https:///10.1021/acsenergylett.2c02596 本工作提出了设计一种新型蒽基不对称有机小分子电子传输材料，并命名为B2，用于调控蓝光钙钛矿量子点发光二极管（Pe-QLED）器件中的载流子注入平衡。B2的电子迁移率是传统电子传输材料TPBi的20倍，并拥有适合的能级和良好的成膜性。以B2为电子传输层的天蓝色Pe-QLED器件(490 nm)实现了13.17%的外量子效率（EQE），2.2V的启亮电压，性能明显优于传统TPBi结构的器件(EQE为8.31%，启亮电压为3.2V)。钙钛矿半导体发光材料由于其独特的性质，如溶液可加工性、高光致发光量子产率、发光带隙可调谐性、窄发射光谱，一直被认为是制造下一代高清显示器和光源的候选者。在过去的8年中，以钙钛矿量子点为发光层的发光二极管取得了重大突破。红、绿钙钛矿量子点发光二极管(Pe-QLEDs)的外部量子效率(EQE)均已突破20%，然而蓝色Pe-QLEDs(发光波长范围为460~490 nm)发展较为缓慢，成为短板。通常除了量子点材料自身的缺陷导致的辐射复合效率低下之外，器件中各传输层的性能及界面损耗同样制约着蓝光Pe-QLEDs的器件性能。一方面，蓝色钙钛矿量子点具有的宽带隙导致发光层与各传输层间存在大的注入势垒阻碍了载流子的有效注入；另一方面，两侧传输层之间迁移率数量级不匹配也会造成电子和空穴的注入不平衡并制约了器件性能的提升。因此，设计与钙钛矿发光层具有适配能级以及高电荷迁移率的传输材料，是实现高性能器件的关键前提。由于目前QLED中常用的空穴传输层PTAA与Poly-TPD的空穴迁移率远大于电子传输层TPBi的迁移率，这种不匹配的电荷注入与传输能力会造成器件内严重的不平衡的载流子注入。而不平衡电荷注入会造成多余电荷在界面处积累，通过缺陷捕获或俄歇复合过程产生发光猝灭，从而严重阻碍器件的效率和稳定性。本工作中通过设计了两种新型的具有不对称惰性侧基的蒽基的电子传输材料（B2和B4），以探究电子传输层对Pe-QLED器件性能的影响。大共轭体系的蒽基结构使得B2具有高的零场电子迁移率（2.7×10-4 cm·V-1·s-1），约为传统的电子传输材料TPBi的电子迁移率（1.1×10-4 cm·V-1·s-1）的20倍。此外，B2还具有合适的能级以及与钙钛矿良好的适配性。因此，基于B2的蓝光Pe-QLED器件实现了良好的载流子注入平衡，从而促进了高效快速的辐射复合。最终，该器件展示优异的电致发光性能及稳定性。▲图1. 材料的分子结构式、热稳定性及光物理性质表征.团队设计了两种具有不同惰性侧基的蒽基有机小分子传输层（图1）。根据密度泛函理论（DFT）计算，B2和B4的HOMO和LUMO轨道几乎都位于蒽核上，表明融合蒽环是B2和B4的主要电子活性核。此外，DSC和TGA测试表明B2和B4都具有良好的热稳定性。得益于不对称侧基与活性蒽核，B2和B4具有合适的能级与高的载流子迁移率，其中B2的零场电子迁移率为（2.7×10-4 cm·V-1·s-1），约为传统的电子传输材料TPBi的电子迁移率（1.1×10-4 cm·V-1·s-1）的20倍（图2）。基于此，以B2为电子传输层的蓝光钙钛矿量子点发光二极管器件展示出优异的器件性能，启亮电压降到了2.2V，亮度提升到了8656.67 cd·m-2，最大EQE达到了13.17%，器件运行稳定性达到了1200s（100 cd·m-2的初始亮度下），远远优于基于TPBi和B4的器件（图3）。为了探究载流子注入与传输对器件性能的影响机制，团队对器件进行了瞬态EL和CV测试（图4）。结果表明，由于更为平衡的载流子注入，B2基器件能够实现更为快速且高效的辐射复合，从而抑制了电场下载流子的积累。此外，B2同样适用于绿光和深蓝光钙钛矿量子点器件中（图5）。与控制器件相比，B2基绿光器件（518 nm）的效率从13.63%提升到了18.54%，深蓝光器件(465 nm)的效率则从1.41%提升到了2.01%。▲图 5. 材料在深蓝光和绿光QLED器件的应用表征.本工作研究了两种不对称侧基的蒽基电子传输材料（B2和B4），用于实现高效钙钛矿蓝光量子点发光二极管。研究表明，B2具有较高的电子迁移率和合适的能级，可以在器件中实现平衡的载流子注入和输运，从而促进高效、快速的激子辐射复合。