摘要：金属卤化物钙钛矿显示出了下一代发光二极管的前景，特别是在近红外范围内，它们的性能优于有机和量子点。然而，它们仍然无法达到昂贵的III-V族半导体器件的要求，III-V族半导体器件可以实现30%以上的外部量子效率和高亮度。在众多因素中，控制晶粒生长和纳米级形貌对

金属卤化物钙钛矿显示出了下一代发光二极管的前景，特别是在近红外范围内，它们的性能优于有机和量子点。然而，它们仍然无法达到昂贵的III-V族半导体器件的要求，III-V族半导体器件可以实现30%以上的外部量子效率和高亮度。在众多因素中，控制晶粒生长和纳米级形貌对于进一步提高器件性能至关重要。

2024年12月30日，美国普渡大学窦乐添副教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Grain engineering for efficient near-infrared perovskite light-emitting diodes》的研究论文，Sung-Doo Baek、Wenhao Shao为论文共同第一作者，窦乐添副教授为论文通讯作者。

窦乐添，美国普渡大学化学工程系副教授，科睿唯安交叉学科高被引科学家前0.1%（2019年至今），《麻省理工科技评论》中国35岁以下创新者（2018）。

2009年本科毕业于北京大学，导师：宛新华教授；2014年在加利福尼亚大学洛杉矶分校获博士学位，导师是光伏领域著名的杨阳教授；2014-2017年在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室进行博士后研究，合作导师：杨培东教授。2017年加入普渡大学，2022年获终身教职。

窦乐添副教授的研究兴趣包括杂化材料的合成、有机半导体、卤化物钙钛矿以及相关的光电特性及其器件应用。他也是聚合物单晶化学和材料领域的先驱。截至2024年1月，发表了110多篇论文，引用次数超过25000次。

研究团队提出了一种结合溶剂工程和异质结构构建的颗粒工程方法，以提高光耦合效率和缺陷钝化。

溶剂工程能够精确控制晶粒尺寸和分布，将光输出耦合增加至约40%。用共轭阳离子构建2D/3D异质结构可降低缺陷密度并加速辐射复合。由此产生的近红外钙钛矿发光二极管的峰值外部量子效率为31.4%，最大亮度为929 W sr−1 m−2。

这些发现表明，钙钛矿发光二极管有潜力成为实际应用种低成本、高性能的近红外光源。

图1：溶剂工程方法对PeLEDs的影响

图2：通过溶剂工程方法增强光耦合效率

图3：2D/3D钙钛矿异质结构方法对PeLEDs的影响

图4：通过2D/3D钙钛矿异质结构方法实现有效缺陷钝化

综上，本论文介绍了一种通过晶粒工程方法优化的高效近红外钙钛矿发光二极管（PeLEDs），该方法结合了溶剂工程和异质结构构建，以提高光耦合效率和缺陷钝化，实现了高达31.4%的峰值外部量子效率和929 W sr−1 m−2的最大亮度。

研究团队开发了一种成本低、性能优异的近红外光源，这对于实际应用中的光电领域具有重要意义，预示着钙钛矿发光二极管在未来可能成为传统III-V族半导体器件的有力竞争者。这种高效的近红外PeLEDs可以用于生物医学成像、夜视设备、通信技术和传感器等领域。

Baek, SD., Shao, W., Feng, W.et al. Grain engineering for efficient near-infrared perovskite light-emitting diodes. Nat Commun 15, 10760 (2024)

来源：华算科技