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近日，中國科學技術大學姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡偉四個課題組通力合作，在純紅鈣鈦礦發光二極管（LED）領域取得重要突破。團隊通過自主研發的電激發瞬態吸收光譜技術（EETA），揭示了純紅光鈣鈦礦LED亮度與效率難以兼容的關鍵機理，并創新性地提出“三維鈣鈦礦異質結”材料結構設計，成功制備出高性能純紅鈣鈦礦LED器件。相關成果于北京時間5月7日在線發表于國際學術期刊《自然》，標志著我國在鈣鈦礦顯示技術領域邁出了重要一步。 技術“拍片”破解性能瓶頸 鈣鈦礦材料憑借高載流子遷移率、高色彩純度及廣色域等優勢，成為下一代發光顯示技術的核心候選材料。然而，純紅光鈣鈦礦LED在高亮度條件下效率急劇下降的難題長期制約其應用發展。針對這一瓶頸，樊逢佳團隊利用自主研發的EETA技術，首次實現了對LED內部電子-空穴動態行為的原位觀測，發現“空穴泄漏至電子傳輸層”是導致效率滾降的核心原因。該技術猶如為LED“拍片子”，通過捕捉微觀尺度下的電荷輸運路徑，精準定位了性能提升的突破口。 三維異質結構建“寬帶隙水壩” 針對上述問題，姚宏斌團隊提出“三維鈣鈦礦異質結”創新方案。研究團隊在鈣鈦礦晶格中精準插入有機分子（如羧基、氨基及磺酰基修飾基團），誘導部分晶格有序膨脹，形成具有高帶隙的“寬帶隙能壘”。這一結構如同在發光層與電子傳輸層之間建起“水壩”，既有效阻隔了空穴的逃逸，又維持了載流子的高遷移率，實現了載流子的高效限域。林岳團隊通過球差電鏡技術確認了異質結晶格的均勻性，胡偉團隊則通過理論計算優化了分子設計，從結構穩定性與功能協同性雙重維度保障了材料的可靠性。 創紀錄性能領跑國際 測試結果顯示，基于三維鈣鈦礦異質結的純紅光LED展現出卓越性能：**峰值外量子效率（EQE）高達24.2%，媲美頂級有機發光二極管（OLED）水平；最大亮度突破24600坎德拉/平方米（cd/m²），較此前同類器件提升三倍；在高達22670 cd/m²的亮度下，仍保持超過10%的EQE，顯著優于現有報道。這一成果打破了純紅光LED高亮度與高效率難以兼得的技術桎梏，為其在高清顯示領域的應用鋪平了道路。 
三維異質結CsPbI3-xBrx基純紅LED的性能 產學研協同助力成果轉化 此項研究由多個課題組緊密協作完成，其中，中國科學技術大學化學與材料科學學院宋永慧、李波，物理學院王子健、臺曉琳等共同參與攻關，并得到了杜江峰院士、理化科學實驗中心及國家自然科學基金委等支持。研究團隊表示，三維異質結設計策略為鈣鈦礦材料的功能優化提供了全新思路，未來有望拓展至其他光電器件領域，推動相關技術迭代升級。 鈣鈦礦LED技術的突破，不僅彰顯了中國科學家在新型半導體材料領域的原創實力，更為全球顯示產業的技術革新注入強勁動力。 |
