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高性能钙钛矿量子点LED在浙江大学取得成就
来源：
时间：2025-09-25 10:13:24
在显示技术与光电领域，钙钛矿量子点 LED（PeQLED）凭借其高色纯度、宽色域、低成本等优势，被视为下一代显示与照明技术的核心候选之一。然而，长期以来，电致发光量子点的 “表面重构” 难题如同一块绊脚石，严重制约着钙钛矿量子点 LED 性能的突破 —— 这一领域始终面临着 “鱼与熊掌不可兼得” 的困境：若要过度钝化量子点表面的缺陷以减少非辐射复合，往往会破坏其晶格结构的完整性；可若采用保守的表面处理方式，又难以有效抑制非辐射复合过程，导致器件发光效率与稳定性大打折扣。
更棘手的是，这一矛盾在软晶格特性显著的钙钛矿体系中表现得尤为突出。钙钛矿材料本身的晶格结构相对脆弱，传统的配体交换工艺在处理表面缺陷时，极易引发晶格原子的位移与重构，最终造成不可逆的晶格损伤。这种损伤不仅会进一步加剧非辐射复合，还会导致器件的电学性能下降、寿命缩短，使得钙钛矿量子点 LED 始终难以达到商业化应用的核心指标，成为行业内亟待攻克的关键技术瓶颈。
近日，浙江大学温州研究院的叶志镇、戴兴良、何海平研究团队，针对这一行业痛点给出了颠覆性的解决方案 —— 他们创新性地提出了一种 “表面分子补偿” 范式，通过精准设计的季鏻碘盐补偿剂，成功实现了 “修复卤素空位” 与 “维持离子晶格稳定” 的双重目标，为钙钛矿量子点 LED 的性能跃升开辟了全新路径，让困扰领域多年的 “鱼与熊掌” 困境成为历史。
这套 “表面分子补偿” 技术之所以能实现突破，核心在于其对钙钛矿量子点表面作用机制的精准把控，具体展现出三大关键优势：
其一，采用弱极性溶剂构建温和处理环境，实现无损表面修复。传统配体交换工艺常用强极性溶剂，这类溶剂容易与钙钛矿晶格中的离子发生强相互作用，导致晶格结构坍塌。而浙大团队选用的弱极性溶剂，能在不破坏钙钛矿晶格完整性的前提下，让季鏻碘盐补偿剂均匀且温和地接触量子点表面，既避免了晶格损伤，又为后续的缺陷修复奠定了基础。
其二，建立动态稳定机制，解决传统配体易脱附难题。在钙钛矿量子点表面，卤素空位是主要缺陷来源之一，而传统配体在填补空位后，容易因外界环境变化（如温度、湿度波动）发生脱附，导致缺陷 “再生”。团队设计的季鏻碘盐补偿剂中，阴离子可精准填补表面晶格的卤素空位，同时阳离子能与量子点表面的路易斯碱位点形成稳定的离子对，这种双重作用构建起动态稳定的表面结构，彻底克服了传统配体易脱附的缺陷，让器件稳定性大幅提升。
其三，通过空间位阻调控离子配位，实现缺陷修复与电荷传输的同步优化。季鏻碘盐分子的空间结构经过精心设计，其独特的空间位阻效应既能确保补偿剂分子精准结合到缺陷位点，高效修复表面缺陷，又能避免分子间过度聚集对电荷传输通道的阻碍。这种设计让钙钛矿量子点在减少非辐射复合的同时，电荷在器件内部的传输效率也得到显著增强，实现了 “发光效率” 与 “电荷传输” 的协同提升，打破了以往两者难以兼顾的局限。
出色的技术设计最终转化为令人瞩目的性能数据，浙大团队基于该技术研发的钙钛矿量子点 LED，多项核心指标刷新世界纪录：首先，器件的峰值外量子效率（EQE）达到 28.8%，这一数值不仅远超此前纯红光量子点 LED 的最高水平，更意味着器件将电能转化为光能的效率实现了质的飞跃；其次，器件开启电压低至 1.75 伏，仅为钙钛矿半导体带隙能量对应的理论电压的 90%，大幅降低了器件的能耗，为其在低功耗显示与照明场景的应用提供了可能；再者，功率转换效率（PCE）高达 30.1%，这一指标不仅超越了现有主流的有机发光二极管（OLED），更领先于传统量子点发光二极管（QLED），展现出极强的能源利用优势；此外，在 100 坎德拉每平方米（cd/m²）的测试亮度下，器件的工作半衰期达到 70 小时，相较于传统钙钛矿量子点 LED，稳定性提升显著，为其长期使用提供了保障。
值得一提的是，这些性能指标已完全满足 Rec.2020 超高清显示标准 ——Rec.2020 作为当前全球公认的超高清显示色域标准，对器件的色纯度、亮度、效率等均提出了极高要求，而浙大团队的钙钛矿量子点 LED 首次实现了在效率、稳定性和能耗三大核心维度的同步突破，不仅验证了 “表面分子补偿” 技术的可行性与优越性，更让钙钛矿量子点 LED 向商业化应用迈出了关键一步。
