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【Angew. Chem.】十倍提升空穴迁移率！蓝光QLED性能突破的分子级策略 ​

文章标题：Suppression of Excimer Formation via Conjugation‐Driven Interactions in Crosslinked Hole Transport Layer for Efficient Blue Quantum Dot Light‐Emitting Diodes
通讯作者：Hongli Liu
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202519610

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文章概要 ​

蓝光量子点发光二极管（QLED）因其在全彩显示中的关键地位而备受关注。然而，相较于红光和绿光QLED，蓝光QLED的外量子效率（EQE）和亮度仍显不足，成为制约其商业化的瓶颈。本文提出一种创新的“共轭作用驱动策略”，通过在交联空穴传输层（HTL）中引入具有结构相似性的非交联小分子，成功抑制了激基复合物（excimer）的形成，实现了空穴迁移率的十倍提升，并显著增强了蓝光QLED的性能。

研究背景与挑战 ​

蓝光QLED的低效率主要源于两个方面：

  1. 蓝光量子点的价带能级较深（VB < −5.7 eV），对HTL的HOMO能级提出了更高要求；
  2. 现有深HOMO能级的HTL材料（如CBP-V）普遍存在空穴迁移率低的问题（~10⁻⁴ cm²·V⁻¹·s⁻¹），限制了载流子注入与传输效率。

此外，CBP-V分子在交联过程中易形成平行堆叠结构，导致激基复合物的生成，进一步加剧能级无序与非辐射复合，严重影响器件性能。

创新策略：共轭作用驱动的激基复合物抑制 ​

为解决上述问题，作者引入了两种具有苯基咔唑结构单元的非交联小分子——2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine（26DCzPPy）和4,4′,4″-tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine（TCTA）——掺杂进CBP-V中，构建复合型HTL。其核心机制包括：

  • 26DCzPPy的不对称结构与TCTA的支化结构可有效调控CBP-V的分子堆叠方式，抑制其平行堆叠；
  • 通过分子间的H–π与π–π相互作用，实现CBP-V分子的空间隔离，破坏激基复合物形成所需的几何前提；
  • 26DCzPPy与TCTA本身具有良好的共轭性与深HOMO能级，确保了空穴注入的能级匹配。

实验验证与性能提升 ​

  1. 激基复合物的抑制证据：

    • 光致发光（PL）与激发光谱显示，CBP-V交联后出现521 nm的宽谱发射峰，典型为激基复合物发射；
    • 掺杂26DCzPPy或TCTA后，该发射峰显著减弱，表明激基复合物被有效抑制。

  2. 空穴迁移率提升：

    • 通过单载流子器件与SCLC模型测得，HTL的空穴迁移率从5.37×10⁻⁴提升至5.97×10⁻³ cm²·V⁻¹·s⁻¹，提升近十倍；
    • 电导率与电化学阻抗谱（EIS）进一步验证了载流子传输性能的增强。

  3. 器件性能突破：

    • 深蓝光QLED（456 nm）EQE从13.54%提升至22.92%，亮度从9886提升至29735 cd/m²；
    • 纯蓝光QLED（470 nm）EQE从15.51%提升至24.12%，亮度高达91268 cd/m²；
    • 器件寿命（T₅₀@100 cd/m²）从383.5小时提升至1574.9小时。

  4. 分子层面机制解析：

    • 通过密度泛函理论（DFT）、差分电荷密度、IGMH与Hirshfeld表面分析等手段，系统揭示了CBP-V分子间激基复合物形成的本质在于其平行π–π堆叠；
    • 掺杂分子通过空间位阻与电子结构调控，有效打破CBP-V的自聚集趋势，形成均匀的非晶态复合HTL。

总结与展望 ​

本研究提出的“共轭作用驱动的激基复合物抑制策略”，不仅在分子层面解决了蓝光QLED中HTL空穴迁移率低与激基复合物干扰的问题，还实现了器件效率与稳定性的双重突破。该策略具有良好的通用性与可拓展性，为高性能蓝光QLED的设计提供了全新思路，也为实现广色域、高亮度的下一代显示技术奠定了基础。