操控电荷转移动力学并稳定溴化铅八面体以实现高效蓝色钙钛矿发光二极管

为未来屏幕带来更明亮、更真实的蓝色

从智能手机到墙面电视，如今的显示器在产生明亮、高能效且寿命长的纯蓝光方面仍然存在困难。本文报道了一种巧妙的化学调整，使一种有前景的材料——钙钛矿——能够更明亮、更稳定地发出蓝光并延长寿命。通过重新设计位于钙钛矿层之间的小分子，研究人员同时提高了效率和寿命，使下一代蓝色像素更接近日常产品的应用。

为何蓝色钙钛矿难以驾驭

钙钛矿发光二极管（PeLED）具有溶液制备、色域广且发光纯度高的优势。红色和绿色 PeLED 已在效率和稳定性上取得显著进展，但蓝色器件仍落后。一个常见的权宜之计是在基于溴化物的钙钛矿中掺入氯来将色调推向蓝色。不幸的是，不同卤素在电场作用下易迁移，导致色漂移并使器件快速老化。另一条路线使用被长有机链封端的极小钙钛矿纳米晶，但这些绝缘链阻碍电荷传输，在实际器件中限制了性能。

层状钙钛矿与一种新的分子“桥梁”

这项工作没有混合卤素，而是聚焦于天然发出蓝光的层状纯溴化钙钛矿。这类材料类似于原子薄片的堆叠，由有机“间隔子”分子分隔。传统的间隔子又长又绝缘，会阻止电荷在层间跃迁。团队用一种名为亚胺二(甲基膦酸)（iminodi(methylphosphonic acid)，简称 IDMP）的短分子替代了它们。IDMP 在两端有两个膦酸基，可以与相邻的铅－溴单元强烈结合，在层间形成双锚定的桥梁。该设计同时收紧晶体结构、减少电学缺陷，并为电荷在薄膜内的传输创造更好的通道。

调控薄膜内部的光生过程

通过测量材料的吸收和发射，研究人员表明 IDMP 改变了激发态——激子——的行为。短小且强结合的 IDMP 降低了材料的平均介电常数，从而加强了电子与空穴之间的吸引力并提高了激子结合能。因此，产生光的辐射复合过程变得更快且更可能发生。经处理的薄膜显示出显著更高的光致发光量子产率（约 70%，而未经处理的薄膜约为 21%）以及更长的发光态寿命，表明非辐射损失通道减少。超快测量进一步揭示能量在不同钙钛矿层间传输更有效，激发态迅速汇集到那些最有效发出蓝光的区域。

更高导电性、更强稳定性、且更不易漂移

电学测试表明，IDMP 改性的薄膜电荷传导更好且表面电势更均匀，表明电子和空穴的迁移景观更平滑。主要载流子类型的变化也有利于器件内电子与空穴的更好平衡。在强电场、热以及紫外光等通常会引起钙钛矿降解的条件下，IDMP 处理的薄膜比未处理薄膜更能长期保持亮度。显微成像显示，对照样品会迅速出现暗区和相分离，而经 IDMP 稳定的薄膜则保持均匀的蓝色发光，表明离子迁移被抑制且晶格更为刚性、缺陷更少。

创纪录的蓝色 LED 及其意义

当集成到完整的 LED 结构中时，IDMP 增强的钙钛矿层在天蓝和纯蓝器件上都表现出引人注目的性能。最佳天蓝 PeLED 的外量子效率达到 25.4%，峰值亮度约为 2500 坎德拉每平方米，几乎将可比未经处理器件的效率提高一倍。实际亮度下的工作寿命从不足两小时延长到远超 13 小时，较深蓝色调也观察到类似的改进。由于这些进步源自一种改善电荷转移和结构稳定性的分子设计，而无需改变基础钙钛矿成分，这一策略有望广泛应用于其他层状钙钛矿光源。对非专业读者而言，结论很简单：通过在晶体内部构筑更好的分子桥梁，作者使蓝色钙钛矿 LED 显著更亮、更稳定，并更接近未来高性能显示所需的可靠蓝色像素。

引用: Zhang, X., Liu, Z., Wang, L. et al. Manipulating charge transfer dynamics and stabilizing lead bromide octahedra for efficient blue perovskite light-emitting diodes. Nat Commun 17, 1610 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68315-5

关键词: 蓝色钙钛矿 LED, 发光二极管, 电荷转移, 显示技术, 光电子学