近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)通過給發(fā)光二極管（LED）“拍片子”（），找到了純紅光鈣鈦礦LED性能瓶頸的原因，并成功制備出高性能純紅光鈣鈦礦LED。

▲鈣鈦礦三維異質(zhì)結(jié)抑制LED中空穴泄漏示意圖

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，但目前存在亮度與效率難以兼顧等研究難點。

針對純紅光鈣鈦礦LED亮度提高時效率驟降的問題，研究團隊自主研發(fā)了給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LED內(nèi)部的電子（負電）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。

EETA結(jié)果指出，更好地限域空穴、抑制其泄漏，是實現(xiàn)高性能純紅光鈣鈦礦LED的關(guān)鍵。

研究團隊提出了一種全新的三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)設(shè)計方法，在鈣鈦礦晶格內(nèi)部插入有機分子，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”，在實現(xiàn)載流子限域的同時，保持高遷移率。

研究團隊對這一創(chuàng)新型設(shè)計進行了理論結(jié)構(gòu)分析，并利用球差電鏡充分驗證了這一材料。

▲三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的設(shè)計與材料表征

基于“三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)”創(chuàng)造的純紅光鈣鈦礦LED，具有國際領(lǐng)先水平的高性能：峰值外量子效率達到24.2%，與頂級OLED水平相當；最大亮度為24600cd/m2，相比之前報道的純紅光三維鈣鈦礦LED提升了三倍；器件還展現(xiàn)出非常低的效率滾降（發(fā)光器件在保持高亮度時，發(fā)光效率急劇下降），亮度為22670cd/m2時，器件依然具有超過10%的峰值外量子效率。

該三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)材料在發(fā)展高效、明亮且穩(wěn)定的鈣鈦礦LED方面具有巨大潛力。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6

來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

責任編輯：王穎