一种基于新型芴的交联孔传输材料，用于高性能蓝色量子点发光二极管

《Dyes and Pigments》：A novel fluorene-based cross-linked hole transport material for high-performance blue quantum dot light emitting diodes

量子点发光二极管（QLEDs）中采用交叉链接空穴传输材料（HTMs）可提升性能，但低载流子迁移率导致电荷注入失衡。本文设计新型V-CSP HTMs，以 fluorene 为核心扩展共轭结构，载流子迁移率提升至1.04×10?? cm2/V·s（V-CBP为6.54×10??），同时优化能级匹配和薄膜成膜性，使蓝光QLED外量子效率达15.00%，显著高于V-CBP基器件（9.73%）。

　　量子点发光二极管（QLEDs）因其高色纯度、高亮度以及宽色域的特性，被视为下一代显示技术中最具竞争力的候选者之一。在众多应用场景中，QLEDs 逐渐成为高效率显示和照明领域的核心研究方向。这类器件的性能主要依赖于其高效的电荷传输能力、稳定的发光效率以及良好的器件寿命。在实现这些性能的过程中，空穴传输材料（HTMs）扮演着至关重要的角色。HTMs 作为 QLEDs 的关键组成部分，其性能直接决定了器件的整体效率和稳定性。因此，如何优化 HTMs 的结构与性能，成为提升 QLEDs 应用价值的重要课题。

目前，许多 QLEDs 器件采用溶液加工技术来构建功能层，这种方法具有成本低、工艺简单、适合大规模生产等优点，被视为 QLEDs 工业化发展的必然选择。然而，在连续沉积功能层的过程中，各层之间的互溶性问题可能会导致严重的非辐射复合现象，从而对 QLEDs 的性能和稳定性造成不利影响。为了解决这一问题，采用交联结构的 HTMs 成为一种备受关注的策略。交联结构可以有效减少不同层之间的互溶性，从而降低非辐射复合的发生概率，提升 QLEDs 的性能表现。

在现有的研究中，交联 HTMs 已被广泛应用于红光和绿光 QLEDs 的构建，取得了显著的进展。然而，对于蓝光 QLEDs，由于交联 HTMs 的载流子迁移率较低，仍然存在较大的性能瓶颈。蓝光 QLEDs 的载流子迁移率不足，不仅影响了器件的发光效率，还限制了其在全彩显示领域的应用潜力。因此，如何提高交联 HTMs 的载流子迁移率，成为蓝光 QLEDs 研究的关键挑战之一。

针对这一问题，研究团队设计并合成了一种新型的交联 HTM，命名为 V-CSP。该材料以芴为核心结构，结合了 3-乙烯基咔唑作为外围侧链，从而在分子结构上实现了更高效的电荷传输。与传统的 V-CBP 相比，V-CSP 在载流子迁移率方面表现出显著提升，从 6.54×10?? cm2 V?1 s?1 提高至 1.04×10?? cm2 V?1 s?1。这一提升不仅有助于提高 QLEDs 的发光效率，还能够有效减少由于电荷注入不平衡而导致的非辐射复合现象，从而增强器件的整体性能。

此外，V-CSP 还具备良好的成膜性能和溶剂耐受性。这些特性使其在溶液加工过程中能够形成均匀、稳定的薄膜结构，进一步提升了 QLEDs 的工艺适应性。同时，V-CSP 的能级结构也具有良好的适应性，能够与量子点材料形成有效的能量匹配，从而促进电荷的注入过程，减少电荷注入不平衡所带来的负面影响。这种优化使得 V-CSP 在蓝光 QLEDs 中展现出更优异的性能表现。

实验结果表明，采用 V-CSP 作为空穴传输层的蓝光 QLEDs 最大外部量子效率（EQE）达到了 15.00%，这一数值显著高于采用 V-CBP 的蓝光 QLEDs（EQE = 9.73%）。这表明，V-CSP 在提升蓝光 QLEDs 性能方面具有明显优势。更重要的是，V-CSP 的合成过程不仅简化了制备流程，还避免了传统方法中对物理掺杂的依赖，从而提高了器件的可重复性和稳定性。

