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高性能鈣鈦礦量子點(diǎn)LED在浙江大學(xué)取得成就
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時(shí)間：2025-09-25 10:13:24
在顯示技術(shù)與光電領(lǐng)域，鈣鈦礦量子點(diǎn) LED（PeQLED）憑借其高色純度、寬色域、低成本等優(yōu)勢(shì)，被視為下一代顯示與照明技術(shù)的核心候選之一。然而，長(zhǎng)期以來，電致發(fā)光量子點(diǎn)的 “表面重構(gòu)” 難題如同一塊絆腳石，嚴(yán)重制約著鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 性能的突破 —— 這一領(lǐng)域始終面臨著 “魚與熊掌不可兼得” 的困境：若要過度鈍化量子點(diǎn)表面的缺陷以減少非輻射復(fù)合，往往會(huì)破壞其晶格結(jié)構(gòu)的完整性；可若采用保守的表面處理方式，又難以有效抑制非輻射復(fù)合過程，導(dǎo)致器件發(fā)光效率與穩(wěn)定性大打折扣。?
更棘手的是，這一矛盾在軟晶格特性顯著的鈣鈦礦體系中表現(xiàn)得尤為突出。鈣鈦礦材料本身的晶格結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱，傳統(tǒng)的配體交換工藝在處理表面缺陷時(shí)，極易引發(fā)晶格原子的位移與重構(gòu)，最終造成不可逆的晶格損傷。這種損傷不僅會(huì)進(jìn)一步加劇非輻射復(fù)合，還會(huì)導(dǎo)致器件的電學(xué)性能下降、壽命縮短，使得鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 始終難以達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的核心指標(biāo)，成為行業(yè)內(nèi)亟待攻克的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。?
近日，浙江大學(xué)溫州研究院的葉志鎮(zhèn)、戴興良、何海平研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)給出了顛覆性的解決方案 —— 他們創(chuàng)新性地提出了一種 “表面分子補(bǔ)償” 范式，通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的季鏻碘鹽補(bǔ)償劑，成功實(shí)現(xiàn)了 “修復(fù)鹵素空位” 與 “維持離子晶格穩(wěn)定” 的雙重目標(biāo)，為鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 的性能躍升開辟了全新路徑，讓困擾領(lǐng)域多年的 “魚與熊掌” 困境成為歷史。?
這套 “表面分子補(bǔ)償” 技術(shù)之所以能實(shí)現(xiàn)突破，核心在于其對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)表面作用機(jī)制的精準(zhǔn)把控，具體展現(xiàn)出三大關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：?
其一，采用弱極性溶劑構(gòu)建溫和處理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無損表面修復(fù)。傳統(tǒng)配體交換工藝常用強(qiáng)極性溶劑，這類溶劑容易與鈣鈦礦晶格中的離子發(fā)生強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)坍塌。而浙大團(tuán)隊(duì)選用的弱極性溶劑，能在不破壞鈣鈦礦晶格完整性的前提下，讓季鏻碘鹽補(bǔ)償劑均勻且溫和地接觸量子點(diǎn)表面，既避免了晶格損傷，又為后續(xù)的缺陷修復(fù)奠定了基礎(chǔ)。?
其二，建立動(dòng)態(tài)穩(wěn)定機(jī)制，解決傳統(tǒng)配體易脫附難題。在鈣鈦礦量子點(diǎn)表面，鹵素空位是主要缺陷來源之一，而傳統(tǒng)配體在填補(bǔ)空位后，容易因外界環(huán)境變化（如溫度、濕度波動(dòng)）發(fā)生脫附，導(dǎo)致缺陷 “再生”。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的季鏻碘鹽補(bǔ)償劑中，陰離子可精準(zhǔn)填補(bǔ)表面晶格的鹵素空位，同時(shí)陽離子能與量子點(diǎn)表面的路易斯堿位點(diǎn)形成穩(wěn)定的離子對(duì)，這種雙重作用構(gòu)建起動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)，徹底克服了傳統(tǒng)配體易脫附的缺陷，讓器件穩(wěn)定性大幅提升。?
其三，通過空間位阻調(diào)控離子配位，實(shí)現(xiàn)缺陷修復(fù)與電荷傳輸?shù)耐絻?yōu)化。季鏻碘鹽分子的空間結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，其獨(dú)特的空間位阻效應(yīng)既能確保補(bǔ)償劑分子精準(zhǔn)結(jié)合到缺陷位點(diǎn)，高效修復(fù)表面缺陷，又能避免分子間過度聚集對(duì)電荷傳輸通道的阻礙。這種設(shè)計(jì)讓鈣鈦礦量子點(diǎn)在減少非輻射復(fù)合的同時(shí)，電荷在器件內(nèi)部的傳輸效率也得到顯著增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了 “發(fā)光效率” 與 “電荷傳輸” 的協(xié)同提升，打破了以往兩者難以兼顧的局限。?