最终，采用B2作为电子传输层的蓝色钙钛矿量子点发光二极管（490nm）器件实现了高达13.17% EQE，是目前蓝光钙钛矿量子点发光二极管器件最高效率之一。器件还具有2.20V的低启亮电压和1200s的工作寿命，远远优于基于传统TPBi作为电子传输层的控制器件(EQE为8.31%，启亮电压为3.20V，寿命为82s)。此外，基于B2的绿色和深蓝光量子点发光二极管器件也表现出了优异的器件性能，表明其具有良好的普适性。该研究对未来精准设计高迁移率电子传输材料用于高性能发光二极管具有重要的指导意义。徐勃，南京理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2020年入选“国家高层次人才计划-青年项目”，2019年荣获瑞典国王奖“King Carl XVI Gustaf Anniversary Award”。2015年博士毕业于瑞典皇家工学院，2015年至2020年分别在美国华盛顿大学、瑞典乌普萨拉大学和瑞典皇家工学院从事博士后和高级研究员工作。于2020年12月加盟南京理工大学，现为“有机电子材料与器件”课题组负责人，主要研究方向为新型有机半导体材料的设计、制备及其在光伏发电、发光显示和柔性电子器件中的应用研究。主持“国家高层次人才计划-青年项目”，国家自然科学基金-面上项目，参与多项瑞典基金理事会、瑞典能源部及瑞典Wallenberg基金会研究项目。发表学术论文70余篇，其中以第一作者以及通讯作者在Chem, Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.,等期刊发表论文30余篇，论文共引用超过5000次，9篇论文入选ESI“高被引论文”，H因子为38。已经开发出一系列低成本、高效率有机小分子空穴传输材料用于钙钛矿光伏电池，例如X51、X55、X59和X60，并被Sigma-Aldrich和瑞典Dyenamo AB公司商业出售。徐勃教授课题组长期招聘青年教授、副教授与博士后，热忱期待优秀青年才俊的加入！请有意向者将应聘材料发送至邮箱 boxu@njust.edu.cn（徐勃），邮件标题请注明“应聘位置+姓名”。对符合要求的申请人将尽快回复并安排面试交流！同时也热忱欢迎有志于从事科学研究的材料、化学、物理等专业的本科、硕士、博士研究生加入（可来信咨询）。 曾海波，南京理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、院长。国家杰出青年基金获得者，国家万人计划领军人才，英国皇家化学会会士，美国光学会会士，科瑞维安全球高被引科学家（材料），爱思维尔中国高被引科学家（物理）。2006年获中科院固体物理所博士学位，2007-2011年先后在德国卡尔斯鲁厄大学、日本国立材料研究所担任访问学者、博士后、JSPS特别研究员，2011年回国任南京航空航天大学教授，2013年起任南京理工大学教授、纳米光电材料研究所所长、新型显示材料与器件工信部重点实验室创始主任(2016)、材料学院副院长(2017)、院长(2019)。长期从事半导体光电材料与器件的教学和研究工作，包括半导体量子点发光显示，二维p型半导体电子学，吸波材料与隐身技术，先后主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重点项目、国防科技创新特区火花重点项目、国防快速扶持项目及江苏省高等教育教改重点课题。发表Nature Photonics、Nature Electronics、Nature Materials Review、Nature Communications等期刊论文300余篇，SCI引用40000余次，ESI高被引论文50余篇，单篇引用超过1000次6篇，最高2200余次，H因子105。获江苏省科技一等奖、安徽省科技奖一等奖、江苏省高校科技奖一等奖、中国照明学会LED首创奖金奖、江苏省教学成果奖一等奖。现任中国仪表功能材料学会常务理事，中国光学工程学会理事，中国颗粒学会发光颗粒专委会主任，江苏省颗粒学会、照明学会、材料学会副理事长，Nature集团《Advanced Materials and Devices》、《无机材料学报》副主编。https://pubs./doi/10.1021/acsenergylett.2c02596
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