中國科學技術大學姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉團隊通過給發光二極管（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。相關研究成果于北京時間5月7日在線發表在國際學術期刊《自然》（Nature）。
鈣鈦礦三維異質結抑制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體材料，作為LED中的發光層材料，具有載流子遷移率高、色彩純度高、色域廣等優勢。純紅光鈣鈦礦LED作為三基色之一的光源，在未來高清顯示領域極具潛力，應用前景光明，但目前存在亮度與效率難以兼顧等研究難點。
中國科大研究團隊主要解決了純紅光鈣鈦礦LED亮度提高時效率驟降的問題。
樊逢佳團隊自主研發的給LED“拍片子”的“黑科技”——電激發瞬態吸收光譜技術（EETA），探測LED內部的電子（負電）和空穴（正電），發現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。
姚宏斌團隊提出一種新的材料結構設計——“三維鈣鈦礦異質結”有效抑制了空穴泄漏。團隊在鈣鈦礦晶格內部插入有機分子，改變發光層晶體結構，構建了阻攔空穴離開發光層的“水壩”——“寬帶隙能壘”，在實現載流子限域的同時，保持高遷移率。姚宏斌教授聯合胡偉教授對這一創新型設計進行了理論結構分析，林岳教授則利用球差電鏡充分驗證了這一材料。
三維CsPbI3-xBrx鈣鈦礦異質結的設計與材料表征
團隊基于“三維鈣鈦礦異質結”創造的純紅光鈣鈦礦LED具有國際領先水平的高性能：峰值外量子效率（EQE）達到24.2%，與頂級OLED水平相當；最大亮度為24600 cd/m²（坎德拉每平方米），相比之前報道的純紅光三維鈣鈦礦LED提升了三倍；并且器件展現出非常低的效率滾降——亮度為22670 cd/m²時，器件依然具有超過10%的EQE。
這項研究展現出團隊創造的三維鈣鈦礦異質結材料在發展高效、明亮且穩定鈣鈦礦LED方面的巨大潛力。
中國科學技術大學宋永慧（博士）、李波（博士后）、王子健（博士研究生）和臺曉琳（博士研究生）為本文的共同第一作者；中國科學技術大學姚宏斌教授、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。本工作得到國家自然科學基金委、科技部等基金支持。理化科學實驗中心為本課題的開展提供了SEM、PL、UV-vis、球差電鏡等表征設備的支持。
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