ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №12
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.19
УДК: 621.383
Оценка подвижности зарядов в матрицах излучающих
слоев органических светодиодов на основе антрацена
с помощью многомасштабного моделирования
А.Ю. Сосорев1, Н.О. Дубинец1,
С.А. Стахарный2, А.В. Нуриев2, А.А. Морозов2
1Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН,
117393, Москва, Профсоюзная улица, д. 702АО «Центральный научно-исследовательский институт «Циклон»,
107207, Москва, Щелковское шоссе, д. 77
Статья поступила в редакцию 10 декабря 2024 г.
Аннотация. Органические светодиоды являются основой современных дисплеев, микродисплеев и других средств визуализации информации. Возможность вариации молекулярной структуры органических полупроводников позволяют улучшить характеристики этих устройств, что особенно актуально для синих светодиодов. Для рационального молекулярного дизайна материалов для органических светодиодов целесообразно предсказывать их свойства с помощью многомасштабного компьютерного моделирования. В настоящей работе этот метод применен для расчета зарядово-транспортных свойств пленок четырех матриц, – основ излучающих слоев светодиодов, – на основе карбазола или антрацена. Определены энергии реорганизации, стандартные отклонения энергий граничных орбиталей и интегралы переноса заряда для этих материалов. Наконец, на основе этих параметров оценены подвижности носителей заряда, различие в которых составило четыре порядка. Определено, что наибольшими подвижностями как электронов, так и дырок обладает матрица на основе карбазола mCP, а наименьшими – матрица на основе антрацена NaNaP-A. Полученные результаты полезны для оптимизации структуры ОСД на основе исследуемых соединений, а также разработке новых материалов для ОСД.
Ключевые слова: OLED, DFT, антраценовые матрицы, подвижность.
Финансирование: Минобрнауки РФ (FFSM–2022–0004)
Автор для переписки: Сосорев Андрей Юрьевич, sosorev@ispm.ru
Литература
1. Tankelevičiūtė E., Samuel I. D. W., Zysman-Colman E. The Blue Problem: OLED Stability and Degradation Mechanisms // The Journal of Physical Chemistry Letters. ‒ 2024. ‒ T. 15, № 4. ‒ C. 1034-1047.
2. Li H., Qiu Y., Duan L. Multi-scale calculation of the electric properties of organic-based devices from the molecular structure // Organic Electronics. ‒ 2016. ‒ T. 33. ‒ C. 164-171.
3. Suzuki F., Kubo S., Fukushima T., Kaji H. Effects of Structural and Energetic Disorders on Charge Transports in Crystal and Amorphous Organic Layers // Scientific Reports. ‒ 2018. ‒ T. 8, № 1. ‒ C. 5203.
4. Mondal A., Paterson L., Cho J., Lin K.-H., van der Zee B., Wetzelaer G.-J. A. H., Stankevych A., Vakhnin A., Kim J.-J., Kadashchuk A., Blom P. W. M., May F., Andrienko D. Molecular library of OLED host materials–Evaluating the multiscale simulation workflow // Chemical Physics Reviews. ‒ 2021. ‒ T. 2, № 3.
5. Köhler A., Bässler H. Triplet states in organic semiconductors // Materials Science and Engineering: R: Reports. ‒ 2009. ‒ T. 66, № 4. ‒ C. 71-109.
6. Cho S. M., Youn K. M., Yang H. I., Lee S. H., Naveen K. R., Karthik D., Jeong H., Kwon J. H. Anthracene-dibenzofuran based electron transport type hosts for long lifetime multiple resonance pure blue OLEDs // Organic Electronics. ‒ 2022. ‒ T. 105. ‒ C. 106501.
7. Nguyen T. B., Nakanotani H., Adachi C. An Overlooked Charge-Transfer Interaction in the Interfacial Triplet–Triplet Upconversion Process in Blue Organic Light-Emitting Diodes // Advanced Optical Materials. ‒ 2022. ‒ T. 10, № 18. ‒ C. 2200704.
8. Cai W., Li W., Song X., Zheng X., Guo H., Lin C., Yang D., Ma D., Ng M., Tang M.-C. Host Engineering of Deep-Blue-Fluorescent Organic Light-Emitting Diodes with High Operational Stability and Narrowband Emission // Advanced Science. ‒ 2024. ‒ T. 11, № 43. ‒ C. 2407278.
