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(yao)宏斌、樊(fan)逢(feng)佳、林岳、胡(hu)偉四個課題(ti)組通(tong)力合作，在(zai)(zai)純(chun)(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)發(fa)光(guang)二極管(guan)（LED）領域取(qu)得(de)重(zhong)要進展。團(tuan)隊自(zi)主發(fa)明了(le)電激發(fa)瞬態光(guang)譜（EETA）技術(shu)，并(bing)用(yong)該技術(shu)揭示(shi)出(chu)空(kong)穴(xue)泄漏是導致(zhi)純(chun)(chun)(chun)紅(hong)三(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)LED效率滾降(jiang)的關(guan)鍵因素，并(bing)開發(fa)出(chu)新型三(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)異質結發(fa)光(guang)層降(jiang)低空(kong)穴(xue)泄漏（圖1），成功制備(bei)出(chu)高性(xing)能純(chun)(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)LED。北京(jing)時間5月7日，相關(guan)研(yan)究(jiu)成果(guo)以“Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs”為題(ti)，發(fa)表在(zai)(zai)Nature期刊上，標(biao)志著純(chun)(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)LED技術(shu)取(qu)得(de)重(zhong)要進展。
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(wei)鈣(gai)鈦(tai)礦LED效率在亮度升(sheng)高(gao)時下(xia)降嚴重，由于缺乏LED原位表(biao)征設備，背后機理(li)不明(ming)。
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晶格中插入與鉛鹵骨架(jia)作用(yong)力強、空間位阻低(di)的(de)(de)有(you)機(ji)分(fen)(fen)(fen)子，從而引發(fa)部(bu)分(fen)(fen)(fen)晶格膨脹而實(shi)(shi)現的(de)(de)（圖(tu)2a，b）。通過(guo)系統的(de)(de)理論(lun)計算與分(fen)(fen)(fen)子設計，成功(gong)開發(fa)出通過(guo)羧基、氨基和磺(huang)酰基等(deng)多(duo)功(gong)能基團(tuan)與鉛鹵骨架(jia)形成穩定結合的(de)(de)有(you)機(ji)分(fen)(fen)(fen)子，并實(shi)(shi)現寬(kuan)帶隙相的(de)(de)精準引入（圖(tu)2c）。通過(guo)此方法，團(tuan)隊得(de)到含有(you)異(yi)質(zhi)(zhi)結構且三(san)維骨架(jia)連續的(de)(de)鈣鈦(tai)礦材料，在(zai)實(shi)(shi)現載流子限(xian)域的(de)(de)同時保持(chi)高(gao)遷移率。所(suo)獲(huo)得(de)的(de)(de)三(san)維鈣鈦(tai)礦異(yi)質(zhi)(zhi)結構被高(gao)分(fen)(fen)(fen)辨透(tou)射(she)電鏡充(chong)分(fen)(fen)(fen)驗證（圖(tu)2d-i）。
圖2 三維CsPbI3-xBrx鈣(gai)鈦礦異(yi)質結的設計與材料表征
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，器件依然具(ju)有(you)超(chao)過10%的EQE，這優于(yu)以往(wang)報道的結果（圖3e）。該工作(zuo)的研究結果展現出三維鈣鈦礦(kuang)異質結材料(liao)設計在發展高效、明亮且穩(wen)定鈣鈦礦(kuang)LED方面的巨大潛力。
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）
