购买的玻璃基板上具有一层氧化铟锡(ITO)薄膜。将表面电阻率为15 Ω∙sq⁻¹的玻璃基板依次用清洗剂、去离子水、酒精清洗，每次超声清洗10 min，然后在干燥箱中干燥冷却30 min。所有器件均在低于5 × 10^–4 Pa的真空蒸发条件下制备。在制备过程中，所有有机材料均以0.01~1 Å/s的速率生长在衬底上。掺杂材料的蒸发速率根据掺杂浓度进行调节。实验结束后对器件进行1 h的冷却后再开始测量数据。通过计算机控制的Keithley2400数字电源和PR655光谱仪测量并记录了EL光谱等光电数据。所有的步骤都是在干燥环境下进行的。

本论文所用的HTL、ETL材料为有机荧光材料。器件的发光层中mCBP、DMAC-DPS分别和PO-T2T形成了激基复合物。所有的材料均为商业购买，没有进行提纯，发光材料的分子结构图如图1所示。

图1. 本论文中主要发光材料的分子结构图

图2. (a) A1~A4器件结构示意图；(b) B1~B4器件结构示意图；(c) C1~C3器件结构示意图

首先，研究了EML中的层间材料对激基复合物性能的影响。在器件中，发光层由间隔层左右两边的两个混合体激基复合物组成。

器件结构为：ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 11 nm)/间隔层(3 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 11 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。器件A1、A2和A3分别选用mCBP、DMAC-DPS分别和PO-T2T作为间格层材料。器件A1~4的结构如图2所示。

在本论文中，间隔层的加入有如下好处：一方面，间隔层的加入使得在间隔层和发光层接触面形成界面激基复合物，界面激基复合物有助于限制激子复合区，并能够阻止激子复合区中短程三重态的能量传递。另一方面，由于间隔层的材料是三种掺杂材料中的一种，因此间隔层材料的HOMO能级和LUMO能级能够在一定程度上阻挡激子聚集过快从而猝灭导致器件效率降低。

图3(a)和图3(b)表示器件A1~A4的光电特性曲线。表1给出了所有器件的部分光电属性数据。在器件A1、A2、A3中，激子复合区分别被3 nm的间隔层mCBP、DMAC-DPS和PO-T2T一分为二。其中长程单重态激子在发光层中有效传递，但mCBP和PO-T2T间隔层由于其较低的三重态能级并没有抵挡住太多的短程三重态能量，没有抑制到短程能量传递，并且不合适的LOMO和HUMO能级一定程度上阻挡了载流子的传输使得激子复合区内载流子分布不平衡导致器件效率下降。

图3. (a) 器件A1~A4的电流密度–电压–亮度曲线；(b) 器件A1~A4的功率效率–电流密度–电流效率曲线；(c) 器件A1~A4在10 V下的光谱；(d) 器件A2在4~10 V电压下的光谱

图4. (a) 器件A2和器件B1~B4的能量传递路径示意图；(b) 器件C1~C3的能量传递路径示意图

PO-T2T作为电子传输材料具有很强传输电子型载流子的能力同时也有很强的阻挡空穴能力 [18] 。PO-T2T间隔层阻挡了大量的空穴型载流子进入阴极左侧的发光层使得A3器件最大电流密度下降且远低于其他三个器件，电流密度大幅度降低导致器件效率下降，因此A3亮度也是四个器件中最低的，另外PO-T2T与掺杂在发光层中的mCBP和DMAC-DPS形成两种界面激基复合物Mcbp:PO-T2T和DMAC-DPS:PO-T2T，因为在同一界面内两者之间的短程能量将会从Mcbp:PO-T2T单重态能级2.6 Ev [19] 传递且发光层内的较高的能量也会传递给较低的DMAC-DPS:PO-T2T单重态能级2.4 eV [20] ；mCBP间隔层是空穴型传输材料 [21] ，具有一定的电子传输能力，但还是阻碍了大部分电子型载流子的注入，使得复合区内载流子也存在不平衡现象，亮度也因为mCBP间隔层影响下下降，mCBP间隔层的加入与发光层中的掺杂材料PO-T2T产生了界面激基复合物Mcbp:PO-T2T，然而其较高的单重态能级2.6 eV高于发光层中激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T单重态能级2.4 eV，能量将从高的能级传递向能量较低的能级其单重态和三重态能量都将传递给附近的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T，mCBP间隔层的引入并没有抑制短程能量的传递；而DMAC-DPS因其较高的三重态能级2.9 eV [22] ，抵挡住了大量三重态能量传输，并且抑制了部分短程三重态能量传递，DMAC-DPS间隔层为双极性材料既能传输电子型载流子也能传输空穴型载流子，激子也可以在间隔层内复合，进而使得激子复合区内载流子传输更加平衡，另外DMAC-DPS间隔层和旁边发光层中的掺杂材料PO-T2T形成了激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T。该激基复合物由于较低的单重态能级2.4 eV可接受周围10 nm附近的长程能量传递 [23] ，并且大于3 nm处的短程能量也因为距离限制无法传递 [24] ，能量的更有效利用使得有DMAC-DPS间隔层器件A2比没有间隔层的OLED器件A4显示出更好的性能。

