Fast spin-flip enables efficient and stable organic electroluminescence from charge-transfer states

系统间交叉 单重态 有机发光二极管 材料科学 光电子学 量子效率 三重态 激发态 二极管 电致发光 纳米技术 原子物理学 物理 图层(电子)
作者
Lin‐Song Cui,Alexander J. Gillett,Shoufeng Zhang,Hao Ye,Yuan Liu,Xiankai Chen,Zesen Lin,Emrys W. Evans,William K. Myers,Tanya K. Ronson,Hajime Nakanotani,Sebastian Reineke,Jean‐Luc Brédas,Chihaya Adachi,Richard H. Friend
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:14 (10): 636-642 被引量:517
标识
DOI:10.1038/s41566-020-0668-z
摘要

A spin-flip from a triplet to a singlet excited state, that is, reverse intersystem crossing (RISC), is an attractive route for improving light emission in organic light-emitting diodes, as shown by devices using thermally activated delayed fluorescence (TADF). However, device stability and efficiency roll-off remain challenging issues that originate from a slow RISC rate (kRISC). Here, we report a TADF molecule with multiple donor units that form charge-resonance-type hybrid triplet states leading to a small singlet–triplet energy splitting, large spin–orbit couplings, and a dense manifold of triplet states energetically close to the singlets. The kRISC in our TADF molecule is as fast as 1.5 × 107 s−1, a value some two orders of magnitude higher than typical TADF emitters. Organic light-emitting diodes based on this molecule exhibit good stability (estimated T90 about 600 h for 1,000 cd m−2), high maximum external quantum efficiency (>29.3%) and low efficiency roll-off (<2.3% at 1,000 cd m−2). An organic molecule, 5Cz-TRZ, with multiple donor units supports fast reverse intersystem crossing, allowing fabrication of high-performance organic light-emitting diodes.
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