深蓝光热激活延迟荧光材料TDBA-Ac介导长程共振能量转移提升红色量子点电致发光效率的研究

本文报道了一种基于深蓝光热激活延迟荧光（TADF）材料TDBA-Ac的共振能量转移策略，通过将其掺杂于空穴传输层（HTL）中，实现高效长程F?rster共振能量转移（FRET）至红色量子点（QD）发光层，显著提升激子利用率和空穴注入能力，最终获得外量子效率（EQE）达26.9%、功率效率（PE）为42.8 lm W?1的高性能红光QLED器件。

　　

1 引言

胶体量子点发光二极管（QLEDs）作为先进的照明与显示技术，近二十年来取得显著进展，其具备溶液可加工性、高亮度、高效率和优异色纯度等优势。然而，空穴传输层（HTL）的迁移率通常远低于电子传输层（ETL）（如ZnO、ZnMgO），且最高占据分子轨道（HOMO）能级较浅，导致空穴注入效率低、电荷注入不平衡，引起界面电荷积累和非辐射复合，降低激子利用率和器件稳定性。

目前改善QLED性能的主要策略包括：降低电子注入（如调节金属氧化物电学特性或引入界面修饰层）或提升空穴注入（如HTL掺杂或双层HTL结构）。近年来，能量转移策略通过在外界敏化剂与量子点发光层（EML）间建立非辐射、长程共振能量转移，可显著减少非辐射复合并提高激子利用率。与磷光敏化剂相比，热激活延迟荧光（TADF）材料可通过反向系间窜越（RISC）将三重态激子转换为单重态，从而实现更长距离（约10 nm）的F?rster共振能量转移（FRET），更适用于HTL掺杂场景。

2 结果与讨论

本研究选用深蓝光TADF材料TDBA-Ac（10-(2,12-di-tert-butyl-5,9-dioxa-13b-boranaphtho(3,2,1-de)anthracen-7-yl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine）作为敏化剂。该材料具有0.06 eV的小单重态-三重态能隙、93%的光致发光量子产率（PLQY）和9.9×10⁵ s^?1的RISC速率常数，能高效实现激子转换。其荧光光谱（峰值463 nm）与红色CdSe/ZnS量子点的吸收光谱重叠度高，光谱重叠积分达4.6×10¹⁶ nm⁴ M^?1 cm^?1，FRET半径（R₀）计算为7.9 nm，表明具备长程能量转移能力。

将TDBA-Ac以0%（T0）、1%（T1）、2%（T2）、5%（T5）的质量比掺杂于TFB空穴传输层中，制备系列HTL薄膜。光致发光（PL）测试显示，随TDBA-Ac浓度增加，量子点发光层PL强度显著增强。瞬态光致发光（TRPL）测得量子点平均荧光寿命（τ_avg）从T0的28.2 ns增至T2的36.0 ns，而TDBA-Ac的τ_avg在量子点覆盖后明显缩短，证实存在有效的FRET过程。

原子力显微镜（AFM）显示低浓度TDBA-Ac掺杂（1-2%）对薄膜形貌影响小（RMS粗糙度≈0.22–0.25 nm），而5%掺杂时RMS略增至0.28 nm，可能影响薄膜质量。

器件结构为：ITO/PEDOT:PSS/HTL（T0–T5）/QD/ZnMgO/Al。电致发光性能显示，掺杂1% TDBA-Ac的器件（HTL1）表现最佳：开启电压（V_on）降至1.99 V，外量子效率（EQE）达26.9%，功率效率（PE）为42.8 lm W^?1，电流效率（CE）为35.7 cd A^?1，均显著高于对照组（HTL0）。效率滚降也明显改善，HTL1在亮度达31,802 cd m^?2时EQE仍保持24.2%（滚降仅10%），滚降因子η为3.6×10^?6，远优于HTL0的8.9×10^?6。电致发光光谱（EL）显示所有器件发射峰均位于628 nm，半高宽（FWHM）约25 nm，色坐标（0.68,0.31），无TDBA-Ac残余蓝光发射，表明能量转移完全且色纯度良好。

时间分辨电致发光（TREL）表明，HTL1的激子寿命（1.77 μs）短于HTL0（4.43 μs），说明激子复合更快、辐射效率更高。阻抗测试显示HTL1器件电阻更低，电荷传输更高效。紫外光电子能谱（UPS）测得T1薄膜HOMO能级为-5.41 eV（T0为-5.36 eV），证实TDBA-Ac可降低空穴注入势垒。电容-电压（C-V）特性显示，在高于2.5 V偏压下，HTL1电容低于HTL0，表明辐射复合更快、电荷积累减少。

该策略在InP基红色QLED中也具普适性：掺杂1% TDBA-Ac后，EQE从6.6%提升至9.0%，V_on降低，再次验证TDBA-Ac作为敏化剂的有效性。

3 结论

通过将TADF材料TDBA-Ac作为敏化剂引入空穴传输层，成功实现了高效长程共振能量转移至量子点发光层，显著提升了激子利用率和空穴注入能力，从而制备出高性能、低效率滚降的红色QLED器件。该策略在CdSe/ZnS和InP量子点体系中均具适用性，为提升QLED的综合性能提供了有效途径。