摘要：在深夜加班的写字楼里，电脑屏幕的柔和红光缓解了视觉疲劳；在跨年烟花秀的现场，一束束红色激光划破夜空；在智能汽车仪表盘上，高亮度红光警示灯穿透雨雾——这些场景背后，都离不开一种名为"发光二极管（LED）"的核心器件。近日，我国科学家在纯红光钙钛矿LED领域取得新
在深夜加班的写字楼里，电脑屏幕的柔和红光缓解了视觉疲劳；在跨年烟花秀的现场，一束束红色激光划破夜空；在智能汽车仪表盘上，高亮度红光警示灯穿透雨雾——这些场景背后，都离不开一种名为"发光二极管（LED）"的核心器件。近日，我国科学家在纯红光钙钛矿LED领域取得新进展，或将改变这些日常光影的呈现方式。一起来了解一下。
钙钛矿LED被誉为"下一代显示技术"，其核心优势在于将电能直接转化为光能的效率远超传统液晶屏。
然而，纯红光钙钛矿LED长期面临"亮度提升则效率骤降"的魔咒：当亮度从1000坎德拉/平方米提升至10000坎德拉/平方米时，其发光效率（EQE）可能从20%暴跌至5%以下，这一现象被称为"效率滚降"。
近日，中国科学技术大学的团队在《自然》期刊发表的研究成果，或是破解这一魔咒的钥匙。
他们研发的电激发瞬态吸收光谱技术（EETA）"，如同给LED做"CT扫描"，首次揭示了空穴（带正电的载流子）泄漏至电子传输层是导致效率滚降的元凶。
我们知道，在钙钛矿LED的发光层中，电子与空穴需在精确的纳米尺度内相遇并复合发光。然而，传统三维钙钛矿材料存在晶体缺陷，导致空穴像"漏网之鱼"般逃逸至电子传输层，造成能量浪费。
而研究团队通过在钙钛矿晶格中插入有机分子（如苯乙基溴化铵），构建出三维钙钛矿异质结结构，相当于在发光层与电子传输层之间筑起"水坝"——宽带隙能垒，从而改变发光层晶体结构"，进而减少能量浪费。
研究结果发现，这一创新方法能使得器件各性能得到飞跃；
1.峰值外量子效率（EQE）达24.2%：与三星、LG等顶级OLED技术基本持平。2.最大亮度达到24600坎德拉/平方米：是此前报道的纯红光三维钙钛矿LED的3倍。3.超低效率滚降：在22670坎德拉/平方米高亮度下仍保持10%以上EQE，而传统器件在此亮度下效率已趋近于零。
科研突破若止步于论文结果，便如未点燃的火种，而我国科学家将用这三把钥匙，为纯红光钙钛矿LED技术打开产业化大门。
第一把钥匙：用“光子CT”精准诊断性能瓶颈；传统LED研发如同“盲人摸象”，只能通过宏观参数反推内部缺陷。而研究团队自主研发的电激发瞬态吸收光谱技术（EETA），如同为LED量身定制的“光子CT扫描仪”——通过超快激光脉冲（脉冲宽度仅100飞秒，相当于一束光的万分之一长度）追踪载流子动态，首次捕捉到空穴泄漏的“犯罪现场”：当电压超过2.5V时，空穴泄漏速率呈指数级激增，这一发现为材料设计提供了精确的“病灶定位”。
第二把钥匙：纳米级“水坝”重构载流子规则；若将LED发光层比作繁忙的十字路口，电子与空穴本应“红灯停、绿灯行”有序复合，但传统材料中空穴却如“闯红灯者”般大量逃逸至电子传输层。
研究团队创新性地在钙钛矿晶格中插入仅2-3纳米厚的有机分子层（相当于头发丝的千分之一宽度），构建出三维钙钛矿异质结的“智能水坝”——这一纳米级工程能将空穴迁移率降低90%以上，却让电子“高速公路”依旧畅通无阻。用交通比喻来说，这就像在路口设置“ETC专用道”，既拦截违规空穴，又保障合法载流子高效通行。
第三把钥匙：溶液法印刷技术让“贵族材料”平民化；传统LED制备依赖真空蒸镀设备，造价超千万元且仅适用于小面积器件，如同“用金勺子吃饭”。
而研究团队采用的溶液旋涂工艺，只需将前驱体溶液滴在基板上高速旋转（转速达3000转/分钟），即可在10分钟内完成单片LED制备，成本较真空蒸镀法降低80%。这一工艺变革不仅让实验室样品可快速放大为A4纸大小的柔性面板，更使器件在可穿戴设备、曲面显示等领域具备“量产基因”。
技术突破提供“诊断指南”，材料创新打造“性能引擎”，工艺优化实现“成本革命”——三者形成闭环。
使纯红光钙钛矿LED的峰值外量子效率（EQE）达到24.2%，亮度突破24600坎德拉/平方米，且在22670坎德拉/平方米高亮度下仍保持10%以上EQE。这些指标超越国际同类研究，有望让“实验室神器”距离走进千家万户仅一步之遥。
在消费者层面：纯红光LED效率提升将推动量子点电视、AR眼镜等产品的色彩饱和度提升30%以上，同时降低功耗40%。另外，由于红光LED在植物工厂中可精准调控光周期，还可能使生菜生长周期缩短15%，维生素C含量提升20%。
在市场层面，网友认为，若钙钛矿LED取代10%的OLED市场份额，或将催生超500亿元的新材料产业。新能源汽车高亮度红光尾灯的响应时间也可从200毫秒缩短至50毫秒，从而提升行车安全。
对科研界而言，该研究提出的"载流子限域-高迁移率协同设计"策略，为蓝光、绿光钙钛矿LED的效率提升提供了理论框架。目前，团队已实现蓝光LED效率从5%到12%的跨越，相关成果正在《科学》杂志审稿中。
此外。虽然其性能指标领先，但是钙钛矿LED想要商业化还需攻克两大难关：
1.稳定性测试：在85℃/85%RH环境下，器件寿命需从目前的1000小时提升至10000小时（行业基准）。2.毒性争议：含铅钙钛矿材料的替代方案仍在探索，目前研究团队已开发出锡基钙钛矿LED，但效率尚不足含铅体系的1/3。
从"拍片子"的技术洞察到"筑水坝"的材料创新，我国科学家用严谨的数据与巧妙的构思，在微观世界书写着属于我国的光子传奇。正如人们所言："我们不仅要做追光者，还要成为光的定义者。"当这一技术走出实验室，或许在不久的将来，我们手中的手机屏幕将呈现更绚丽的色彩，城市的霓虹将更节能环保。
数据来源：
《自然》期刊论文："High-performance pure-red perovskite light-emitting diodes by suppressing nonradiative carrier loss"（DOI: 10.1038/s41586-023-06077-w）
中国科学技术大学新闻中心官方报道
行业白皮书《新型显示技术发展趋势（2023）》
来源：大眼儿话科学