出色的技術(shù)設(shè)計(jì)最終轉(zhuǎn)化為令人矚目的性能數(shù)據(jù)，浙大團(tuán)隊(duì)基于該技術(shù)研發(fā)的鈣鈦礦量子點(diǎn) LED，多項(xiàng)核心指標(biāo)刷新世界紀(jì)錄：首先，器件的峰值外量子效率（EQE）達(dá)到 28.8%，這一數(shù)值不僅遠(yuǎn)超此前純紅光量子點(diǎn) LED 的最高水平，更意味著器件將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍；其次，器件開啟電壓低至 1.75 伏，僅為鈣鈦礦半導(dǎo)體帶隙能量對(duì)應(yīng)的理論電壓的 90%，大幅降低了器件的能耗，為其在低功耗顯示與照明場(chǎng)景的應(yīng)用提供了可能；再者，功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá) 30.1%，這一指標(biāo)不僅超越了現(xiàn)有主流的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），更領(lǐng)先于傳統(tǒng)量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），展現(xiàn)出極強(qiáng)的能源利用優(yōu)勢(shì)；此外，在 100 坎德拉每平方米（cd/m²）的測(cè)試亮度下，器件的工作半衰期達(dá)到 70 小時(shí)，相較于傳統(tǒng)鈣鈦礦量子點(diǎn) LED，穩(wěn)定性提升顯著，為其長(zhǎng)期使用提供了保障。?
值得一提的是，這些性能指標(biāo)已完全滿足 Rec.2020 超高清顯示標(biāo)準(zhǔn) ——Rec.2020 作為當(dāng)前全球公認(rèn)的超高清顯示色域標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)器件的色純度、亮度、效率等均提出了極高要求，而浙大團(tuán)隊(duì)的鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 首次實(shí)現(xiàn)了在效率、穩(wěn)定性和能耗三大核心維度的同步突破，不僅驗(yàn)證了 “表面分子補(bǔ)償” 技術(shù)的可行性與優(yōu)越性，更讓鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 向商業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。?
此次浙大團(tuán)隊(duì)的研究成果，不僅解決了鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 領(lǐng)域的長(zhǎng)期技術(shù)瓶頸，更重新定義了該類器件的性能上限。其創(chuàng)新的 “表面分子補(bǔ)償” 范式為其他低維半導(dǎo)體材料的表面工程提供了重要借鑒，有望推動(dòng)整個(gè)光電領(lǐng)域的技術(shù)革新。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與產(chǎn)業(yè)化探索，未來在超高清顯示、柔性照明、微型顯示等領(lǐng)域，我們或?qū)⒖吹交阝}鈦礦量子點(diǎn) LED 的全新產(chǎn)品，為行業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。?
更棘手的是，這一矛盾在軟晶格特性顯著的鈣鈦礦體系中表現(xiàn)得尤為突出。鈣鈦礦材料本身的晶格結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱，傳統(tǒng)的配體交換工藝在處理表面缺陷時(shí)，極易引發(fā)晶格原子的位移與重構(gòu)，最終造成不可逆的晶格損傷。這種損傷不僅會(huì)進(jìn)一步加劇非輻射復(fù)合，還會(huì)導(dǎo)致器件的電學(xué)性能下降、壽命縮短，使得鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 始終難以達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的核心指標(biāo)，成為行業(yè)內(nèi)亟待攻克的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。?
近日，浙江大學(xué)溫州研究院的葉志鎮(zhèn)、戴興良、何海平研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)給出了顛覆性的解決方案 —— 他們創(chuàng)新性地提出了一種 “表面分子補(bǔ)償” 范式，通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的季鏻碘鹽補(bǔ)償劑，成功實(shí)現(xiàn)了 “修復(fù)鹵素空位” 與 “維持離子晶格穩(wěn)定” 的雙重目標(biāo)，為鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 的性能躍升開辟了全新路徑，讓困擾領(lǐng)域多年的 “魚與熊掌” 困境成為歷史。?
這套 “表面分子補(bǔ)償” 技術(shù)之所以能實(shí)現(xiàn)突破，核心在于其對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)表面作用機(jī)制的精準(zhǔn)把控，具體展現(xiàn)出三大關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：?
其一，采用弱極性溶劑構(gòu)建溫和處理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無損表面修復(fù)。傳統(tǒng)配體交換工藝常用強(qiáng)極性溶劑，這類溶劑容易與鈣鈦礦晶格中的離子發(fā)生強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)坍塌。而浙大團(tuán)隊(duì)選用的弱極性溶劑，能在不破壞鈣鈦礦晶格完整性的前提下，讓季鏻碘鹽補(bǔ)償劑均勻且溫和地接觸量子點(diǎn)表面，既避免了晶格損傷，又為后續(xù)的缺陷修復(fù)奠定了基礎(chǔ)。?
