近日，瑞典林雪平大学的科学家们与来自中国的同事们合作展示了如何实现高效的钙钛矿发光二极管（LED）。在一篇发表在《自然通信（Nature Communications）》期刊上的论文中，他们为如何制造高品质钙钛矿光线发射器以及高效的钙钛矿LED，提供了指导原则。近年来，钙钛矿作为极具前景的新一代材料之一，引起了科学界与产业界的广泛关注。钙钛矿结构稳定，有利于缺陷扩散迁移，具有许多特殊的物理化学特性，例如电催化性、吸光性等。

（图片来源：维基百科）

因此，钙钛矿特别适合应用于电子器件，例如LED灯、光通信器件、数据存储设备、太阳能电池等。

钙钛矿LED（图片来源：美国化学会）

根据其晶体结构定义的卤化物钙钛矿，很容易通过低成本的溶液制备。这种溶液是由金属卤化物和有机卤化物组成的前体溶液加工而成。生成的钙钛矿具有卓越的光学和电气特性，非常适合作为各种光电器件例如太阳能电池、LED以及光电探测器候选材料。

钙钛矿LED（图片来源：Charlotte Perhammar）

因为溶液加工而成的钙钛矿含有大量的缺陷（这些缺陷主要是卤化物空位），高性能的光电器件需要高效地控制钙钛矿的结晶度。林雪平大学的研究小组，在资深讲师 Feng Gao 的带领下，与中国南京工业大学、苏州大学的科学家们合作，研究了前体成分以及界面是如何影响钙钛矿的结晶过程的。

论文的第一作者、林雪平大学物理、化学与生物学（IFM）系的博士生 Zhongcheng Yuan 表示：“我们与其他几个课题组发现，在前体中简单地引入过量的有机卤化物，有助于钝化缺陷并实现高辐射的钙钛矿薄膜。”然而，过量的有机卤化物阻碍了钙钛矿的结晶，导致低导电性钙钛矿发光层以及性能不佳的LED。

现在，科学家通过用金属氧化物ZnO支持钙钛矿结晶来解决这个难题，这有助于去除适量的多余有机阳离子，从而可以实现更好的结晶。《自然通信》期刊上的文章展示了不同的金属氧化物层和钙钛矿层之间的化学反应是如何影响钙钛矿薄膜特性从而影响LED性能的。

不同的金属氧化物层影响薄膜的特性（图片来源：Charlotte Perhammar）

林雪平大学物理、化学与生物学（IFM）系的研究员 Sai Bai（他与Feng Gao 都是文章的主要作者） 表示：“我们通过利用氧化锌的基本特性实现了精确控制，氧化锌可以选择性地去除不需要的有机阳离子，同时留下需要的卤化物阴离子。”

Sai Bai 与Zhongcheng Yuan（图片来源：Charlotte Perhammar）

这项新发现与同一课题组之前处理钙钛矿缺陷方面的成果相结合，使他们能在实验室中制造出高效的钙钛矿发光薄膜。生成的器件为近红外LED提供了19.6%的量子效率，也就是说，供应给器件的电子的19.6%作为光(光子)发射，这是世界上性能最佳的钙钛矿LED之一。Feng Gao 表示：“钙钛矿LED是一个颇具前景的领域。过去五年来，我们已经见证了快速的突破，但是这个领域仍是新的，在大规模商业化生产之前，我们还有更多的工作要做。设备的稳定性是需要得到改善的一个关键方面。”