钙钛矿新一代显示技术实现接近 100% 的量子产率

韩国首尔，2026 年 1 月 27 日电 —— 一项以金属卤化物钙钛矿发光材料制备新一代高色彩还原度显示器件的前沿技术，创下量子产率新纪录，且实现了符合商业化应用要求的发光稳定性。

胶体钙钛矿纳米晶具备优异的光吸收性能与高光致发光量子产率，但其易受光照、高温、空气及湿气影响发生降解。

首尔国立大学的研究团队探明了胶体钙钛矿纳米晶的降解机制，并研发出针对性稳定化策略，突破了该材料的降解瓶颈。团队攻克了钙钛矿发光材料长期存在的稳定性难题，制备出的钙钛矿固态发光材料，实现了接近 100% 的光致发光量子产率。

图：Tae-Woo Lee 教授（左）与 Qingsen Zeng 教授（右）研制出的新一代钙钛矿发光材料，兼具全球最高量子产率与达到商业化应用标准的工作寿命。

图|相关人物（来源：Seoul National University College of Engineering）

研究团队发现，胶体钙钛矿纳米晶的降解遵循晶格 - 界面联动机制：晶格膨胀会削弱离子键结合力、加剧离子迁移，进而引发材料表面的氧化与水合反应。为实现晶格稳定化，研究人员确定了技术方向 —— 既要对晶格结构进行固定，同时还需通过化学手段稳定钙钛矿材料的表面。

研究团队制备出由硫酸铅、二氧化硅及聚合物层构成的分级壳层结构，该多层壳层形成了晶格 - 界面互锁网络，既能稳固离子晶格，抑制晶格软化、离子迁移与界面反应，又能实现材料表面的化学稳定。

基于该技术策略，研究团队所制备的胶体钙钛矿纳米晶薄膜，光致发光量子产率达到 100%，且在实际应用的典型工况下展现出优异的稳定性。

经测试，该稳定化薄膜在 60 摄氏度、相对湿度 90% 的加速湿热老化条件下，T90 寿命（用于衡量严苛环境下材料耐久稳定性的指标）达到 3900 小时；在持续蓝光照射条件下，其外推 T90 寿命更是高达 27234 小时。

研究团队表示，上述数值远超此前钙钛矿纳米晶相关研究的报道结果，且突破了行业内公认的商业化老化测试基准。接近 100% 的光致发光量子产率实现了高效的光子循环，使该固态薄膜的外量子产率达到 91.4%。研究人员称，这一数值创下了目前所有已知固态发光材料的最高纪录。

该研究的负责人 Tae-Woo Lee 教授表示：“我们通过研制分级壳层结构，同时实现了钙钛矿纳米晶软晶格与不稳定表面的双重固定，让材料同时具备接近 100% 的发光效率与商业化级别的工作寿命。这一突破证明，钙钛矿发光材料已能走出实验室，成为未来高色纯度显示技术的核心工业级材料。”

图：

(A) 分级壳层的结构，由相互键合的硫酸铅、二氧化硅及聚合物层构成。

(B、C) 甲脒铅溴（MAPbBr₃）薄膜与分级壳层修饰甲脒铅溴（HS-MAPbBr₃）薄膜的光致发光量子产率（PLQY）随老化时间的变化曲线：(B) 60℃、相对湿度 90% 老化条件；(C) 180 瓦 / 平方米蓝光照射老化条件。

(D) 各类发光材料在 365~450 纳米激发光下，外量子产率（EQY）随光致发光量子产率（PLQY）的变化关系。

图|相关资讯（来源：Science, DOI: 10.1126/science.ady1370.）

钙钛矿发光材料兼具色彩纯度高、光电性能优异、材料成本低、可调控性强的优势，是超高清电视以及增强现实、虚拟现实新型显示器件的理想适配材料。其发射谱线半高宽约为 20 纳米，这一特性使其成为唯一能满足新 Rec.2020 色彩标准的材料，该标准将可实现的色域范围拓展了约 40%。

除优化光学性能外，这款用于稳定胶体钙钛矿纳米晶的分级壳层结构，还让钙钛矿材料具备易加工的特性，同时提升了材料的环境安全性。研究人员发现，该壳层能有效阻止卤化铅钙钛矿结构中常用的铅离子（Pb²+）向水中释放。对该钙钛矿材料开展的细胞毒性测试证实，其培养环境下的细胞增殖状态良好，与标准聚苯乙烯培养基底的效果相当。

经该技术稳定化的胶体钙钛矿纳米晶，可完全适配喷墨打印与高分辨率光刻图案化工艺，能制备出像素密度超 3500 像素 / 英寸的器件，满足新一代微发光二极管、增强现实及虚拟现实显示器件对像素密度的要求。

这种基于分级壳层的胶体钙钛矿纳米晶稳定化策略具备可规模化拓展的特性，能在 409 至 783 纳米的波段范围内实现稳定发光，适配混合卤化物钙钛矿与杂化钙钛矿多种配方体系，同时也与现有工业制造工艺相兼容。

研究团队与 Lee 联合创立的初创企业 SN Display Co., Ltd. 合作，采用 0.6 米 ×3.2 米的卷对卷打印工艺，制备出了大面积的均匀钙钛矿纳米晶色转换薄膜。该团队将分级壳层技术与标准显示制造工艺相结合，研发出了 10.1 英寸平板、28 英寸和 32 英寸显示器，以及 43 英寸、75 英寸电视的原型机。所有原型机均展现出均匀的亮度表现与逼真的色彩还原效果，其 Rec.2020 色域面积占比均超 97%，性能优于商用液晶显示器、磷化铟量子点显示器及有机发光二极管显示器件。

得益于宽泛的组分兼容性与图案化工艺的可拓展性，基于分级壳层结构制备的钙钛矿纳米晶，可有效应用于大尺寸显示器件、中尺寸平板、高分辨率微显示器，同时也适用于固态照明领域。分级壳层形成的阻隔层能防止铅离子泄漏，让材料可安全应用于大尺寸、高分辨率显示器件及生物光电器件。从更广泛的角度来看，这种晶格 - 界面互锁的设计理念，可为卤化铅钙钛矿材料及相关光电器件提供一种通用的稳定化解决方案。

该研究成果发表于《Science》期刊，论文 DOI：www.doi.org/10.1126/science.ady1370。

资讯来源

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