9. Kuang C., Li S., Murtaza I., Meng Z., Li H., Zhang X., Wu C., Tong K.-N., Shang Y., He Y., Zhu Y., Wei G., Meng H. Enhanced Horizontal Dipole Orientation by Novel Penta-Helicene Anthracene-Based Host for Efficient Blue Fluorescent OLEDs // Small. ‒ 2024. ‒ T. 20, № 24. ‒ C. 2311114.
10. Electronic processes in organic semiconductors: An introduction. / Köhler A., Bässler H.: John Wiley & Sons, 2015.
11. Marcus R. A., Sutin N. Electron transfers in chemistry and biology // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Reviews on Bioenergetics. ‒ 1985. ‒ T. 811, № 3. ‒ C. 265-322.
12. Coropceanu V., Cornil J., da Silva Filho D. A., Olivier Y., Silbey R., Brédas J.-L. Charge Transport in Organic Semiconductors // Chemical Reviews. ‒ 2007. ‒ T. 107, № 4. ‒ C. 926-952.
13. Stephens P. J., Devlin F. J., Chabalowski C. F., Frisch M. J. Ab Initio Calculation of Vibrational Absorption and Circular Dichroism Spectra Using Density Functional Force Fields // The Journal of Physical Chemistry. ‒ 1994. ‒ T. 98, № 45. ‒ C. 11623-11627.
14. Schäfer A., Horn H., Ahlrichs R. Fully optimized contracted Gaussian basis sets for atoms Li to Kr // The Journal of Chemical Physics. ‒ 1992. ‒ T. 97, № 4. ‒ C. 2571-2577.
15. Grimme S., Ehrlich S., Goerigk L. Effect of the damping function in dispersion corrected density functional theory // Journal of Computational Chemistry. ‒ 2011. ‒ T. 32, № 7. ‒ C. 1456-1465.
16. Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Physical Chemistry Chemical Physics. ‒ 2005. ‒ T. 7, № 18. ‒ C. 3297-3305.
17. Neese F. Software update: The ORCA program system–Version 5.0 // WIREs Computational Molecular Science. ‒ 2022. ‒ T. 12, № 5. ‒ C. e1606.
18. Jorgensen W. L., Maxwell D. S., Tirado-Rives J. Development and testing of the OPLS all-atom force field on conformational energetics and properties of organic liquids // Journal of the American Chemical Society. ‒ 1996. ‒ T. 118, № 45.
19. Jorgensen W. L., Tirado-Rives J. The OPLS Potential Functions for Proteins. Energy Minimizations for Crystals of Cyclic Peptides and Crambin // Journal of the American Chemical Society. ‒ 1988. ‒ T. 110, № 6.
20. Abraham M. J., Murtola T., Schulz R., Páll S., Smith J. C., Hess B., Lindahl E. GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers // SoftwareX. ‒ 2015. ‒ T. 1-2. ‒ C. 19-25.
21. Kirkpatrick J. An approximate method for calculating transfer integrals based on the ZINDO Hamiltonian // International Journal of Quantum Chemistry. ‒ 2008. ‒ T. 108, № 1. ‒ C. 51-56.
22. Kobayashi H., Kobayashi N., Hosoi S., Koshitani N., Murakami D., Shirasawa R., Kudo Y., Hobara D., Tokita Y., Itabashi M. Hopping and band mobilities of pentacene, rubrene, and 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT) from first principle calculations // The Journal of Chemical Physics. ‒ 2013. ‒ T. 139, № 1.
23. Landi A., Troisi A. Rapid Evaluation of Dynamic Electronic Disorder in Molecular Semiconductors // The Journal of Physical Chemistry C. ‒ 2018. ‒ T. 122, № 32. ‒ C. 18336-18345.
24. Wu M.-F., Yeh S.-J., Chen C.-T., Murayama H., Tsuboi T., Li W.-S., Chao I., Liu S.-W., Wang J.-K. The Quest for High-Performance Host Materials for Electrophosphorescent Blue Dopants // Advanced Functional Materials. ‒ 2007. ‒ T. 17, № 12. ‒ C. 1887-1895.
25. Kim J.-M., Lee C.-H., Kim J.-J. Mobility balance in the light-emitting layer governs the polaron accumulation and operational stability of organic light-emitting diodes // Applied Physics Letters. ‒ 2017. ‒ T. 111, № 20.
Для цитирования:
Сосорев А.Ю., Дубинец Н.О., Стахарный С.А., Нуриев А.В., Морозов А.А. Оценка подвижности зарядов в матрицах излучающих слоев органических светодиодов на основе антрацена с помощью многомасштабного моделирования. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.19