中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉團(tuán)隊(duì)通過給發(fā)光二極管（LED）“拍片子”，找到了純紅鈣鈦礦LED性能瓶頸的原因，并成功制備出高性能純紅光鈣鈦礦LED。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間5月7日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。
鈣鈦礦三維異質(zhì)結(jié)抑制LED中空穴泄漏卡通示意圖
金屬鹵化物鈣鈦礦是新一代明星半導(dǎo)體材料，作為L(zhǎng)ED中的發(fā)光層材料，具有載流子遷移率高、色彩純度高、色域廣等優(yōu)勢(shì)。純紅光鈣鈦礦LED作為三基色之一的光源，在未來高清顯示領(lǐng)域極具潛力，應(yīng)用前景光明，但目前存在亮度與效率難以兼顧等研究難點(diǎn)。
中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)主要解決了純紅光鈣鈦礦LED亮度提高時(shí)效率驟降的問題。
研究團(tuán)隊(duì)合影
樊逢佳團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的給LED“拍片子”的“黑科技”——電激發(fā)瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)（EETA），探測(cè)LED內(nèi)部的電子（負(fù)電）和空穴（正電），發(fā)現(xiàn)空穴泄漏到電子傳輸層是純紅光鈣鈦礦LED性能瓶頸的原因。
姚宏斌團(tuán)隊(duì)提出一種新的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——“三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)”有效抑制了空穴泄漏。團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦晶格內(nèi)部插入有機(jī)分子，改變發(fā)光層晶體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了阻攔空穴離開發(fā)光層的“水壩”——“寬帶隙能壘”，在實(shí)現(xiàn)載流子限域的同時(shí)，保持高遷移率。姚宏斌教授聯(lián)合胡偉教授對(duì)這一創(chuàng)新型設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論結(jié)構(gòu)分析，林岳教授則利用球差電鏡充分驗(yàn)證了這一材料。
三維CsPbI3-xBrx鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的設(shè)計(jì)與材料表征
團(tuán)隊(duì)基于“三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)”創(chuàng)造的純紅光鈣鈦礦LED具有國(guó)際領(lǐng)先水平的高性能：峰值外量子效率（EQE）達(dá)到24.2%，與頂級(jí)OLED水平相當(dāng)；最大亮度為24600 cd/m2（坎德拉每平方米），相比之前報(bào)道的純紅光三維鈣鈦礦LED提升了三倍；并且器件展現(xiàn)出非常低的效率滾降——亮度為22670 cd/m2時(shí)，器件依然具有超過10%的EQE。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)討論
這項(xiàng)研究展現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)材料在發(fā)展高效、明亮且穩(wěn)定鈣鈦礦LED方面的巨大潛力。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宋永慧（博士）、李波（博士后）、王子健（博士研究生）和臺(tái)曉琳（博士研究生）為本文的共同第一作者；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌教授、樊逢佳教授、林岳教授和胡偉教授為本論文的共同通訊作者。本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等基金支持。理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心為本課題的開展提供了SEM、PL、UV-vis、球差電鏡等表征設(shè)備的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-4078-0.html中國(guó)科大成功制備高性能純紅光鈣鈦礦LED
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