近日(ri)，188bet足球姚(yao)宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉四個課題(ti)組通力合(he)作(zuo)，在純(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)發(fa)(fa)光二極管（LED）領域取得(de)重要(yao)(yao)進展(zhan)。團隊自(zi)主發(fa)(fa)明了電激發(fa)(fa)瞬態光譜（EETA）技(ji)術，并用該技(ji)術揭示(shi)出空穴(xue)泄漏是導致純(chun)紅(hong)三維(wei)(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED效率(lv)滾降的(de)關鍵因素，并開發(fa)(fa)出新型三維(wei)(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)異質結發(fa)(fa)光層降低空穴(xue)泄漏（圖1），成功(gong)制(zhi)備出高性能純(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED。北京時間5月7日(ri)，相(xiang)關研究成果以(yi)“Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs”為題(ti)，發(fa)(fa)表在Nature期刊上，標志著純(chun)紅(hong)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED技(ji)術取得(de)重要(yao)(yao)進展(zhan)。

圖1 鈣鈦礦三維異(yi)質結限抑(yi)制LED中空穴(xue)泄漏

當前，已(yi)報道的(de)高(gao)性(xing)能純紅鈣鈦礦(kuang)LED（外量子(zi)效(xiao)率超20%）主要使用準二維和(he)小尺(chi)寸量子(zi)點鈣鈦礦(kuang)，然(ran)而受限(xian)于其低載流子(zi)遷移率，亮度(du)難以提升。三(san)維混(hun)合鹵化物(wu)鈣鈦礦(kuang)（例如CsPbI3-xBrx）有高載流(liu)子遷移率，但是目前使用CsPbI3-xBrx三維鈣鈦礦(kuang)LED效率在亮度(du)升高時下降嚴重，由于缺(que)乏LED原位表征設備，背后機(ji)理不明。

針對此問題(ti)，團隊(dui)成員(yuan)利用自(zi)主(zhu)發明的EETA技術給CsPbI3-xBrx基LED“拍片子”，發現空穴泄漏(lou)到電子傳(chuan)輸層是三維CsPbI3-xBrx基LED的性能(neng)瓶頸。EETA結果指出更好地限(xian)域空穴、抑制其泄漏(lou)是實現(xian)高(gao)性能(neng)CsPbI3-xBrx基純紅(hong)LED的關(guan)鍵。為了提升(sheng)鈣(gai)鈦礦(kuang)的載(zai)流子限域能力，團隊(dui)提出一(yi)種全新的三維鈣(gai)鈦礦(kuang)異質(zhi)(zhi)結設計，該異質(zhi)(zhi)結材(cai)料(liao)內部存在(zai)窄帶(dai)隙(xi)發光體和限域載(zai)流子的寬(kuan)帶(dai)隙(xi)能壘。其中寬(kuan)帶(dai)隙(xi)材(cai)料(liao)是通過在(zai)部分CsPbI3-xBrx晶格(ge)中插入(ru)(ru)與鉛鹵骨架(jia)作用力強(qiang)、空(kong)間位阻低的(de)有機分(fen)子，從而引(yin)發(fa)部分(fen)晶格(ge)膨脹而實現(xian)的(de)（圖2a，b）。通過(guo)系(xi)統的(de)理論計(ji)算與分(fen)子設計(ji)，成(cheng)功開發(fa)出通過(guo)羧(suo)基(ji)、氨基(ji)和磺(huang)酰基(ji)等多功能基(ji)團(tuan)與鉛鹵骨架(jia)形成(cheng)穩定(ding)結(jie)(jie)合的(de)有機分(fen)子，并實現(xian)寬帶隙(xi)相的(de)精準引(yin)入(ru)(ru)（圖2c）。通過(guo)此(ci)方法(fa)，團(tuan)隊(dui)得(de)到含(han)有異質結(jie)(jie)構且(qie)三維骨架(jia)連續的(de)鈣(gai)鈦礦材料，在實現(xian)載(zai)流子限域的(de)同時保持高(gao)遷移(yi)率。所獲得(de)的(de)三維鈣(gai)鈦礦異質結(jie)(jie)構被高(gao)分(fen)辨透(tou)射(she)電鏡充分(fen)驗證(zheng)（圖2d-i）。

圖2 三(san)維CsPbI3-xBrx鈣鈦礦異質結(jie)的設(she)計與材(cai)料表征(zheng)

通(tong)過構建三維CsPbI3-xBrx異質結(jie)發光層，純紅鈣鈦礦LED器件(jian)的(de)空穴泄漏得到(dao)了有效抑制 （圖3a,b）。相應器件(jian)的(de)峰值(zhi)外量(liang)子(zi)效率（EQE）達到(dao)24.2%，最大亮度為24,600 cd m-2(圖3c,d)。并且器件展現出非常(chang)低(di)的(de)效率滾降(jiang)——亮度為22,670 cd m-2時，器(qi)件依(yi)然具有超過10%的(de)(de)EQE，這優于以往報(bao)道的(de)(de)結(jie)果（圖3e）。該(gai)工作的(de)(de)研(yan)究(jiu)結(jie)果展現出三(san)維(wei)鈣鈦礦異(yi)質結(jie)材(cai)料設計(ji)在(zai)發展高(gao)效、明亮且穩定鈣鈦礦LED方面的(de)(de)巨(ju)大潛力(li)。

圖3 三維異質(zhi)結CsPbI3-xBrx基純(chun)紅(hong)LED的性能

188bet足球宋永慧(hui)（博(bo)士）、李(li)波(bo)（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(wei)本(ben)文的共同第一作者(zhe)，188bet足球姚宏(hong)斌教(jiao)授、樊(fan)逢(feng)佳(jia)教(jiao)授、林岳(yue)教(jiao)授和胡(hu)偉教(jiao)授為(wei)本(ben)論(lun)文的共同通訊作者(zhe)，EETA技術(shu)的發展得到(dao)了杜江峰院士的大力支持。本(ben)工作得到(dao)國家自(zi)然科學基金委、科技部等(deng)基金支持。理化科學實驗中心(xin)為(wei)本(ben)課題(ti)的開展提供(gong)了SEM、PL、UV-vis、球差(cha)電鏡等(deng)表征設備(bei)的支持。

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