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浙江大学材料学院叶志镇院士团队在钙钛矿LED领域连获重大突破
来源：
时间：2024-08-12 19:41:00
近日，浙江大学材料学院叶志镇院士团队在钙钛矿发光二极管（LED）研究方面捷报频传。
在蓝光 LED 效率提升方面，团队成功攻克了钙钛矿氯缺陷控制这一科学难题，创造了当前 460 - 480 nm 显示用蓝光 LED 效率的全球新纪录。其研究成果《Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects》于 7 月 18 日在国际著名期刊《Science Advances》上发表。浙江大学作为该论文的第一单位，高贇博士与蔡秋婷博士研究生为共同第一作者，叶志镇院士、戴兴良研究员、狄大卫教授为共同通讯作者。
与此同时，团队在红光 LED 亮度和稳定性上也再次实现突破。他们成功解决了钙钛矿量子点导电与导热差的难题，达成了 40 万尼特的最高亮度纪录。相关研究成果《Thermal management towards ultra-bright and stable perovskite nanocrystal-based pure red light-emitting diodes》于 8 月 3 日在国际著名期刊《Nature Communications》上刊出。浙江大学同样为该论文的第一单位，李红金博士与朱晓芳博士研究生为共同第一作者，叶志镇院士、戴兴良研究员为共同通讯作者。今年以来，该团队已连续发表 5 篇高水平论文。
钙钛矿混合卤素蓝光器件效率的发展并非一帆风顺，“波长越蓝，提升越难”。特别是对于深蓝和纯蓝波段的 LED 器件，常规的钝化手段对效率提升效果甚微。造成器件性能不佳的主要原因在于：一是卤素原子最外层 p 轨道参与构成钙钛矿能带结构，氯的引入加深了价带顶，加大了空穴注入的势垒；二是氯的引入带来氯空位，形成深能级缺陷，增加了非辐射复合通道，降低了光学性能。基于此，团队深入探究制约蓝光器件效率的关键因素，以寻求突破效率瓶颈的方法。
研究团队通过不同时间尺度下的光谱观测，明晰了氯含量与氯缺陷及材料光学性能之间的变化关联，得出氯含量与纳米晶薄膜中缺陷及荧光量子产率呈负相关的定性关系，并提出降低氯含量以抑制氯缺陷这一提升蓝光 LED 器件性能的关键思路。采用 A 位铷补偿策略，在保证 CsPbBrxCl3-x 纳米晶发光波长不变的情况下，有效降低了氯含量，显著抑制了缺陷，提升了纳米晶的光学性能。基于含铷纳米晶制备的钙钛矿蓝光 LED 器件在显示所需波段下均实现了更高的器件效率，其中 480nm 的器件效率高达 26.4%，成为迄今钙钛矿蓝光 LED 器件中的最高效率。
在纯红光钙钛矿发光二极管领域，外量子效率已接近极限，但高性能的红光 LED 仍面临诸多挑战，如低饱和亮度、严重的 EQE 衰减以及较差的工作稳定性等。多数纯红 LED 的最大亮度仅为几千尼特，难以满足高亮度显示的需求。其中，发光层的高电阻以及玻璃衬底的低导热率导致的焦耳热耗散不足，被视为影响 LED 性能的关键因素之一。热量积聚不仅会增加热激活陷阱态并加速离子相关过程，还会导致钙钛矿发光层的热降解或分解。器件中温度的升高还可能进一步破坏电荷注入平衡，并影响载流子的复合速率。至今，在纯红光 LED 中同时实现高效率、高亮度、改善的 EQE 滚降和光谱稳定性仍困难重重。
研究团队另辟蹊径，开发了控制纳米晶薄膜发光层的焦耳热生成和增强器件散热的协同策略。通过磷酸二苯酯对纳米晶进行表面调控，提升了纳米晶薄膜的光学性能和载流子传输性能。结合高导热率的蓝宝石衬底以及脉冲模式驱动，成功实现了近 40 万尼特的超高亮度 LED，比已报道的器件亮度高出两个数量级。并且，在高电流密度（15 A cm−2）范围内保持了出色的光谱稳定性，达到了与无机 LED 相近的水平。该项研究突显了热管理策略在推进高性能钙钛矿 LED 中的重要性，结果表明，增强纳米晶的光电特性有助于减少焦耳热的产生，有效的散热器集成和充足的散热有利于器件内的有效热管理，最终助力实现高性能器件。超高电流密度下钙钛矿量子点器件所展现的超高亮度和稳定性，为高功率钙钛矿基器件的发展筑牢了根基。
前言：钙钛矿发光二极管作为新兴的研究领域，一直备受科学界关注。浙江大学材料学院叶志镇院士团队在该领域的深入探索和卓越成果，为这一领域的发展注入了强大动力。
结尾：上述一系列突破性工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本业务费、浙江省“尖兵”“领雁”项目、浙江大学温州研究院科技专项、山西 - 浙大新材料与化工研究院等的共同资助和支持。相信在未来，叶志镇院士团队将在钙钛矿 LED 领域继续勇攀高峰，为科技创新贡献更多力量。
