Verständnis der Degradationsmechanismen von Einschicht-OLEDs zur Ermittlung der Struktur-Stabilitäts-Beziehungen von blauen TADF-Emittern

• Antragsteller: Dr. Rishabh Saxena, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547125865

Dieses Projekt wurde aus einer einfachen industriellen Notwendigkeit heraus entwickelt: hocheffiziente blaue organische Leuchtdioden (OLEDs) mit langer Lebensdauer, da die Realisierung eines solchen Bauteils die Display-Industrie revolutionieren wird. Dies ist kein leicht zu lösendes Problem, denn obwohl sich OLEDs zu einem milliardenschweren Markt entwickelt haben, der von Displays auf Pixelbasis in Smartphones und Fernsehern dominiert wird, liegen die blauen Pixel immer noch weit unter der Leistung und Effizienz roter und grüner Pixel, um eine akzeptable Lebensdauer zu erreichen. Das Projekt geht diese enorme Herausforderung mit Hilfe der neuesten Generation von OLED-Materialien an, den sogenannten TADF-Emittern (thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz). TADF-Emitter ermöglichen eine interne Quanteneffizienz von bis zu 100 %, da die Energielücke zwischen dem ersten angeregten Singulett- und dem Triplett-Zustand gering ist und somit ein thermisch aktivierter Übergang vom nicht emittierenden Triplett- zum emittierenden Singulett-Zustand möglich ist. TADF-OLEDs leiden jedoch noch stark unter Stabilitätsproblemen. Die Untersuchungen werden an Einschicht-OLEDs durchgeführt, die in ihrer Effizienz mit OLEDs konkurrieren können, die aus sehr komplexen Mehrschichtstrukturen bestehen. Die geringere Komplexität von Einschicht-OLEDs im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Mehrschicht-OLEDs ist vorteilhaft für die quantitative Analyse der Degradationsmechanismen. Im Rahmen dieses Projekts wird zunächst die Rolle verschiedener Mechanismen für die Gesamtdegradation von einschichtigen TADF-OLEDs über die Erzeugung von Lumineszenzquenchern geklärt. Anschließend werden diese Informationen genutzt, um die strukturellen Faktoren zu identifizieren, die den Abbau der Moleküle bestimmen, um die Struktur-Stabilitäts-Beziehungen in dieser Kategorie von rein organischen OLED-Emittern zu ermitteln. Einerseits werden OLEDs hergestellt, charakterisiert und modelliert, um die Mechanismen der Quencherbildung zu klären. Parallel dazu werden die molekularen Zersetzungsprodukte (d.h. die abgebauten chemischen Spezies), die während des elektrischen Betriebs von OLEDs entstehen, analysiert, um die molekularen Abbaupfade zu verstehen. Zusätzlich werden quantenchemische Berechnungen durchgeführt, um die Zersetzungsprozesse der chemischen Bindungen auf molekulare Ebene aus thermodynamischer Sicht zu charakterisieren. Insgesamt werden die Ergebnisse dieses Projekts genutzt, um eindeutige Korrelationen zwischen der molekularen Struktur von TADF-Emittern, den Mechanismen der Quencherbildung und der Lebensdauer von einschichtigen blauen TADF-OLEDs herzustellen und daraus chemische Designregeln für die Entwicklung von verbesserten TADF-Emittern mit höherer Stabilität und längerer Lebensdauer abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen