Photophysical characterizations of OLED relevant Cu(I) complexes exhibiting thermally activated delayed fluorescence (TADF)

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	20 April 2015
Referee:	Prof. Dr. Hartmut Yersin and Prof. Dr. Bernhard Dick
Date of exam:	9 March 2015
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie > Chair of Chemistry III - Physical Chemistry (Molecular Spectroscopy and Photochemistry) > Prof. Dr. Hartmut Yersin
Keywords:	thermally activated delayed fluorescence, delayed fluorescence, TADF, phosphorescence, OLED, spin-orbit coupling, zero-field splitting, copper complexes, silver complexes, optical spectroscopy, singlet harvesting, luminescence, fluorescence
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	31510

Abstract (English)

In this thesis, different classes of OLED relevant Cu(I) complexes as well as one Ag(I) complex were investigated especially with regard to their photophysical properties. Hereby, the main focus was to establish a relationship between the molecular structure of the compounds and their emission properties. To achieve this, for each compound class different, systematically varied substances were ...

Abstract (English)

In this thesis, different classes of OLED relevant Cu(I) complexes as well as one Ag(I) complex were investigated especially with regard to their photophysical properties. Hereby, the main focus was to establish a relationship between the molecular structure of the compounds and their emission properties. To achieve this, for each compound class different, systematically varied substances were studied. Hereby, dinuclear halide-bridged Cu(I) and Ag(I) complexes with aminophosphine and diphosphine ligands as well as mononuclear Cu(I) complexes with three or four coordinations were in the focus of the investigations.
To obtain insight into the electronic structures, the emission behavior of the substances was studied in a wide temperature range between T = 1.3 K and 300 K. In addition, for some compounds also the influence of the surrounding matrix environment on the emission behavior was investigated. Furthermore, density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT) calculations have been performed to gain a more profound insight into the electronic states that determine the emission behavior of the compounds.
The performed measurements allowed to develop a detailed understanding for the photophysical properties, such as emission decay time, emission color, and emission quantum yield and how these properties can be changed by defined chemical modifications. In addition, for most of the studied substances the occurrence of a thermally activated delayed fluorescence (TADF) could be proven. Furthermore, the mechanisms that control the occurrence of a TADF could be elucidated. Through this, valuable insights could be gained for future developments of novel, efficient emitters for OLED applications based on Cu(I) and Ag(I) complexes.

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Klassen von OLED relevanten Cu(I) Komplexen sowie ein Ag(I) Komplex in Bezug auf ihre photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Der Schwerpunkt lag darauf, eine Beziehung zwischen Molekülstruktur und Emissionseigenschaften zu etablieren. Hierzu wurden für jede Verbindungsklasse verschiedene, systematisch variierte Substanzen charakterisiert. Im ...

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Klassen von OLED relevanten Cu(I) Komplexen sowie ein Ag(I) Komplex in Bezug auf ihre photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Der Schwerpunkt lag darauf, eine Beziehung zwischen Molekülstruktur und Emissionseigenschaften zu etablieren. Hierzu wurden für jede Verbindungsklasse verschiedene, systematisch variierte Substanzen charakterisiert. Im Fokus der Arbeit standen zweikernige, halogenverbrückte Cu(I) und Ag(I) Komplexe mit Aminophospin- und Diphospin-Liganden sowie einkernige Cu(I) Komplexe mit drei oder vier Koordinationen.
Um Einblick in die elektronischen Strukturen zu erhalten, wurde das Emissionsverhalten der Substanzen in einem weiten Temperaturbereich zwischen T = 1,3 K und 300 K studiert. Für einige Verbindungen wurde zudem der Einfluss der umgebenden Matrix auf die Emissionseigenschaften untersucht. Zusätzlich wurden Dichtefunktionaltheorie (DFT) und zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) Rechnungen durchgeführt, um das Verständnis über die elektronischen Zustände, die zur Emission beitragen, weiter zu vertiefen.
Die durchgeführten Untersuchungen ermöglichten es, ein detailliertes Verständnis für die photophysikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Emissionsabklingzeit, Emissionsfarbe und Emissionsquantenausbeute zu gewinnen und wie sich diese durch gezielte chemische Modifikationen verändern lassen. Bei vielen Verbindungen konnte zudem das Auftreten einer thermisch aktivierten verzögerten Fluoreszenz (TADF) nachgewiesen werden. Weiterhin konnten Mechanismen aufgeklärt werden, die das Auftreten einer TADF steuern. Hierdurch war es möglich, wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung neuer, effizienter Emitter für OLED Anwendungen basierend auf Cu(I) und Ag(I) Komplexen zu gewinnen.

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