采用“弱空间限域”策略实现超稳定钙钛矿LED

近日，中国科学技术大学肖正国教授带领的研究团队在提高钙钛矿发光二极管（LED）寿命方面取得了重要进展。他们提出了一种被称作“弱空间限域”的新方法，制备出了晶体颗粒更大、更耐高温的全无机钙钛矿薄膜，成功将LED亮度提高到116万尼特以上，使用寿命超过18万小时。6月11日，相关成果以“Weakly space-confined all-inorganic perovskites for light-emitting diodes”为题，发表在《Nature》期刊上。

钙钛矿是一种性能优越的新型材料，具有高发光效率、成本低廉和制作灵活的优点，在太阳能电池、LED和探测器中应用前景广泛。然而，由于传统的钙钛矿材料中，电子和空穴（负责发光的电荷）难以有效碰撞发光，因此科研人员之前多采用“强空间限域”的方法——例如制作非常小的纳米颗粒或极薄的材料层，来提高发光效率。但这种方法的缺点是LED很难达到高亮度，而且使用寿命短，通常只能持续工作数小时，很难用在实际生活中的产品中。

图1. 不同空间限域的钙钛矿

为了解决这一难题，肖正国教授团队开发了一种完全不同的“弱空间限域”技术。他们在钙钛矿材料里添加了特定的化合物（次磷酸和氯化铵），通过高温退火工艺，制备出晶体颗粒更大、缺陷更少的新型钙钛矿薄膜。这种新材料内部更加有序，避免了传统方法的小晶体所带来的缺陷问题，极大地提升了LED的稳定性和亮度。

在效率方面，新型钙钛矿LED的发光效率超过22%，已经和商业化显示产品的发光效率持平。与目前市场上的主流商用OLED或LED屏幕相比，新型钙钛矿LED的极限亮度达到了116万尼特（显示屏幕的最高亮度通常在数千尼特以内），按照正常亮度100尼特计算，理论上能使用超过18万小时，已经达到商业化LED产品的广泛标准。这项突破性技术不仅成功克服了以往钙钛矿LED在效率和稳定性上难以兼得的技术瓶颈，更有望在未来广泛应用于高端显示屏、超高亮度照明等领域，推动LED技术进入一个崭新的时代。

图2. a.钙钛矿LED结构;b.钙钛矿LED工作时照片;c.三种不同空间限域钙钛矿LED的亮度和效率关系曲线；d.弱空间限域钙钛矿LED寿命外推拟合曲线；e, f.目前已发表的绿光钙钛矿LED效率分别和亮度（e），寿命（f）的统计对比图

该研究由中国科学技术大学物理学院博士研究生彭琛琛、姚海涛、Othman Ali、特任副研究员陈文静和复旦大学微电子学院杨迎国研究员共同完成，肖正国教授为通讯作者。这项工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金和安徽省高校协同创新计划专项资金的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09137-1