郑州大学宋继中 Sci. Bull.:破解蓝光钙钛矿QLEDs效率失衡
- 2026-06-30 03:03:14
蓝光发光二极管（LED）作为三原色之一和激发光源，在全彩显示、通用照明和信号传输等领域具有重要的应用需求。近年来，金属卤化物钙钛矿因其高光致发光量子产率、高色彩纯度以及易于溶液加工的特性，成为新一代低成本蓝光LED极具前景的材料。为实现高性能蓝光钙钛矿LED，研究者提出了多种策略，包括材料优化、界面工程以及器件结构设计。迄今为止，蓝光钙钛矿LED的外量子效率已达到高达26.4%，但其功率效率——评估LED功耗的关键指标——仍不尽如人意。
鉴于LED技术在全球能源消耗中占据重要地位，且蓝光钙钛矿由于带隙较红光和绿光钙钛矿更宽而固有地具有更高的能量消耗，因此提升蓝光钙钛矿LED的功率效率对于开发节能型光电器件至关重要。功率效率由公式PE = (π × L)/(J × V)决定，其中L、J和V分别表示亮度、电流密度和驱动电压。因此，在特定电流密度下，要实现高功率效率，需在提高亮度的同时降低驱动电压。与基于钙钛矿多晶薄膜的LED相比，量子点（QDs）基LED（QLEDs）有望实现更高的功率效率，因为QDs发射体本身具有强的载流子限制特性，可实现接近100%的发光效率。然而，QDs中有机配体的电绝缘特性会严重阻碍载流子的传输与复合，从而导致驱动电压升高，使器件的功率效率相对较低。
鉴于此，郑州大学宋继中教授团队将聚偏氟乙烯（PVDF）有序偶极结构引入CsPbCl3−xBrx蓝光钙钛矿QDs发光层，利用聚合物定向偶极精准调控电子、空穴注入与分布行为；同时依托PVDF分子极性F、H原子，分别与QDs表面未配位铅离子、卤素离子相互作用，高效钝化表面缺陷、大幅降低陷阱诱导非辐射能量损耗。
基于该策略制备的蓝光钙钛矿QLEDs，成功实现低电压驱动下超高亮度发光，斩获43.9 lm W−1峰值PE、28.7%EQE两项纪录，同时器件启亮电压低至2.2 V，峰值亮度可达5474 cd m−2，发光光谱稳定性与器件工作寿命同步显著提升。该界面偶极调控方法通用性强，为下一代低功耗、高性能钙钛矿全彩显示与节能照明器件开发，提供了宝贵的技术范式与理论依据。
该研究工作，以“The inserted dipole layer enables highly powerful blue perovskite quantum dot-based light-emitting diodes”为题在线发表于《Science Bulletin》上（Nong et al, Science Bulletin (2026)）。
Fig. 1. Inserting a polymer dipole layer in QD films.
Fig.2.Analysis of carrier injection and distributionin devices.
Fig. 3.Effects of the interaction between PVDF and perovskite on the optical properties of QDs.
Fig.4. Analysis of PVDF on exciton recombinationin QLEDs.
Fig. 5. Device performance of the blueperovskite QLEDs.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.04.061
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