近(jin)日，188bet足球姚宏(hong)斌、樊(fan)逢佳、林岳、胡偉四個課題組通力合作，在純(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)發(fa)(fa)光二(er)極管（LED）領域取得重要進(jin)展。團隊自(zi)主(zhu)發(fa)(fa)明了電激發(fa)(fa)瞬態光譜（EETA）技(ji)(ji)術，并用該技(ji)(ji)術揭示出空穴泄漏是導致純(chun)(chun)紅(hong)三維鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)LED效率(lv)滾降的關鍵因素(su)，并開發(fa)(fa)出新型三維鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)異質結發(fa)(fa)光層降低空穴泄漏（圖(tu)1），成功(gong)制(zhi)備出高性能(neng)純(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)LED。北京時間5月7日，相關研究成果以“Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs”為題，發(fa)(fa)表在Nature期(qi)刊上(shang)，標志著(zhu)純(chun)(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)LED技(ji)(ji)術取得重要進(jin)展。

圖1 鈣鈦(tai)礦三維(wei)異質結限抑制(zhi)LED中空(kong)穴泄漏

當前，已(yi)報道的高性能(neng)純紅鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦LED（外量子效(xiao)率(lv)超20%）主要使(shi)用準二維和小尺寸量子點鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦，然(ran)而受(shou)限于其(qi)低載流(liu)子遷移率(lv)，亮度(du)難以提升。三維混合鹵(lu)化物鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦（例如CsPbI3-xBrx）有高載流子遷移率，但是目(mu)前使用(yong)CsPbI3-xBrx三維鈣鈦礦LED效率在亮度升高時(shi)下降嚴重，由于缺乏LED原位(wei)表征設備，背后機理(li)不(bu)明。

針對此問題，團隊成員利(li)用自主(zhu)發明的EETA技術給CsPbI3-xBrx基LED“拍片子”，發(fa)現空穴泄(xie)漏到電(dian)子傳輸層(ceng)是三維CsPbI3-xBrx基LED的性能瓶(ping)頸(jing)。EETA結果指出更好(hao)地限(xian)域空穴、抑制其泄漏是實現高性能CsPbI3-xBrx基純(chun)紅(hong)LED的(de)關鍵。為(wei)了提(ti)升鈣鈦礦的(de)載流子(zi)限域能(neng)力，團(tuan)隊提(ti)出一種全新的(de)三維鈣鈦礦異質結設計(ji)，該異質結材(cai)料內部(bu)存在窄帶(dai)隙發光(guang)體和限域載流子(zi)的(de)寬帶(dai)隙能(neng)壘。其中寬帶(dai)隙材(cai)料是通過在部(bu)分CsPbI3-xBrx晶格中插入與鉛鹵(lu)骨架(jia)作用力強、空間位阻低的(de)有(you)機分(fen)(fen)子(zi)，從而引發(fa)部分(fen)(fen)晶格膨脹而實現的(de)（圖2a，b）。通(tong)過(guo)系統(tong)的(de)理論計(ji)算與分(fen)(fen)子(zi)設(she)計(ji)，成(cheng)功開發(fa)出通(tong)過(guo)羧基(ji)(ji)、氨基(ji)(ji)和(he)磺酰基(ji)(ji)等多功能基(ji)(ji)團與鉛鹵(lu)骨架(jia)形成(cheng)穩定結(jie)合的(de)有(you)機分(fen)(fen)子(zi)，并實現寬帶(dai)隙相(xiang)的(de)精準(zhun)引入（圖2c）。通(tong)過(guo)此方(fang)法(fa)，團隊得到含(han)有(you)異質結(jie)構且三維骨架(jia)連續的(de)鈣鈦(tai)礦材(cai)料，在實現載流子(zi)限域的(de)同時(shi)保(bao)持(chi)高遷移率。所獲得的(de)三維鈣鈦(tai)礦異質結(jie)構被高分(fen)(fen)辨透(tou)射(she)電鏡充分(fen)(fen)驗證（圖2d-i）。

圖(tu)2 三維(wei)CsPbI3-xBrx鈣鈦(tai)礦異質結的設(she)計與(yu)材料表(biao)征

通過構建三維(wei)CsPbI3-xBrx異質結(jie)發光層，純紅鈣鈦礦(kuang)LED器(qi)件(jian)的空穴泄漏得到(dao)了(le)有(you)效抑制 （圖3a,b）。相應器(qi)件(jian)的峰值外量子效率（EQE）達(da)到(dao)24.2%，最大亮(liang)度為24,600 cd m-2(圖3c,d)。并且器件展現出非常低的效率滾(gun)降——亮度(du)為22,670 cd m-2時，器(qi)件(jian)依(yi)然具有超(chao)過10%的(de)(de)EQE，這優于以往(wang)報(bao)道的(de)(de)結(jie)果（圖3e）。該工作的(de)(de)研究結(jie)果展現出三維鈣鈦礦異質結(jie)材(cai)料設計(ji)在發展高效、明(ming)亮且穩(wen)定鈣鈦礦LED方面的(de)(de)巨大潛力。

圖(tu)3 三維異質結CsPbI3-xBrx基(ji)純紅LED的性能

188bet足球宋永慧(hui)（博(bo)士）、李波（博(bo)士后）、王(wang)子健（博(bo)士研(yan)究生）和臺曉琳（博(bo)士研(yan)究生）為本(ben)文的共同第一作(zuo)者，188bet足球姚宏(hong)斌(bin)教(jiao)授(shou)、樊逢佳教(jiao)授(shou)、林(lin)岳教(jiao)授(shou)和胡偉教(jiao)授(shou)為本(ben)論文的共同通訊作(zuo)者，EETA技術的發展得到了杜江(jiang)峰院士的大力支持。本(ben)工作(zuo)得到國家自(zi)然科學基金(jin)(jin)委、科技部(bu)等基金(jin)(jin)支持。理化科學實驗中心為本(ben)課題(ti)的開展提供了SEM、PL、UV-vis、球差電鏡等表征設備的支持。

論文(wen)鏈接：//www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6