的研究团队创新性地将电子给体单元三苯胺(TPA)/咔唑(Cz)与电子受体苯并噻唑(BTZ)通过9,9-二甲基芴π桥连接，设计出TPA-BTZ和Cz-BTZ两种D-π-A型双极性主体材料。相关成果发表在《Dyes and Pigments》的研究表明，这种分子设计不仅保持了2.72eV的高三重态能级(E_T
)，其热分解温度(T_d
)更突破380°C，为器件稳定性奠定基础。

研究团队采用密度泛函理论(DFT)计算优化分子轨道分布，通过真空蒸镀法制备器件结构ITO/MoO₃
/TAPC/主体:Ir(piq)₃
/TmPyPB/LiF/Al。电致发光测试显示：

【理论计算】
DFT计算揭示HOMO轨道主要定域于TPA/Cz单元，LUMO轨道集中于BTZ片段，这种空间分离的轨道分布赋予材料双极性传输特性。9,9-二甲基芴π桥的引入使分子二面角达33.5°，有效抑制了分子内电荷转移(ICT)效应导致的能级降低。

【器件性能】
红光PhOLED中，Cz-BTZ主体器件实现27.82%的EQE_max
和36.21 lm/W的功率效率，在1000 cd/m²
亮度下效率滚降低至26.76%；TPA-BTZ主体器件则展现21116 cd/m²
的最大亮度和27.72%的EQE_max
。非掺杂蓝光OLED中，Cz-BTZ获得4.85%的EQE_max
，显著优于传统主体材料CBP(9.84%)。

【结论与意义】
该研究通过精准的分子工程设计，证实BTZ基双极性主体材料可同时实现载流子传输平衡、高三重态能级和优异热稳定性。Haitao Zhou等研究者开发的TPA-BTZ/Cz-BTZ不仅解决了PhOLED效率滚降的核心难题，其非掺杂结构更为简化器件工艺提供可能，对推动OLED技术在超高清显示、柔性电子等领域的应用具有重要价值。国家重点研发计划(2022YFE0109000)和国家自然科学基金(62304127)的支持，体现了该研究的战略意义。