The Innovation | 24.5%效率！强酸配体缺陷调控实现高效蓝光钙钛矿LED

本研究旨在探索配体在表面钝化之外的功能，尝试利用强酸配体主动干预合成反应中的卤素前驱体活性，从而从源头上解决混合卤素钙钛矿因内部缺陷导致蓝光效率低下的难题。

导 读

实现高效蓝光是钙钛矿LED全彩显示应用的关键。混合卤素体系中氯元素的引入易造成深能级缺陷，限制器件效率。当前研究多集中于配体在合成后的表面钝化作用，却忽视了配体在合成过程中对生长动力学及组分的调控作用。该研究利用强酸配体调控合成反应中的卤素活性，抑制缺陷形成，为高性能纳米晶的合成设计提供新思路。

图1 图文摘要

一、蓝光困境：混合卤素的缺陷难题

金属卤化物钙钛矿纳米晶的光电特性优异，被视为下一代显示技术的有力竞争者。然而，相比于红光和绿光LED器件，蓝光（特别是465-475 nm纯蓝光）钙钛矿LED的发展相对滞后。为了实现蓝光发射，研究者通常采用混合卤素（Cl/Br）策略，利用氯元素调节带隙。

遗憾的是，氯元素的引入是一把“双刃剑”：它虽然调整了发光波长，但也诱导了不利的深能级缺陷（如氯空位），导致非辐射复合增加，光致发光量子产率（PLQY）降低。传统的配体工程往往局限于合成后的表面钝化，较少触及配体对纳米晶组分与晶格内部的缺陷调控。如何在合成过程中精准控制氯的掺入与分布，抑制表面和内部缺陷，是突破效率瓶颈的关键。

二、创新机制：强酸配体的“活性调控”

本研究引入了一种强酸配体——十二烷基苯磺酸（DBSA）。与常规弱酸配体不同，DBSA在弱极性溶剂（如甲苯）中可以解离释放出大量氢离子（H⁺）和磺酸根离子（DBS⁻），通过独特的化学机制调控纳米晶生长。

图2 DBSA调控卤素活性与纳米晶合成机理示意图

机制解析：

（1）H⁺调控卤素活性：体系中氯的电负性（3.16）高于溴（2.96），倾向于与H+结合生成低活性的HCl分子。这一过程降低了反应体系中Cl⁻的活性，实现了对组分和缺陷的调控。

（2）DBS⁻协同作用：DBS⁻与前驱体中的季铵盐（TOAB）相互作用，进一步调节了成核与生长的动力学过程，实现纳米晶尺寸减小、均一性提高。

图3 纳米晶尺寸形貌与组分表征

三、缺陷抑制：光学性能显著提升

通过DBSA辅助合成，纳米晶的质量得到了显著提升。光谱表征显示，随着DBSA用量的增加，纳米晶波长红移，PLQY从不足20%跃升至约90%。为了深入理解其背后的物理机制，研究团队进行了瞬态吸收光谱（TA）和热导纳光谱（TAS）等测试。结果表明：

载流子动力学优化：优化后的纳米晶表现出更慢的基态漂白恢复，证明缺陷捕获过程得到了有效抑制。

缺陷密度降低：缺陷激活能从0.286 eV大幅降低至0.123 eV，且缺陷态密度显著减少。结果证实了该策略不仅优化了纳米晶的表面，而且有效地抑制了内部深能级缺陷。

图4 纳米晶的光学性质与缺陷表征

四、器件突破：刷新纯蓝光效率纪录

基于上述低缺陷纳米晶，本研究制备了多层结构的电致发光器件。在470 nm的纯蓝光波段，器件性能取得了重要突破，外量子效率（EQE）最高可达24.5%，是目前报道的纯蓝光钙钛矿LED的最高值之一。器件最大亮度超过1000 cd m-2，并且在不同驱动电压下保持了极佳的光谱稳定性，未出现明显的相分离或峰位移动。

图5 不同DBSA含量纳米晶器件结构与性能

图6 纯蓝光LED器件性能

总结与展望

本研究揭示了强酸配体DBSA在钙钛矿纳米晶合成中的新功能：通过调节前驱体卤素活性，实现了对纳米晶内部组分和缺陷的控制。这一“配体诱导合成调控”策略，突破了传统表面钝化的局限，不仅刷新了蓝光LED的效率纪录，也为胶体纳米晶从经验合成迈向理性设计提供了重要的理论指导，推进钙钛矿显示技术的进一步发展。

责任编辑

高治文   西安交通大学

李战军   广州医科大学