在现有研究中，已有多种尝试用于提高交联 HTMs 的载流子迁移率。例如，Li 等人通过将高载流子迁移率的 TFB（聚（9,9-二辛基芴-2,7-二基）-共-N-(4-丁基苯基)二苯胺）引入 FLTA-V（4,4′-二（3-乙烯基-9H-咔唑-9-基）-1,1′-联苯）中，成功制备了复合空穴传输层，使蓝光 QLEDs 的 EQE 从 7.23% 提高至 10.20%。随后，Zhang 等人通过引入柱芳烃液晶材料，进一步优化了 FLTA-V 的结构，使其载流子迁移率从 6.6×10?? 提高至 2.16×10?3 cm2 V?1 s?1，同时提升了蓝光 QLEDs 的 EQE 至 18.16%。而 Su 等人则通过混合 PF8Cz（聚（9,9-二辛基芴-2,7-二基）-共-9-(2-乙基己基)-咔唑-3,6-二基）和可交联的 FLCZ-V（3,3′-二（9,9-二甲基-9H-芴-2,7-二基）-双（9-(4-乙烯基苯基)-9H-咔唑）），成功制备了具有更高载流子迁移率的 HTL，使蓝光 QLEDs 的 EQE 达到了 15.5%，显著高于 FLCZ-V 基础的器件（EQE = 8.6%）。最近，Liu 等人通过将 TFB 引入 V-CBP 中，进一步优化了蓝光 QLEDs 的性能，使其 EQE 达到了 17.1%。

尽管通过引入高载流子迁移率的 HTMs 能够有效提升蓝光 QLEDs 的性能，但复合 HTLs 的制备过程往往较为复杂，不仅增加了制造难度，还可能导致器件性能的不一致。因此，提高交联 HTMs 的固有载流子迁移率，成为制备高性能蓝光 QLEDs 的关键策略。研究团队通过引入芴作为核心结构，成功开发了 V-CSP，其载流子迁移率显著提升，同时保持了良好的成膜性能和溶剂耐受性。这种优化不仅提高了蓝光 QLEDs 的发光效率，还增强了其在全彩显示领域的应用潜力。

为了进一步验证 V-CSP 的性能，研究团队对目标分子（V-CSP 和 V-CBP）的结构进行了详细分析，并通过实验手段对其合成路线和性能进行了系统研究。实验结果表明，V-CSP 的结构设计使其在载流子迁移率、成膜性能和能级匹配等方面均优于传统的 V-CBP。通过密度泛函理论计算，研究团队进一步探讨了 V-CBP 和 V-CSP 的几何结构与电子结构，揭示了其在载流子传输性能上的差异。

此外，研究团队还对 V-CSP 的溶剂耐受性进行了测试。实验结果显示，V-CSP 在 250 °C 条件下形成的交联 HTL 具有良好的溶剂稳定性，能够有效减少不同层之间的互溶性，从而降低非辐射复合的发生概率。这一特性使得 V-CSP 在蓝光 QLEDs 的构建中展现出更高的工艺适应性。

在实验过程中，研究团队还对 V-CSP 的合成过程进行了详细描述，并对其性能进行了系统测试。所有用于合成 HTMs 的材料均购自 Meryer 公司，而用于构建 QLEDs 器件的原料则购自 Poly OptoElectronics Co. Ltd。通过这些实验，研究团队验证了 V-CSP 在提升蓝光 QLEDs 性能方面的有效性。

综上所述，研究团队通过设计和合成一种新型的交联 HTM（V-CSP），成功解决了蓝光 QLEDs 中载流子迁移率低的问题。V-CSP 的引入不仅提高了蓝光 QLEDs 的发光效率，还增强了其在全彩显示领域的应用潜力。同时，该材料的合成过程简化了制备流程，提高了器件的可重复性和稳定性。这些成果为未来 QLEDs 的研究与应用提供了新的思路和方向。