能量传递示意图如图4(a)所示。器件A2的最大功率效率和亮度分别达到了47.58 lm/W和20,210 cd/m²，其中功率效率是所有器件中最高的。如图3(c)和图3(d)所示，4~10 V的电压下非常稳定的光谱也表明器件A2发光层中较为均衡的载流子分布和稳定有效的能量传输。

表1. 本论文所有器件的光电性能

在器件A2中，发现了简单的通过加入一层DMAC-DPS间隔层可以提高能量利用效率提升器件性能。为了探究间隔层能在OLED性能提升方面的起到的作用。在器件A2基础上设计了B系列器件，具体为从低到高增加了多层间隔层。器件结构分别为：

器件B1：ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 11 nm)/DMAC-DPS (3 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 11 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

器件B2：ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 6 nm)/DMAC-DPS (1.5 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 10 nm)/DMAC-DPS (1.5 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 6 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

器件B3：ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 6 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 5 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 6 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 5 nm) TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

器件B4：ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 4 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 4 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 4 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 4 nm)/DMAC-DPS (1 nm)/mCBP:DMAC-DPS:PO-T2T (50%:25%:25%, 5 m)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

图5(a)~(d)展示了器件B1~B4的光电特性曲线。表1给出了所有器件的部分光电数据。图2(b)展示了器件B1、B2、B3和B4的具体结构。器件最大功率效率分别为47.47 lm/W、48.13 lm/W、42.16 lm/W和38.41 lm/W，对应的最大亮度分别为16,520 cd/m²、17,080 cd/m²、13,190 cd/m²和9713 cd/m²。

由图5(a)可知，器件B2亮度略微低于器件B1，器件B3次之，器件B4亮度最低。间隔层DMAC-DPS与发光层掺杂材料PO-T2T形成的界面激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T因其低能级2.4 eV可以接受来自发光层中的能量传递。器件B1中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有两个界面，器件B2中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有四个界面，器件B3中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有六个界面，器件B4中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有八个界面。理论上应形成的激基复合物越多，长程能量传递更多更有效，但由于间隔层数的增多使得电流密度逐渐减小，大量的间隔层阻挡了空穴型和电子型载流子顺利发光层中复合形成激子，因而器件性能在发光层中间隔层数量大于两个后下降。

图5. (a) 器件B1~B4的电流密度–电压–亮度曲线；(b) 器件B1~B4的功率效率–电流密度–电流效率曲线；(c) 器件B1~B4在10 V电压下的光谱；(d) 器件B2在4~10 V电压下的光谱

在器件B1的基础上，鉴于发光层中两种激基复合物之间还是有很多短程能量传递，将DMAC-DPS从掺杂的发光层中分离了出来，这样可极大限度的限制激基复合物中的短程能量传递。制备出一系列器件C。器件C的基本结构如图2所示。

图6(a)~(c)表示器件和C1~C3的光电特性曲线。表1给出了所有器件的部分光电数据。图2(c)展示了器件C1，C2和C3的结构。最大功率效率分别为28.98 lm/W，16.89 lm/W和39.39 lm/W，对应的最大亮度分别为5129 cd/m²、5158 cd/m²和5401 cd/m²。在器件C1~C3中，C3器件的效率和亮度最高。

器件结构为：

C1: ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/Mcbp:PO-T2T(2:1,9 nm)/DMAC-DPS (7 nm)/Mcbp:PO-T2T(2:1, 9 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

C2: ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/DMAC-DPS (7 nm)/Mcbp:PO-T2T (2:1, 18 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

C3: ITO/HAT-CN (10 nm)/TAPC (40 nm)/mCBP (6 nm)/Mcbp:PO-T2T(2:1, 6 nm)/DMAC-DPS (3.5 nm)/Mcbp:PO-T2T (2:1, 6 nm)/DMAC-DPS (3.5 nm)/Mcbp:PO-T2T (2:1, 6 nm)/PO-T2T (10 nm)/TmPyPB (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm)。

图6. (a) 器件C1~C3的电流密度–电压–亮度曲线；(b) 器件C1~C3的功率效率–电流密度–电流效率曲线；(c) 器件C1~C3在10 V电压下的光谱；(d) 器件C3在4~10 V电压下的光谱

由图6(a)可知，将TADF材料DMAC-DPS从发光层掺杂中分离出来单独放置后，器件亮度相较B系列器件亮度下降很多，原因为发光层中主要的激基复合物为Mcbp:PO-T2T，该激基复合物本征发光测出亮度仅为3227 cd/m²。发光层中器件C1中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有两个界面但由于7 nm的厚度，使得单层DMAC-DPS发生严重激子猝灭导致器件效率不高；而器件C2中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T仅有一个界面，接受来自掺杂发光层中长程能量很少，并且在器件C2中单层DMAC-DPS 7 nm的厚度同样发生严重激子猝灭，因此在图6(b)中，器件C2功率效率和电流效率都是最低。在器件C3中形成的激基复合物DMAC-DPS:PO-T2T有四个界面且因为一分为二厚度仅为3.5 nm激子猝灭情况没有器件C1和C2那么严重，并且四个界面激基复合物都有效地接收到了来自周围的长程能量传递，所以在图6(b)中，器件C3显示了最高的功率效率和电流效率，分别为39.39 Im/W和40.74 cd/A。器件C3和器件A4在功率效率和电流效率数值上相无几。利用界面激基复合物接受来自体激基复合物的能量能接近三元激复合物的功率效率和电流效率，说明该策略是十分成功的。