英文原题：Modification of ITO with Composite Self-Assembled Monolayer Enables Hole Injection and Transport Layer-Free TADF-OLED with Preferable Performance

通讯作者：李祥高，天津大学，天津化学化工协同创新中心；刘红丽，天津大学，天津化学化工协同创新中心

作者：韩昕君，王世荣，潘奕辰

背景介绍

热活化延迟荧光（TADF）材料因其低成本、高性能，能够实现100%内量子效率在有机电致发光器件（OLED）中具有良好应用，但高效TADF-OLED一般都采用复杂的多层结构。自1987年Tang等人以真空蒸镀的方式首次制备了双有机层的OLED器件后，为了获得更好的性能，器件结构向着复杂化的方向发展，虽然器件发光性能达到了实用要求，但在实际量产的过程中，极其复杂冗长的制备工艺和极大的装备投入不利于其未来的商业发展。因此，探索高发光性能简约化的器件结构是该领域极其重要的课题。

文章亮点

近日，物质绿色创造与制造海河实验室科研骨干李祥高教授&刘红丽副教授团队基于前期工作基础，通过复合自组装单分子层修饰（CSAM）氧化铟锡（ITO）阳极，溶液法制备结构为CSAM-ITO/EML/ETL/LiF/Al的绿光和蓝光TADF-OLED器件，为制备简约化结构和工艺的高性能TADF-OLED器件提供一种有效的方法（图1）。

图1. 基于复合自组装单分子层修饰ITO基底的OLED结构示意图及器件效率

该工作以五氟苄基膦酸（F₅BnPA）分别协同CF₃COOH、C₂F₅COOH、C₁₁F₂₃COOH对ITO阳极进行复合自组装单分子层修饰，利用小空间位阻的柔性全氟烷基羧酸填补F₅BnPA单分子层中的空隙，提高ITO表面单分子层的修饰密度。构建修饰分子在ITO表面的吸附模型（图2），修饰后的ITO阳极因修饰分子具有永久偶极，可以在ITO表面形成具有方向性的界面电场，以提高ITO的功函数，减小与发光层（EML）之间的能级势垒，促进空穴由CSAM-ITO直接注入到EML。通过改变EML厚度，调整EML中激子复合中心，减少因复合中心靠近ITO阳极导致的激子猝灭。基于F₅BnPA和C₁₁F₂₃COOH复合修饰的ITO阳极具有最小粗糙度（Ra=1.22 nm）和最大功函数(WF=-5.44 eV)。

为了制备高性能结构简化的TADF-OLED器件，调节器件中电子传输层的种类和厚度，以促进器件载流子平衡，基于F₅BnPA+C₁₁F₂₃COOH-ITO/26DCzPPY: DACT-ll （20 wt%）/B3PYMPM/LiF/Al结构的绿光TADF-OLED实现了76.9 cd A⁻¹的电流效率，证明了CSAM-ITO阳极在制备简单结构TADF-OLED中的良好应用（图2）。为了进一步探究CSAM-ITO阳极在制备简化OLED器件中的普适性，基于F₅BnPA+C₁₁F₂₃COOH-ITO/DPEPO: DMAc-DPS (20 wt%)/TmPyPB/LiF/Al结构，制备了蓝光TADF-OLED，该器件实现了21.4 cd A⁻¹的电流效率（图2）。

图2. 吸附构型：(a) F₅BnPA，(b) F₅BnPA-CF₃COOH，(c) F₅BnPA-C₂F₅COOH，(d) F₅BnPA-C₁₁F₂₃COOH。(e) 吸附能。(f) F₅BnPA 和 (g) F₅BnPA-C₁₁F₂₃COOH 复合修饰ITO表面的XPS。

图3. (a) 绿光 OLED 器件能级图。(b) 电流效率-电流密度特性曲线。(c) 电致发光光谱（插图：器件照片）。(d) 蓝光OLED 器件能级图。(e) 电致发光光谱（插图：器件照片）。（f）电流效率-电流密度特性曲线。

总结/展望

本文证明了可以通过复合自组装单分子层修饰的策略，提高单分子层的修饰密度，优化ITO表面的物理性质，最终实现了溶液法制备无HIL/HTL的高性能TADF-OLED。基于此，未来可以通过选择多种类型的修饰分子，功能性的对ITO表面进行修饰，简化OLED复杂的多层结构，降低器件成本，进一步促进OLED的商业发展。

相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，天津大学硕士研究生韩昕君为文章第一作者，李祥高教授和刘红丽副教授为共同通讯作者。

通讯作者信息：

李祥高 天津大学

李祥高，天津大学化工学院教授、博士生导师。2001年起任天津大学教授、精细化工系主任。主要研究领域包括钙钛矿太阳能电池、有机/量子点发光二极管和金属卤化物钙钛矿纳米晶体。

刘红丽 天津大学

刘红丽，天津大学化工学院副教授。主要研究领域包括钙钛矿太阳能电池、有机/量子点发光二极管和金属卤化物钙钛矿纳米晶体。