中國金宝搏入口188基于三維異質結設計實現高性能純紅鈣鈦礦發光二極管
近日，188bet足球姚宏斌、樊逢(feng)佳、林岳(yue)、胡偉四(si)個課(ke)題組通力合(he)作，在純(chun)紅(hong)(hong)鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)發(fa)(fa)(fa)光(guang)二極(ji)管（LED）領域取(qu)得重(zhong)要(yao)進展。團隊(dui)自主發(fa)(fa)(fa)明了電激發(fa)(fa)(fa)瞬態光(guang)譜（EETA）技術(shu)(shu)，并(bing)用該技術(shu)(shu)揭示出空穴(xue)泄(xie)漏是導致(zhi)純(chun)紅(hong)(hong)三(san)維鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)LED效率滾降的關(guan)鍵(jian)因素，并(bing)開發(fa)(fa)(fa)出新型三(san)維鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)異質結發(fa)(fa)(fa)光(guang)層降低(di)空穴(xue)泄(xie)漏（圖1），成功制(zhi)備出高性能純(chun)紅(hong)(hong)鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)LED。北京(jing)時間(jian)5月7日，相關(guan)研究成果以“Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs”為題，發(fa)(fa)(fa)表在Nature期刊上(shang)，標志著純(chun)紅(hong)(hong)鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)LED技術(shu)(shu)取(qu)得重(zhong)要(yao)進展。
圖1 鈣鈦礦三維異質結限抑制LED中空穴泄漏
當前，已報道的高性能純紅鈣鈦礦LED（外量子效率超20%）主要使用準二維和小尺寸量子點鈣鈦礦，然而受限于其低載流子遷移率，亮度難以提升。三維混合鹵化物鈣鈦礦（例如CsPbI3-xBrx）有高載流子遷移率，但是目前使用CsPbI3-xBrx三維鈣鈦(tai)礦LED效率在亮度升(sheng)高時下(xia)降嚴重，由于缺乏LED原位表(biao)征設備，背后機理不明。
針對此問題，團隊成員利用自主發明的EETA技術給CsPbI3-xBrx基LED“拍片子”，發現空穴泄漏到電子傳輸層是三維CsPbI3-xBrx基LED的性能瓶頸。EETA結果指出更好地限域空穴、抑制其泄漏是實現高性能CsPbI3-xBrx基純紅LED的關鍵。為了提升鈣鈦礦的載流子限域能力，團隊提出一種全新的三維鈣鈦礦異質結設計，該異質結材料內部存在窄帶隙發光體和限域載流子的寬帶隙能壘。其中寬帶隙材料是通過在部分CsPbI3-xBrx晶格中插入與(yu)鉛鹵(lu)骨(gu)架(jia)作用力強、空(kong)間位阻低的(de)有(you)機(ji)(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)，從而引發部(bu)分(fen)(fen)晶格膨脹而實(shi)現(xian)的(de)（圖(tu)2a，b）。通過系統的(de)理(li)論計(ji)算與(yu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)設計(ji)，成(cheng)(cheng)功開發出通過羧基(ji)(ji)(ji)、氨(an)基(ji)(ji)(ji)和磺酰(xian)基(ji)(ji)(ji)等多功能基(ji)(ji)(ji)團(tuan)與(yu)鉛鹵(lu)骨(gu)架(jia)形成(cheng)(cheng)穩定(ding)結(jie)(jie)合(he)的(de)有(you)機(ji)(ji)分(fen)(fen)子(zi)(zi)，并(bing)實(shi)現(xian)寬(kuan)帶隙相的(de)精準(zhun)引入（圖(tu)2c）。通過此方法，團(tuan)隊得到含有(you)異質(zhi)結(jie)(jie)構且三維(wei)骨(gu)架(jia)連續的(de)鈣(gai)鈦礦材料(liao)，在實(shi)現(xian)載流子(zi)(zi)限域的(de)同時保(bao)持高遷移率。所獲得的(de)三維(wei)鈣(gai)鈦礦異質(zhi)結(jie)(jie)構被高分(fen)(fen)辨透射電鏡充分(fen)(fen)驗證(zheng)（圖(tu)2d-i）。
圖2 三維CsPbI3-xBrx鈣鈦礦異質結(jie)的設(she)計(ji)與(yu)材料表征(zheng)
通過構建三維CsPbI3-xBrx異質結發光層，純紅鈣鈦礦LED器件的空穴泄漏得到了有效抑制 （圖3a,b）。相應器件的峰值外量子效率（EQE）達到24.2%，最大亮度為24,600 cd m-2(圖3c,d)。并且器件展現出非常低的效率滾降——亮度為22,670 cd m-2時(shi)，器(qi)件依然具有超過10%的EQE，這優于以(yi)往報道的結果（圖3e）。該(gai)工作(zuo)的研究結果展現出三維鈣(gai)(gai)鈦礦異質結材(cai)料(liao)設(she)計(ji)在發展高效(xiao)、明亮且(qie)穩定鈣(gai)(gai)鈦礦LED方面的巨(ju)大潛力。
圖3 三維異質結CsPbI3-xBrx基純紅LED的性能
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論文鏈接：//www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6
（化學與材料科學學院、合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、科研部）