其二，建立動(dòng)態(tài)穩(wěn)定機(jī)制，解決傳統(tǒng)配體易脫附難題。在鈣鈦礦量子點(diǎn)表面，鹵素空位是主要缺陷來源之一，而傳統(tǒng)配體在填補(bǔ)空位后，容易因外界環(huán)境變化（如溫度、濕度波動(dòng)）發(fā)生脫附，導(dǎo)致缺陷 “再生”。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的季鏻碘鹽補(bǔ)償劑中，陰離子可精準(zhǔn)填補(bǔ)表面晶格的鹵素空位，同時(shí)陽離子能與量子點(diǎn)表面的路易斯堿位點(diǎn)形成穩(wěn)定的離子對(duì)，這種雙重作用構(gòu)建起動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)，徹底克服了傳統(tǒng)配體易脫附的缺陷，讓器件穩(wěn)定性大幅提升。?
其三，通過空間位阻調(diào)控離子配位，實(shí)現(xiàn)缺陷修復(fù)與電荷傳輸?shù)耐絻?yōu)化。季鏻碘鹽分子的空間結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，其獨(dú)特的空間位阻效應(yīng)既能確保補(bǔ)償劑分子精準(zhǔn)結(jié)合到缺陷位點(diǎn)，高效修復(fù)表面缺陷，又能避免分子間過度聚集對(duì)電荷傳輸通道的阻礙。這種設(shè)計(jì)讓鈣鈦礦量子點(diǎn)在減少非輻射復(fù)合的同時(shí)，電荷在器件內(nèi)部的傳輸效率也得到顯著增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了 “發(fā)光效率” 與 “電荷傳輸” 的協(xié)同提升，打破了以往兩者難以兼顧的局限。?
出色的技術(shù)設(shè)計(jì)最終轉(zhuǎn)化為令人矚目的性能數(shù)據(jù)，浙大團(tuán)隊(duì)基于該技術(shù)研發(fā)的鈣鈦礦量子點(diǎn) LED，多項(xiàng)核心指標(biāo)刷新世界紀(jì)錄：首先，器件的峰值外量子效率（EQE）達(dá)到 28.8%，這一數(shù)值不僅遠(yuǎn)超此前純紅光量子點(diǎn) LED 的最高水平，更意味著器件將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍；其次，器件開啟電壓低至 1.75 伏，僅為鈣鈦礦半導(dǎo)體帶隙能量對(duì)應(yīng)的理論電壓的 90%，大幅降低了器件的能耗，為其在低功耗顯示與照明場(chǎng)景的應(yīng)用提供了可能；再者，功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá) 30.1%，這一指標(biāo)不僅超越了現(xiàn)有主流的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），更領(lǐng)先于傳統(tǒng)量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），展現(xiàn)出極強(qiáng)的能源利用優(yōu)勢(shì)；此外，在 100 坎德拉每平方米（cd/m²）的測(cè)試亮度下，器件的工作半衰期達(dá)到 70 小時(shí)，相較于傳統(tǒng)鈣鈦礦量子點(diǎn) LED，穩(wěn)定性提升顯著，為其長(zhǎng)期使用提供了保障。?
值得一提的是，這些性能指標(biāo)已完全滿足 Rec.2020 超高清顯示標(biāo)準(zhǔn) ——Rec.2020 作為當(dāng)前全球公認(rèn)的超高清顯示色域標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)器件的色純度、亮度、效率等均提出了極高要求，而浙大團(tuán)隊(duì)的鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 首次實(shí)現(xiàn)了在效率、穩(wěn)定性和能耗三大核心維度的同步突破，不僅驗(yàn)證了 “表面分子補(bǔ)償” 技術(shù)的可行性與優(yōu)越性，更讓鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 向商業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。?
此次浙大團(tuán)隊(duì)的研究成果，不僅解決了鈣鈦礦量子點(diǎn) LED 領(lǐng)域的長(zhǎng)期技術(shù)瓶頸，更重新定義了該類器件的性能上限。其創(chuàng)新的 “表面分子補(bǔ)償” 范式為其他低維半導(dǎo)體材料的表面工程提供了重要借鑒，有望推動(dòng)整個(gè)光電領(lǐng)域的技術(shù)革新。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與產(chǎn)業(yè)化探索，未來在超高清顯示、柔性照明、微型顯示等領(lǐng)域，我們或?qū)⒖吹交阝}鈦礦量子點(diǎn) LED 的全新產(chǎn)品，為行業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。?
