我国学者在纯红钙钛矿发光二极管研究方面取得进展

文章导读

为何纯红钙钛矿LED长期难以兼顾高亮度与高效率？中国科学技术大学姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡伟团队联合上海光源郑官豪杰，首次揭示三维CsPbI3-xBrx材料效率滚降的根源——空穴泄漏至电子传输层。他们创新性提出三维钙钛矿异质结结构，内建宽带隙能垒有效限制载流子，实现24.2%的峰值外量子效率和24,600 cd/m²的高亮度。更惊人的是，即便在超亮条件下，效率仍稳定维持在10%以上，突破行业瓶颈。这项发表于《自然》的研究，为高性能纯红LED提供了全新设计路径。

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图三维异质结钙钛矿设计、晶格表征与器件性能比较

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22325505）等资助下，中国科学技术大学姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡伟联合上海光源郑官豪杰在纯红钙钛矿发光二极管领域取得进展。相关成果以“三维钙钛矿异质结实现高性能钙钛矿纯红发光二极管（Intragrain 3D perovskite heterostructure for high-performance pure-red perovskite LEDs）”为题，于2025年5月7日在线发表于《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6。

　　当前，已报道的纯红钙钛矿发光二极管主要基于准二维和量子点钙钛矿材料，然而受限于这些材料的低载流子迁移率，所制备的发光二极管亮度难以提升。三维混合卤化物钙钛矿CsPbI_3-xBr_x有着高载流子迁移率，但CsPbI_3-xBr_x三维钙钛矿发光二极管外量子效率在亮度升高时下降严重，其背后的效率滚降机理不明。

　　该研究通过原位电激发瞬态吸收光谱仪测量揭示了器件中空穴泄漏到电子传输层是三维CsPbI_3-xBr_x基发光二极管效率滚降的本质原因。为了提升钙钛矿的载流子限域能力从而抑制空穴泄露，上述研究团队提出一种全新的三维钙钛矿异质结设计，该异质结材料内部存在窄带隙发光体和限域载流子的宽带隙能垒。通过构建三维CsPbI_3-xBr_x异质结发光层，纯红钙钛矿发光二极管的空穴泄漏得到了有效抑制，相应的峰值外量子效率达到24.2%，最大亮度为24,600坎德拉每平方米。值得注意的是，器件展现出非常低的效率滚降，即亮度为22,670坎德拉每平方米时器件依然具有超过10%的外量子效率，这优于以往报道的结果。该工作的研究结果表明三维钙钛矿异质结的精准设计是发展高效、明亮且稳定钙钛矿发光二极管的有效途径。