中国推出最亮的纯红色钙钛矿LED，效率创纪录地达到24.2%

研究人员开发了EETA光谱，这是一种用于实时分析操作设备载流子动力学的专用工具。

中国科学家近日宣布，他们研制出了迄今为止最亮、最高效的纯红色钙钛矿发光二极管（PeLEDs）。

中国科学技术大学（USTC）的一个团队取得了这一突破，解决了以前限制这些极有前途的材料性能的一个关键缺陷。

该研究小组已经成功地设计出了峰值外部量子效率为24.2%的PED，最大亮度达到了每平方米24600坎德拉（cd m−2）。

纯红色PLED被认为是下一代生动显示和节能照明解决方案发展的关键。然而，长期以来，效率和亮度之间的权衡一直阻碍着它们的发展。

这是由于常用的3D混合卤化物钙钛矿材料（如CsPbI3−x Brx）中的“载流子泄漏”，其中电荷在转化为光之前会逃逸。

“虽然像CsPbI3-xBrx这样的三维（3D）混合卤化物钙钛矿提供了出色的电荷传输，但由于未解决的载流子泄漏，它们的效率在高电流下急剧下降，”该团队解释说。

开发专用诊断工具

由姚宏斌、范凤佳、林跃和胡伟教授领导的中国科技大学研究小组，正面解决了这个问题。

为了解决这一问题，由中国科技大学姚宏斌、范凤佳、林跃和胡伟教授领导的研究人员开发了一种专门的诊断工具 —— 电激发瞬态吸收（EETA）光谱。这使得他们能够在操作设备中进行载波动态的实时分析。

该团队能够精确地确定泄漏的原因。

“他们发现电子传输层的空穴泄漏 —— 由于缺乏原位表征方法而未被发现 —— 是效率下降背后的罪魁祸首，”新闻稿强调说。

“为了增强钙钛矿的载流子约束能力，研究人员在钙钛矿发射体内设计了一种3D晶间异质结构，它在连续的[PbX6]4-框架内嵌入窄带隙发光区域，由限制载流子的宽带隙屏障隔开。”

这些屏障有效地捕获了载流子，并迫使它们更有效地转化为光。

克服钙钛矿光电子学的重大障碍

这种新结构的一个关键组成部分是一种名为对甲苯磺酰基-L-精氨酸（PTLA）的分子。科学家们发现，PTLA独特的化学结构使其能够将自身固定在钙钛矿晶格中。

研究人员解释说：“PTLA局部扩展了晶格，在不破坏结构连续性的情况下创造了宽带隙相。”

“高分辨率透射电子显微镜和超快光谱证实了异质结构相之间的无缝载流子转移和抑制空穴泄漏。”

优化后的PeLED器件表现出前所未有的性能。即使在峰值亮度（22670 cd m−2）接近90%的情况下，新型PLED也能保持令人印象深刻的10.5%的效率。

新闻稿总结道：“稳定性测试显示，在100 cdm-2下，半衰期为127小时，运行过程中光谱偏移最小。”

通过将先进的诊断技术与智能材料工程相结合，中国科大的科学家们克服了钙钛矿光电子学的重大障碍，为新一代明亮的纯红色光源打开了大门，用于广泛的技术。

这项研究发表在《自然》杂志上。

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