上海大学理团队有关1.54 μm近红外发射的研究成果

近日，上海大学理学院物理系宋宏伟课题组在自然科学领域国际知名期刊《Nature Communications》上发表题为《Record-high efficiency in 1.54 µm electroluminescent diodes based on lead-free Cs3CrBr6: Er3+ semiconductor nanocrystals》的研究成果。上海大学理学院2024级博士徐涵琪为该文章的第一作者，通讯作者为宋宏伟教授和徐飞副教授。上海大学理学院为第一完成单位和唯一通讯单位。

1.54 μm 近红外发射在光通信、激光雷达以及生物成像应用中具备重要价值。稀土离子 Er3+可以产生该特征波段发光，然而 Er3+固有的宇称禁阻 f‑f 跃迁导致吸收截面很小，激发效率低下。虽然 Cr3+可以作为敏化剂实现宽带吸收，但是已报道的 Cr3+敏化 Er3+体系大多局限于绝缘基质材料，无法实现有效的电荷注入，严重制约电致发光器件性能。由此可见，同时实现高效 Cr3+-Er3+能量传递与半导体电荷输运，是 Er3+基近红外发光二极管亟待解决的核心难题。

研究团队采用热注射法合成无铅Cs3CrBr6:Er3+钙钛矿纳米晶。Cs3CrBr6:Er3+为本征n 型直接带隙半导体，Er3+取代晶格内部Cr3+格位完成有效掺杂，构建自陷激子与Cr3+协同作用的双通道能量传递路径，实现向 Er3+的高效能量转移。经过对溴苯甲酸（pBBA）小分子表面钝化处理，抑制表面非辐射复合，材料 1.54 μm 近红外光致发光量子产率达到 47%。基于该发光材料构筑的电致发光器件获得 3.26% 的峰值外量子效率，器件 T50工作寿命可达 138 min。这些发现凸显了Cs3CrBr6:Er3+钙钛矿体系的应用潜力，为铬基卤化物钙钛矿近红外光电器件的后续发展提供新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77851-z