来源:乐鱼体育真的假的 发布时间:2025-11-16 12:45:46
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11月12日,南京工业大学团队在国际顶尖学术期刊《自然》在线刊发新的研究成果,全球钙钛矿发光二极管(LED)领域里程碑式突破,由黄维院士、王建浦教授和王娜娜教授领衔的科研团队,创新提出“层间光子循环”策略,将叠层钙钛矿LED的外量子效率提升至45.5%,不仅刷新该领域世界纪录,更让中国在新型发光技术赛道占据了全球领先地位。
发光二极管的核心价值在于电能到光能的高效转化,而外量子效率正是衡量这一转化能力的关键指标。在钙钛矿LED领域,叠层结构本是提升亮度与寿命的主流方向——通过串联多个发光单元实现亮度叠加,这一技术已在商用有机LED中大范围的应用。但长期以来,叠层钙钛矿LED的外量子效率始终低于10%,甚至远不及单结器件,成为制约其商业化的“卡脖子”难题。
南京工业大学团队的创新之处,在于破解了叠层结构的协同增效难题。团队通过十年深耕优化连接层结构,实现了高效的电荷注入与平衡;更关键的是,通过调控钙钛矿发光层的微纳结构,构建了独特的“层间光子循环”机制——一个发光单元产生的光子可被另一钙钛矿层重新吸收并再次发射,从根本上突破了传统光提取效率的限制。这一策略让叠层器件效率远超单结器件的简单叠加,实现了“1+12”的奇效:不仅峰值外量子效率达45.5%,较单单元器件效率之和再提升20%,更在100 mA cm⁻²的高电流密度下仍保持34.5%的高效率,同时具备3.2 V的低开启电压和64小时的常规使用的寿命,多项核心指标同步领跑。《自然》审稿人评价称,这一技术为提升钙钛矿LED效率开辟了重要方向。
钙钛矿LED本身兼具可溶液加工、色纯度高、制备成本低等天然优势,此次效率突破更让其应用场景从“理论可能”迈向“实际可行”,重点聚焦显示和照明两大核心领域:
:相较于成熟的有机LED,钙钛矿LED在亮度和色纯度上更具优势,45.5%的外量子效率已达到商用水平。未来可大范围的应用于手机、电视、笔记本电脑等柔性显示屏,实现更清晰的画质、更轻薄的形态和更低的功耗,同时溶液加工工艺能大幅度降低显示面板的生产所带来的成本,推动高端显示技术普及。
:低开启电压和高转化效率意味着钙钛矿LED能以更少的电能产生更强的光照,契合全球“双碳”目标。其可制成室内灯具、户外景观灯等,不仅常规使用的寿命是传统单结器件的两倍以上,还能通过调控发光层实现多色发光,满足多种场景的照明需求。
:在生物医疗检测、紫外消毒、微型发光器件等特种场景中,钙钛矿LED的高色纯度和可定制化优势同样突出。例如在生物成像中,精准的单色发光能提升检测精度,而低成本制备工艺可降低特定种类设备的研发门槛。
这一技术突破不仅是基础科研的胜利,更将撬动上下游产业链的协同升级,形成多维度利好格局:
:“层间光子循环”策略为叠层发光器件的设计提供了全新范式,打破了国外在新型LED领域的技术垄断。南京工业大学作为第一作者和通讯作者单位,将吸引全球相关领域的科研合作,进一步巩固中国在钙钛矿材料研究领域的领先地位。
:钙钛矿LED的核心原材料为钙、铅等常见元素,溶液加工工艺无需高端真空设备,能与国内现有的半导体封装、显示面板制造等产业链深度适配。技术突破将带动上游材料制备、中游器件封装、下游终端应用等环节的发展,催生一批本土高新技术企业,形成新的产业增长极。
:相较于有机LED的高生产所带来的成本,钙钛矿LED的溶液加工工艺可将制备成本降低30%以上。随技术商业化推进,消费者将能以更低的价格享受到高端显示和绿色照明产品,提升生活品质。
:高转化效率的钙钛矿LED可大幅度降低照明和显示领域的能耗,直接助力“碳达峰、碳中和”目标实现;同时摆脱对国外高端发光技术的依赖,提升我国电子信息产业的核心竞争力。
尽管当前该成果仍处于实验室阶段,但核心指标已达到商业化水平,为后续产业化奠定了坚实基础。黄维院士明确说,团队将逐步放大实验室成果,稳步推进产业化进程。从技术到市场的转化路径已清晰可见:
短期来看,团队将重点攻克规模化制备中的稳定性问题。目前实验室器件在70 W Sr⁻¹ m⁻²初始辐射亮度下半衰期达64小时,后续需通过材料改性和封装工艺优化,逐步提升器件在复杂环境下的常规使用的寿命,满足商用产品的可靠性要求。
中期来看,将建立中试生产线,完成从实验室样品到量产产品的工艺衔接。依托国内成熟的半导体产业集群,可快速整合原材料供应、器件封装等配套资源,降低产业化门槛。预计3-5年内可实现中低端照明产品和小众显示产品的商用落地。
长期来看,随技术成熟度提升,钙钛矿LED有望替代部分有机LED和传统LED市场占有率,形成千亿级的新兴起的产业规模。其柔性化、低成本的优势还将催生可穿戴显示、智能照明等新场景,打开更广阔的市场空间。