突破性材料設計！純紅鈣鈦礦LED創下效能新紀錄

中國科學院轄下的中國科學技術大學研究團隊，成功解決了純紅鈣鈦礦發光二極體(PeLED)在高亮度下效率驟降的關鍵難題。這項刊登於《自然》期刊的研究，透過創新的材料設計，讓元件效能突破天際——不僅達到24.2%的峰值外部量子效率(EQE)，更創下24,600 cd/m²的最高亮度紀錄，堪稱目前最亮的純紅PeLED。

純紅PeLED在顯示器與照明應用上至關重要，但長久以來都面臨效率與亮度難以兼顧的困境。雖然像CsPbI₃₋ₓBrₓ這類3D混鹵鈦礦具有優異的電荷傳輸特性，但在高電流下效率會因載子洩漏問題而大幅下滑。

由姚宏斌、範峰嘉、林越和胡偉教授領軍的團隊，運用自主研發的「電激發瞬態吸收光譜」(EETA)診斷工具，首次捕捉到元件運作時的即時載子動態。他們發現，過去因缺乏原位表徵方法而未被察覺的「電洞洩漏至電子傳輸層」現象，正是效率下降的主因。

為此，研究人員在鈣鈦礦發光層內設計出3D晶粒內異質結構。這種結構將窄能隙發光區域嵌入連續的[PbX₆]⁴⁻框架中，並透過寬能隙屏障隔離來侷限載子。

關鍵在於使用「對甲苯磺醯-L-精胺酸」(PTLA)分子，其透過胍基、羧基、胺基和磺醯基等多種官能基與鈣鈦礦晶格強力鍵結。PTLA區域性擴張晶格，在不破壞結構連續性的前提下形成寬能隙相。高解析度穿透式電子顯微鏡與超快光譜證實，異質結構各相間能實現無縫載子傳輸，並有效抑制電洞洩漏。

最佳化後的PeLED展現空前效能：在22,670 cd/m²亮度(接近峰值亮度的90%)下，EQE仍維持10.5%，遠超先前紀錄。穩定性測試顯示，在100 cd/m²條件下半衰期達127小時，且運作時光譜偏移極小。

研究團隊將成功歸因於異質結構的雙重作用：既能侷限電洞於發光層，又能透過連續3D晶格維持高載子遷移率。這項研究不僅填補了鈣鈦礦光電領域的關鍵空白，更結合先進診斷技術與創新材料工程，被審稿人譽為「鈣鈦礦LED研究的里程碑」，盛讚其方法學嚴謹度與突破性成果。

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