此次浙大团队的研究成果，不仅解决了钙钛矿量子点 LED 领域的长期技术瓶颈，更重新定义了该类器件的性能上限。其创新的 “表面分子补偿” 范式为其他低维半导体材料的表面工程提供了重要借鉴，有望推动整个光电领域的技术革新。随着该技术的进一步优化与产业化探索，未来在超高清显示、柔性照明、微型显示等领域，我们或将看到基于钙钛矿量子点 LED 的全新产品，为行业发展注入强劲动力。
更棘手的是，这一矛盾在软晶格特性显著的钙钛矿体系中表现得尤为突出。钙钛矿材料本身的晶格结构相对脆弱，传统的配体交换工艺在处理表面缺陷时，极易引发晶格原子的位移与重构，最终造成不可逆的晶格损伤。这种损伤不仅会进一步加剧非辐射复合，还会导致器件的电学性能下降、寿命缩短，使得钙钛矿量子点 LED 始终难以达到商业化应用的核心指标，成为行业内亟待攻克的关键技术瓶颈。
近日，浙江大学温州研究院的叶志镇、戴兴良、何海平研究团队，针对这一行业痛点给出了颠覆性的解决方案 —— 他们创新性地提出了一种 “表面分子补偿” 范式，通过精准设计的季鏻碘盐补偿剂，成功实现了 “修复卤素空位” 与 “维持离子晶格稳定” 的双重目标，为钙钛矿量子点 LED 的性能跃升开辟了全新路径，让困扰领域多年的 “鱼与熊掌” 困境成为历史。
这套 “表面分子补偿” 技术之所以能实现突破，核心在于其对钙钛矿量子点表面作用机制的精准把控，具体展现出三大关键优势：
其一，采用弱极性溶剂构建温和处理环境，实现无损表面修复。传统配体交换工艺常用强极性溶剂，这类溶剂容易与钙钛矿晶格中的离子发生强相互作用，导致晶格结构坍塌。而浙大团队选用的弱极性溶剂，能在不破坏钙钛矿晶格完整性的前提下，让季鏻碘盐补偿剂均匀且温和地接触量子点表面，既避免了晶格损伤，又为后续的缺陷修复奠定了基础。
其二，建立动态稳定机制，解决传统配体易脱附难题。在钙钛矿量子点表面，卤素空位是主要缺陷来源之一，而传统配体在填补空位后，容易因外界环境变化（如温度、湿度波动）发生脱附，导致缺陷 “再生”。团队设计的季鏻碘盐补偿剂中，阴离子可精准填补表面晶格的卤素空位，同时阳离子能与量子点表面的路易斯碱位点形成稳定的离子对，这种双重作用构建起动态稳定的表面结构，彻底克服了传统配体易脱附的缺陷，让器件稳定性大幅提升。
其三，通过空间位阻调控离子配位，实现缺陷修复与电荷传输的同步优化。季鏻碘盐分子的空间结构经过精心设计，其独特的空间位阻效应既能确保补偿剂分子精准结合到缺陷位点，高效修复表面缺陷，又能避免分子间过度聚集对电荷传输通道的阻碍。这种设计让钙钛矿量子点在减少非辐射复合的同时，电荷在器件内部的传输效率也得到显著增强，实现了 “发光效率” 与 “电荷传输” 的协同提升，打破了以往两者难以兼顾的局限。
出色的技术设计最终转化为令人瞩目的性能数据，浙大团队基于该技术研发的钙钛矿量子点 LED，多项核心指标刷新世界纪录：首先，器件的峰值外量子效率（EQE）达到 28.8%，这一数值不仅远超此前纯红光量子点 LED 的最高水平，更意味着器件将电能转化为光能的效率实现了质的飞跃；其次，器件开启电压低至 1.75 伏，仅为钙钛矿半导体带隙能量对应的理论电压的 90%，大幅降低了器件的能耗，为其在低功耗显示与照明场景的应用提供了可能；再者，功率转换效率（PCE）高达 30.1%，这一指标不仅超越了现有主流的有机发光二极管（OLED），更领先于传统量子点发光二极管（QLED），展现出极强的能源利用优势；此外，在 100 坎德拉每平方米（cd/m²）的测试亮度下，器件的工作半衰期达到 70 小时，相较于传统钙钛矿量子点 LED，稳定性提升显著，为其长期使用提供了保障。
值得一提的是，这些性能指标已完全满足 Rec.2020 超高清显示标准 ——Rec.2020 作为当前全球公认的超高清显示色域标准，对器件的色纯度、亮度、效率等均提出了极高要求，而浙大团队的钙钛矿量子点 LED 首次实现了在效率、稳定性和能耗三大核心维度的同步突破，不仅验证了 “表面分子补偿” 技术的可行性与优越性，更让钙钛矿量子点 LED 向商业化应用迈出了关键一步。
此次浙大团队的研究成果，不仅解决了钙钛矿量子点 LED 领域的长期技术瓶颈，更重新定义了该类器件的性能上限。其创新的 “表面分子补偿” 范式为其他低维半导体材料的表面工程提供了重要借鉴，有望推动整个光电领域的技术革新。随着该技术的进一步优化与产业化探索，未来在超高清显示、柔性照明、微型显示等领域，我们或将看到基于钙钛矿量子点 LED 的全新产品，为行业发展注入强劲动力。
