中国科学技术大学新型材料设计使纯红色钙钛矿LED具有破纪录的性能
发布时间：2025-05-12 17:24:52 阅读数： 451
中国科学院（CAS）中国科学技术大学（USTC）的一个团队通过确定和解决高亮度下效率损失的根本原因，解决了纯红色过氧化物发光二极管（PeLED）中的一个关键难题。
他们的研究报告发表在《自然》杂志上，介绍了一种新型材料设计，该设计实现了破纪录的器件性能，达到了 24.2% 的峰值外部量子效率 (EQE)，最大亮度为 24,600 cd m-2，是迄今为止报道的最亮的纯红色 PeLED。
纯红光 PeLED 对于生动显示和照明至关重要，但长期以来一直面临着效率和亮度之间的权衡问题。虽然 CsPbI3-xBrx 等三维混合卤化物钙钛矿材料具有优异的电荷传输性能，但由于载流子泄漏问题无法解决，它们在大电流下的效率会急剧下降。
由姚宏斌教授、范凤佳教授、林跃教授和胡伟教授领导的研究小组利用自主开发的诊断工具--电激发瞬态吸收（EETA）光谱，捕捉了运行器件中的实时载流子动态。他们发现，空穴漏入电子传输层--之前由于缺乏原位表征方法而未被发现--是导致效率下降的罪魁祸首。
三维CsPbI3-xBrx钙钛矿异质结的设计与材料表征
由姚宏斌教授、范凤佳教授、林跃教授和胡伟教授领导的研究小组利用自主开发的诊断工具--电激发瞬态吸收（EETA）光谱，捕捉了运行器件中的实时载流子动态。他们发现，空穴漏入电子传输层--之前由于缺乏原位表征方法而未被发现--是导致效率下降的罪魁祸首。
为了解决这个问题，研究人员在过氧化物发光体中设计了一种三维粒内异质结构。这种设计在连续的[PbX6]4-框架中嵌入了窄带隙发光区，并由限制载流子的宽带隙壁垒隔开。
该策略的关键是对甲苯磺酰基-L-精氨酸（PTLA）分子，它通过多个官能团（胍基、羧基、氨基和磺酰基）与钙钛矿晶格紧密结合。
PTLA 局部扩展了晶格，在不破坏结构连续性的情况下产生了宽带隙相。高分辨率透射电子显微镜 （TEM）和超快光谱分析证实了异质结构各相之间无缝的载流子传输，并抑制了空穴泄漏。
钙钛矿三维异质结构抑制LED空穴泄漏。
优化后的 PeLED 表现出前所未有的性能：在 22,670 cd m-2 的亮度下（接近峰值亮度的 90%），外部量子效率 EQE 保持在 10.5%，远远超过了之前的记录。稳定性测试显示，在 100 cd m-2 的条件下，半衰期为 127 小时，运行期间光谱偏移极小。
研究团队将这一成功归功于异质结构的双重作用：将空穴限制在发射器中，同时通过不间断的3D晶格保持高载流子迁移率。
这项研究将先进的诊断技术与创新的材料工程相结合，填补了包晶体光电子学领域的一个关键空白。评论家们称赞这项研究是 “钙钛矿 LED 研究的里程碑”，强调其方法的严谨性和成果的变革性。
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