长春应化所在纯红光钙钛矿发光二极管（PeLED）的高效发光研究中取得重要进展
中国科学院长春应用化学研究所在纯红光钙钛矿发光二极管（PeLED）的高效发光研究中取得重要进展。秦川江研究团队提出了一种新型配体工程策略，通过调控结晶动力学，在薄膜中原位构筑了高度取向的准二维钙钛矿纳米片，实现了光学跃迁偶极矩（TDM）的高度水平取向，首次将635 nm纯红光PeLED的外量子效率（EQE）提升至31.2%。相关研究成果以“In-situ formation of oriented perovskite nanosheets with tailored optical dipoles enabling >30% EQE in pure-red LEDs”为题，发表于国际权威光学期刊《Light: Science & Applications》。
低维钙钛矿材料凭借其量子限域效应以及各向异性的光学特性，成为突破发光效率限制的一条极具潜力的途径。以往研究显示，传统的钙钛矿纳米片结构实现策略采用先合成后成膜的方式，所合成的胶体钙钛矿纳米片在悬浮液中能够展现出接近100%的发光量子产率，但将这些溶液相纳米片集成到功能薄膜中时，不仅难以精准控制晶体取向，而且配体引发的晶格畸变和层间不匹配使得在薄膜内形成完整纳米片的能量势垒极高。因此，常规方法通常只能获得取向随机的纳米晶体，进而导致缺陷增多、效率大幅降低。打破这一热力学与动力学限制，实现薄膜内完整纳米片结构的有序构筑，成为该领域亟待解决的难题。
针对上述挑战，研究团队提出了一种原位纳米片制备策略，选用2-萘甲胺（2-NMA）作为准二维钙钛矿的配体。通过引入较小端基空间位阻和较强层间π-π相互作用的2-NMA配体，精准且大幅地将纳米片形成的能量势垒降低至0 eV以下。这种热力学与动力学的优化，使得在室温旋涂过程中即可诱导原位晶种生长，将原本杂乱无章的各向同性薄膜成功转变为结构完整、具有face-on取向的纳米片薄膜。原位构筑的钙钛矿纳米片薄膜实现了TDM的高度水平取向（86%），并显著增强了层间电子耦合，使载流子迁移率达到了可与纯三维钙钛矿相媲美的水平。基于此原位制备纳米片的核心手段，团队成功制备出635 nm纯红光PeLED，其外量子效率高达31.2%，峰值亮度提升至13,400 cd m-2，综合性能处于领先地位。此外，该策略还成功实现了发光面积为12 cm2的大面积均匀发光器件，验证了其在实际显示应用中的巨大潜力。
图1.原位构筑纳米片的示意图及微观形貌、纳米片薄膜表征及电致器件性能与大面积制备的实物展示
本研究通过创新的配体工程策略，成功克服了溶液法制备钙钛矿薄膜时晶体取向无序的瓶颈，不仅在薄膜内原位构建了高度取向的准二维纳米片，更借此核心手段首次将纯红光PeLED的外量子效率突破至30%以上。该工作为突破发光器件的光提取效率限制提供了有效手段，也为设计下一代高效显示技术、激光器及集成光子学等溶液法半导体器件开辟了新思路。
研究成果详见《Light: Science & Applications》期刊：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02184-x
