中科大团队攻克纯红钙钛矿LED性能瓶颈成果登《自然》期刊

发布时间：2025-5-8 09:37 发布者：eechina

近日，中国科学技术大学姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡伟四个课题组通力合作，在纯红钙钛矿发光二极管（LED）领域取得重要突破。团队通过自主研发的电激发瞬态吸收光谱技术（EETA），揭示了纯红光钙钛矿LED亮度与效率难以兼容的关键机理，并创新性地提出“三维钙钛矿异质结”材料结构设计，成功制备出高性能纯红钙钛矿LED器件。相关成果于北京时间5月7日在线发表于国际学术期刊《自然》，标志着我国在钙钛矿显示技术领域迈出了重要一步。

技术“拍片”破解性能瓶颈

钙钛矿材料凭借高载流子迁移率、高色彩纯度及广色域等优势，成为下一代发光显示技术的核心候选材料。然而，纯红光钙钛矿LED在高亮度条件下效率急剧下降的难题长期制约其应用发展。针对这一瓶颈，樊逢佳团队利用自主研发的EETA技术，首次实现了对LED内部电子-空穴动态行为的原位观测，发现“空穴泄漏至电子传输层”是导致效率滚降的核心原因。该技术犹如为LED“拍片子”，通过捕捉微观尺度下的电荷输运路径，精准定位了性能提升的突破口。

三维异质结构建“宽带隙水坝”

针对上述问题，姚宏斌团队提出“三维钙钛矿异质结”创新方案。研究团队在钙钛矿晶格中精准插入有机分子（如羧基、氨基及磺酰基修饰基团），诱导部分晶格有序膨胀，形成具有高带隙的“宽带隙能垒”。这一结构如同在发光层与电子传输层之间建起“水坝”，既有效阻隔了空穴的逃逸，又维持了载流子的高迁移率，实现了载流子的高效限域。林岳团队通过球差电镜技术确认了异质结晶格的均匀性，胡伟团队则通过理论计算优化了分子设计，从结构稳定性与功能协同性双重维度保障了材料的可靠性。

创纪录性能领跑国际

测试结果显示，基于三维钙钛矿异质结的纯红光LED展现出卓越性能：**峰值外量子效率（EQE）高达24.2%，媲美顶级有机发光二极管（OLED）水平；最大亮度突破24600坎德拉/平方米（cd/m²），较此前同类器件提升三倍；在高达22670 cd/m²的亮度下，仍保持超过10%的EQE，显著优于现有报道。这一成果打破了纯红光LED高亮度与高效率难以兼得的技术桎梏，为其在高清显示领域的应用铺平了道路。

三维异质结CsPbI3-xBrx基纯红LED的性能

产学研协同助力成果转化

此项研究由多个课题组紧密协作完成，其中，中国科学技术大学化学与材料科学学院宋永慧、李波，物理学院王子健、台晓琳等共同参与攻关，并得到了杜江峰院士、理化科学实验中心及国家自然科学基金委等支持。研究团队表示，三维异质结设计策略为钙钛矿材料的功能优化提供了全新思路，未来有望拓展至其他光电器件领域，推动相关技术迭代升级。

钙钛矿LED技术的突破，不仅彰显了中国科学家在新型半导体材料领域的原创实力，更为全球显示产业的技术革新注入强劲动力。