中国科学技术大学姚宏斌、樊逢佳、林岳、胡伟团队通过给发光二极管（LED）“拍片子”，找到了纯红钙钛矿LED性能瓶颈的原因，并成功制备出高性能纯红光钙钛矿LED。相关研究成果于北京时间5月7日在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）。

钙钛矿三维异质结抑制LED中空穴泄漏卡通示意图

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金属卤化物钙钛矿是新一代明星半导体材料，作为LED中的发光层材料，具有载流子迁移率高、色彩纯度高、色域广等优势。纯红光钙钛矿LED作为三基色之一的光源，在未来高清显示领域极具潜力，应用前景光明，但目前存在亮度与效率难以兼顾等研究难点。

中国科大研究团队主要解决了纯红光钙钛矿LED亮度提高时效率骤降的问题。

研究团队合影

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樊逢佳团队自主研发的给LED“拍片子”的“黑科技”——电激发瞬态吸收光谱技术（EETA），探测LED内部的电子（负电）和空穴（正电），发现空穴泄漏到电子传输层是纯红光钙钛矿LED性能瓶颈的原因。

姚宏斌团队提出一种新的材料结构设计——“三维钙钛矿异质结”有效抑制了空穴泄漏。团队在钙钛矿晶格内部插入有机分子，改变发光层晶体结构，构建了阻拦空穴离开发光层的“水坝”——“宽带隙能垒”，在实现载流子限域的同时，保持高迁移率。姚宏斌教授联合胡伟教授对这一创新型设计进行了理论结构分析，林岳教授则利用球差电镜充分验证了这一材料。

三维CsPbI3-xBrx钙钛矿异质结的设计与材料表征

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团队基于“三维钙钛矿异质结”创造的纯红光钙钛矿LED具有国际领先水平的高性能：峰值外量子效率（EQE）达到24.2%，与顶级OLED水平相当；最大亮度为24600 cd/m2（坎德拉每平方米），相比之前报道的纯红光三维钙钛矿LED提升了三倍；并且器件展现出非常低的效率滚降——亮度为22670 cd/m2时，器件依然具有超过10%的EQE。

研究团队进行技术讨论

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这项研究展现出团队创造的三维钙钛矿异质结材料在发展高效、明亮且稳定钙钛矿LED方面的巨大潜力。

中国科学技术大学宋永慧（博士）、李波（博士后）、王子健（博士研究生）和台晓琳（博士研究生）为本文的共同第一作者；中国科学技术大学姚宏斌教授、樊逢佳教授、林岳教授和胡伟教授为本论文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、科技部等基金支持。理化科学实验中心为本课题的开展提供了SEM、PL、UV-vis、球差电镜等表征设备的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08867-6