第一作者：Jiawei Chen, Jian Wang.

通讯作者：曾海波、Jizhong Song、Xiaobao Xu、David Ginger

通讯单位：南京理工大学、华盛顿大学

研究亮点：

1. 发展了一种单层异相卤化物钙钛矿材料，实现了高效白光LED。

2. 提出了一种异相光学-电子协同效应。

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在全球能源格局中，照明的能耗占15%，不可谓不大。发展高效率、低成本的照明技术，成为当前照明领域的关键议题之一。考虑到LED具有优异的发光效率和超长的使用寿命，白光LED成为照明和显示行业的新宠。

目前，商用白光LED主要通过RGB（红绿蓝）LED阵列或带有磷涂层的蓝色LED实现。也就是说，白光LED在技术上高度依赖于传统外延技术生长的蓝色LED组件，例如GaN。如何进一步降低成本和提高效率，至关重要。

近年来，卤化钙钛矿由于高的光致发光量子产率和低成本的溶液处理制备方法，在发光材料领域备受关注，基于钙钛矿的绿色和红色LED的最高外部量子效率（EQE）当前都已经超过20％。尽管如此，钙钛矿蓝色LED 的开发依然是一项重要挑战，严重阻碍了白色钙钛矿LED的实现。

作为一种替代方法，研究人员开始挖掘宽带激发覆盖整个可见光谱的钙钛矿材料。这种材料具有很强的载流子-声子和激子-声子耦合作用，其中载流子和激子在晶格畸变中发生“自陷”，从而实现宽谱发光和较大的斯托克斯位移。

问题在于，钙钛矿材料电荷传输性能较差，即便具有很高的光致发光效率，电致发光效率也往往较低。

为了解决这个问题，南京理工大学曾海波、Jizhong Song、Xiaobao Xu以及华盛顿大学David Ginger等人合作，报道一种单层异相卤化物钙钛矿材料，实现了高效白光LED。

图1. 器件配置

研究人员将α-CsPbI₃优异的电子传输性能和红色发射与δ-CsPbI₃出色的宽白、自陷激发性能结合在一起。与GaN白光LED不同的是，这种钙钛矿白光LED（Pe-WLED）不需要使用荧光粉，而且仅有一个由单层α和δ相的CsPbI₃组成宽带激发层作为独特激发器，以实现载流子的有效注入和复合。

图2. 结构与光学性能

结果表明，α/δ异相界面效应使Pe-WLED具有相对较高的效率和亮度，峰值亮度为12,200 cd m^-2，偏置电压为6.6 V，电流密度为8.3 mA cm^-2时，最大外部量子效率EQE为6.5％。此外，通过调整退火工艺，可以很好地控制α/δ相的比例，以调整Pe-WLED色温。

图3. 空间分辨的光学和电学性能

研究发现，高效的白光电致发光主要得益于大量电荷注入α相，α到δ相的电荷转移以及α–δ相平衡的辐射复合，研究人员称之为异相光学-电子协同效应。

图4. 可能的机理

总之，这项研究深入探索了α和δ相CsPbI₃之间纳米尺度的连接作用，为构建高效白光LED提供了一个简单又巧妙的新思路，为理解和制造高性能白光LED起到重要推动作用。

参考文献：

JiaweiChen et al. Efficient and bright white light-emitting diodes based onsingle-layer heterophase halide perovskites. Nature Photonics 2020.

https://www.nature.com/articles/s41566-020-00743-1