理大研发超稳定钙钛矿LED 亮度破纪录应用前景极佳

钙钛矿材料对于提升发光二极管（LED）的应用性能非常重要，但在整体提升器件的效率、亮度与使用寿命方面仍然存在技术局限，其运行稳定性是一大技术难题。香港理工大学（理大）科研团队在这方面取得重大突破，研发出「三维FAPbI3钙钛矿LED系统」，能同时实现高亮度、高效率与超长使用寿命。

理大电机及电子工程学系钟士元爵士可再生能源教授暨能源转换技术讲座教授李刚教授，与博士后研究员李质奇博士、研究助理教授任志伟博士及团队，利用依赖烷基链长度的铵盐分子调节策略设计了一项崭新技术。团队利用烷基铵盐管理晶体定向、控制晶粒尺寸、抑制非辐射重组，藉以提升器件性能。这项技术证实可以同时达到高效率、高亮度与超长寿命，为钙钛矿LED的未来应用与商业化具重大意义。

研究团队成功制造出高效、亮度极高且非常稳定的钙钛矿LED，外部量子效率高达23.2%，亮度与使用寿命均刷新纪录，前者达到1,593 W sr⁻¹ m⁻²，后者在高电流密度严苛环境下可达227小时（100 mA cm⁻²），为直流电驱动的近红外钙钛矿LED在兼顾亮度与稳定性方面取得最佳性能。这项研究以《通过晶粒定向管理与重组抑制达成亮度破纪录的超稳定钙钛矿LEDs》为题已刊登于国际能源期刊《Joule》。 

李刚教授表示：「研究显示钙钛矿LED的高效率不仅限于实验室环境，该技术在商用高亮度照明与信息画面显示方面亦有很好的应用前景，有望媲美商用量子点LED及有机LED。」

研究团队发现，定向结晶过程、晶粒尺寸控制与非辐射重组抑制之间的平衡，对钙钛矿LED的性能影响深远。要解决这个难题，关键在于调节长链烷基铵盐与钙钛矿核之间的分子交互作用。

烷基铵可以促进照明用钙钛矿薄膜的定向结晶过程，而烷基铵与钙钛矿之间的分子交互作用，亦会影响钙钛矿LED的性能。值得注意的是，研究团队已成功利用长链烷基铵盐的分子工程调节结晶化速率。即使在高电流密度的严苛环境下，这项创新技术也能生产出具超长稳定性、高效率、高亮度的近红外钙钛矿LED。

钙钛矿LED拥有多项优势，例如颜色纯、显示色域广、成本效益高，而且可以印刷加工，使生产更加灵活。研究团队的发现对推动钙钛矿LED的发展与技术突破有极大贡献。

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