重大突破！钙钛矿LED外量子效率突破30%

近日，由中国科学院院士、西北工业大学柔性电子国家基础（前沿）科学中心首席科学家黄维，南京工业大学柔性电子（未来技术）学院王建浦教授、朱琳副教授团队，在钙钛矿发光二极管（LED）研究领域取得重大突破：通过加快辐射复合速率，显著提高荧光量子效率，使钙钛矿LED外量子效率突破30%，接近实现产业化水平。相关成果发表在国际学术期刊《自然》上。

LED是新型显示领域的关键核心技术，在高端制造业中具有重要地位。钙钛矿LED是一类新兴的薄膜LED，具有加工工艺简便、高亮度高效率等特性，近年来在光电器件研究领域备受瞩目，成为全球新型发光与显示技术激烈竞争的焦点。

钙钛矿发光材料有三维、低维之分，其中三维钙钛矿最有潜力实现高亮度下的高效率发光，对未来发光显示技术实现产业化意义重大。然而，三维钙钛矿LED外量子效率普遍停留在20%左右，整体性能提升遭遇瓶颈。

提升三维钙钛矿材料的荧光量子效率一直是世界性难题。王建浦表示，外量子效率由荧光量子效率和光提取效率共同决定。目前，器件光提取效率限制已被突破，荧光量子效率的提升却未及预期。

“荧光量子效率是辐射复合与非辐射复合过程竞争的结果，为了提升荧光量子效率，需要抑制非辐射复合、提升辐射复合。以往研究中大多采取缺陷钝化的方式来抑制非辐射复合，但即使三维钙钛矿薄膜缺陷密度已经减少到单晶钙钛矿水平，荧光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦说。

为解决这一富有挑战性的难题，该团队创造性地提出了一种通过调控晶体生长的方法，以生成辐射复合速率更快的钙钛矿晶相，从而使荧光量子效率得以显著提高。同时，团队成功地保持了三维钙钛矿的亚微米结构，使得器件的光提取效率不受影响，达到了双管齐下的效果。由此，这项研究实现了96%的荧光量子效率和大于30%的光提取效率，并进一步制备出外量子效率32%的高效钙钛矿LED，再次创造了钙钛矿LED发光效率的世界纪录。

“我们发现器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在100毫安每平方厘米的大电流密度下，外量子效率仍能保持在30%。”朱琳介绍说。

钙钛矿LED的发展，预示着其在高效绿色照明领域的广泛应用前景。黄维院士表示，“这一重大突破进一步彰显了基于钙钛矿半导体材料的薄膜LED技术的巨大潜力，必将推动基于钙钛矿LED的显示技术的产业化步伐。”

由黄维院士、王建浦教授领衔的创新团队是国际上钙钛矿LED研究的开拓者与引领者。2014年以来，该团队多次突破钙钛矿 LED外量子效率纪录。团队研究成果在全球钙钛矿LED研究领域中形成重大影响，为海内外同行探索高效率钙钛矿LED提供了借鉴。