平板显示器和固态照明应用对更高效、更亮的薄膜发光二极管(LED)的需求日益增长，这推动了对三维钙钛矿(3D)的研究。这些材料表现出高电荷迁移率和低量子效率下降，有望实现具有增强亮度的高效LED。为了提高LED的效率，在促进辐射复合的同时尽量减少非辐射复合是至关重要的。各种钝化策略已被用于降低三维钙钛矿薄膜的缺陷密度，以实现接近单晶的水平。然而，缓慢的辐射重组限制了3D钙钛矿的光致发光量子效率(PLQEs)低于80%，导致LED器件的外部量子效率(EQEs)低于25%。

近日，南京工业大学黄维院士、王建浦教授和朱琳教授团队等人在Nature上发表了题为“Acceleration of radiative recombination for efficient perovskite LEDs”的文章，提出了一种双添加剂结晶方法，可以形成高效的3D钙钛矿，实现了96%的PLQE。这种方法促进了以高激子结合能而闻名的四方相FAPbI3钙钛矿的形成，有效地加速了辐射复合，实现了具有创纪录峰值EQE为32.0%的钙钛矿LED，即使在100 mA cm⁻²的高电流密度下，效率仍然大于30.0%。这些发现为推进高效、高亮度钙钛矿LED的发展提供了有价值的见解。

图1钙钛矿薄膜的制备工艺及表征© 2024 Springer Nature

图2双添加剂钙钛矿LED的器件结构与性能© 2024 Springer Nature

图3钙钛矿薄膜的光学性能© 2024 Springer Nature

图4钙钛矿薄膜的结构表征© 2024 Springer Nature

为了实现具有卓越亮度的高效LED，使用具有高PLQEs，最小的俄歇或激子猝灭，高电荷迁移率以及具有有利于高效光解耦结构的发光材料至关重要。现有的薄膜发光材料，包括有机半导体、量子点和低维钙钛矿，都不能同时满足所有这些标准。在该项工作中，研究者们提出了一种直接的方法来解决这一挑战，使用具有增加激子结合能的3D钙钛矿，这有助于加速辐射重组的速度。通过促进四方相FAPbI₃钙钛矿的形成，成功地在三维钙钛矿薄膜中实现了接近统一的PLQE。这使得能够实现前所未有的32.0% EQE记录的LED。该项工作在为突破钙钛矿LED的效率限制铺平道路，并在下一代显示和照明技术中发挥其全部功能方面具有至关重要的意义。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07460-7