钙钛矿发光材料受困于晶体尺寸与发光效率矛盾

光明日报6月22日北京电（记者晋浩天）被寄予厚望的钙钛矿发光材料，在提升显示屏幕亮度与节能性能的进程中，正面临一项基础性技术难题：晶体生长追求完整性时容易形成较大尺寸，而高效发光所需的却是足够小的晶粒。

晶体生长与光效的“两难困境”

钙钛矿发光材料是一种通过钙钛矿结构实现电致发光的新型材料，其凭借在亮度与能耗之间的良好平衡潜力，被纳入显示技术的前沿研究方向。然而，材料在制备过程中存在一个内在矛盾——较大的晶粒往往结晶质量更佳、缺陷更少，但发光效率的提升却严重依赖晶粒尺寸的精细控制，小型化晶粒有利于量子效率的提高。

这一尺寸矛盾意味着，单纯追求晶体完整性会导致晶粒偏大，从而削弱发光性能；而刻意缩小晶粒尺寸，又可能引入晶体缺陷，降低材料稳定性。业内分析指出，如何精准调控晶体生长过程以兼顾尺寸与质量，是实现钙钛矿发光走向实际应用的关键环节。

• 钙钛矿发光材料被视作下一代显示技术的重要候选，但因晶粒尺寸与发光效率的冲突，其商用化进程仍存在技术壁垒。
• 该矛盾的解决将直接关系到未来显示屏幕能否同时实现高亮度与低功耗目标。

北京大学团队制备蓝光钙钛矿LED 外量子效率达21.8% 稳定性提升6倍

北京大学周欢萍教授课题组与严纯华院士、孙聆东教授课题组日前合作，提出一种原位纳米晶限域新策略，首次在基底原位生长过程中实现高结晶质量与纳米小尺寸兼得。基于该技术制备的蓝光钙钛矿发光二极管外量子效率达到21.8%，器件运行稳定性提升6倍以上。

“鱼和熊掌”的物理死结被打破

周欢萍介绍，钙钛矿在红光和绿光方向进展迅速，但纯正蓝光一直是最难突破的领域。高效发光面临一对矛盾：高结晶质量能减少内部缺陷、抑制能量损耗，是效率和稳定性的根基；而纳米尺度的小晶粒才能将电荷牢牢关住，迫使它们高效发光。传统方法中，晶体长得好则晶粒变大，强行缩小晶粒又会引入缺陷，这一“鱼和熊掌”的矛盾长期拖住了蓝光器件前进的脚步。

可聚合配体原位形成分子网

研究团队的创新在于引入一种可聚合配体，这种分子在钙钛矿结晶过程中既帮助材料溶解成膜，又在特定条件下彼此交联，像织网一样原位形成致密的聚合物网络。晶粒刚想长大，就被这张网轻轻“按住”；同时可聚合配体延长了晶格有序重排的时间窗口，让原子从容排列整齐。结果纳米晶尺寸被均匀控制在极小范围，缺陷密度大幅降低，材料结构也更稳定。

周欢萍说，器件工作稳定性提升6倍以上，那张原位形成的聚合物网络能有效抑制离子迁移，为长期稳定运行筑起防波堤。

新知解码：什么是原位纳米晶限域

原位纳米晶限域是一种让晶体在生长过程中同时实现高质量与纳米尺寸的精细调控技术。其精髓在于：不是等晶体长大后再强行切碎，也不是用化学手段阻止表面生长，而是像给盆栽套上固定形状的模具——既让小树在模具内长出致密纹理（高结晶质量），又被严格限制在方寸之间（纳米尺寸）。科学家在材料结晶前混入可聚合配体，配体在晶体刚冒头时原位形成分子级网眼，网眼即为晶体生长的唯一空间，既不让晶粒疯长，又给足时间让原子排列整齐。

严纯华：开辟新路，普适性良好

严纯华院士指出，这一工作首次系统建立了原位聚合限域策略，为解决新一代显示材料效率与稳定性难以兼得的困局开辟了新路。该方法普适性良好，有望进一步拓展至太阳能电池、量子点发光器件等领域，为下一代高性能显示与光电子技术夯实底座。