在蓝光 LED 效率提升方面，团队成功攻克了钙钛矿氯缺陷控制这一科学难题，创造了当前 460 - 480 nm 显示用蓝光 LED 效率的全球新纪录。其研究成果《Highly efficient blue light-emitting diodes based on mixed-halide perovskites with reduced chlorine defects》于 7 月 18 日在国际著名期刊《Science Advances》上发表。浙江大学作为该论文的第一单位，高贇博士与蔡秋婷博士研究生为共同第一作者，叶志镇院士、戴兴良研究员、狄大卫教授为共同通讯作者。
与此同时，团队在红光 LED 亮度和稳定性上也再次实现突破。他们成功解决了钙钛矿量子点导电与导热差的难题，达成了 40 万尼特的最高亮度纪录。相关研究成果《Thermal management towards ultra-bright and stable perovskite nanocrystal-based pure red light-emitting diodes》于 8 月 3 日在国际著名期刊《Nature Communications》上刊出。浙江大学同样为该论文的第一单位，李红金博士与朱晓芳博士研究生为共同第一作者，叶志镇院士、戴兴良研究员为共同通讯作者。今年以来，该团队已连续发表 5 篇高水平论文。
钙钛矿混合卤素蓝光器件效率的发展并非一帆风顺，“波长越蓝，提升越难”。特别是对于深蓝和纯蓝波段的 LED 器件，常规的钝化手段对效率提升效果甚微。造成器件性能不佳的主要原因在于：一是卤素原子最外层 p 轨道参与构成钙钛矿能带结构，氯的引入加深了价带顶，加大了空穴注入的势垒；二是氯的引入带来氯空位，形成深能级缺陷，增加了非辐射复合通道，降低了光学性能。基于此，团队深入探究制约蓝光器件效率的关键因素，以寻求突破效率瓶颈的方法。
研究团队通过不同时间尺度下的光谱观测，明晰了氯含量与氯缺陷及材料光学性能之间的变化关联，得出氯含量与纳米晶薄膜中缺陷及荧光量子产率呈负相关的定性关系，并提出降低氯含量以抑制氯缺陷这一提升蓝光 LED 器件性能的关键思路。采用 A 位铷补偿策略，在保证 CsPbBrxCl3-x 纳米晶发光波长不变的情况下，有效降低了氯含量，显著抑制了缺陷，提升了纳米晶的光学性能。基于含铷纳米晶制备的钙钛矿蓝光 LED 器件在显示所需波段下均实现了更高的器件效率，其中 480nm 的器件效率高达 26.4%，成为迄今钙钛矿蓝光 LED 器件中的最高效率。
在纯红光钙钛矿发光二极管领域，外量子效率已接近极限，但高性能的红光 LED 仍面临诸多挑战，如低饱和亮度、严重的 EQE 衰减以及较差的工作稳定性等。多数纯红 LED 的最大亮度仅为几千尼特，难以满足高亮度显示的需求。其中，发光层的高电阻以及玻璃衬底的低导热率导致的焦耳热耗散不足，被视为影响 LED 性能的关键因素之一。热量积聚不仅会增加热激活陷阱态并加速离子相关过程，还会导致钙钛矿发光层的热降解或分解。器件中温度的升高还可能进一步破坏电荷注入平衡，并影响载流子的复合速率。至今，在纯红光 LED 中同时实现高效率、高亮度、改善的 EQE 滚降和光谱稳定性仍困难重重。
研究团队另辟蹊径，开发了控制纳米晶薄膜发光层的焦耳热生成和增强器件散热的协同策略。通过磷酸二苯酯对纳米晶进行表面调控，提升了纳米晶薄膜的光学性能和载流子传输性能。结合高导热率的蓝宝石衬底以及脉冲模式驱动，成功实现了近 40 万尼特的超高亮度 LED，比已报道的器件亮度高出两个数量级。并且，在高电流密度（15 A cm−2）范围内保持了出色的光谱稳定性，达到了与无机 LED 相近的水平。该项研究突显了热管理策略在推进高性能钙钛矿 LED 中的重要性，结果表明，增强纳米晶的光电特性有助于减少焦耳热的产生，有效的散热器集成和充足的散热有利于器件内的有效热管理，最终助力实现高性能器件。超高电流密度下钙钛矿量子点器件所展现的超高亮度和稳定性，为高功率钙钛矿基器件的发展筑牢了根基。
前言：钙钛矿发光二极管作为新兴的研究领域，一直备受科学界关注。浙江大学材料学院叶志镇院士团队在该领域的深入探索和卓越成果，为这一领域的发展注入了强大动力。
结尾：上述一系列突破性工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本业务费、浙江省“尖兵”“领雁”项目、浙江大学温州研究院科技专项、山西 - 浙大新材料与化工研究院等的共同资助和支持。相信在未来，叶志镇院士团队将在钙钛矿 LED 领域继续勇攀高峰，为科技创新贡献更多力量。
