研究背景
在發光二極管（LEDs）中，構建平衡的電子和空穴注入的小注入勢壘是廣泛公認的關鍵。然而，在基于金屬鹵化物鈣鈦礦的高效LED中，通常會觀察到一個看似較大的空穴注入勢壘。針對這些挑戰，瑞典林雪平大學高峰團隊在“Nature Materials”期刊上發表了題為“Surfactant-induced hole concentration enhancement for highly efficient perovskite light-emitting diodes”的最新論文。本文通過一種由表面活性劑引起的效應來解釋這種高效率，其中空穴濃度在鈣鈦礦表面得到增強，從而能夠與注入的電子充分進行雙分子復合。這一效應來源于添加劑工程，并通過一系列光學和電學測量得到驗證。 此外，能夠增加空穴濃度的表面活性劑添加劑還顯著提高了光致發光效率，這對于鈣鈦礦LED的高效運行至關重要。我們的研究結果不僅為高效鈣鈦礦LED的制造提供了合理的設計規則，還為其他鈣鈦礦光電器件的設計提供了新的見解。
研究亮點
（1）實驗首次提出了通過表面活性劑添加劑誘導空穴濃度增加來解釋鈣鈦礦LED（PeLED）中大空穴注入勢壘的現象，得到了較低的開啟電壓和高外部量子效率（EQE）。（2）實驗通過在鈣鈦礦表面增加空穴濃度，解決了大空穴注入勢壘仍能實現低開啟電壓和高效能的難題。研究發現，表面活性劑添加劑通過增強空穴濃度，顯著改善了器件的光致發光效率，達到了28.3%的最大EQE。（3）實驗還通過一系列光學和電學測量表明，空穴濃度的增加不僅降低了開啟電壓，還優化了電子傳輸材料的效能，進而提高了LED的整體性能。（4）研究結果進一步表明，空穴濃度的增強機制對其他LED技術同樣適用，尤其是那些依賴載流子濃度增強（如摻雜）的技術，為未來的鈣鈦礦和其他光電器件設計提供了新的方向。
圖文解讀
圖1: 鈣鈦礦發光二極管perovskite light-emitting diodes，PeLED器件性能。圖2: 通過添加劑工程，提高了鈣鈦礦膜中的空穴濃度。圖4: 空穴濃度增強與功率相關的光致發光PL強度和溫度相關的外量子效率external quantum efficiency，EQE。
結論展望
本文通過空穴濃度增強的機制，即使在存在較大空穴注入勢壘的情況下，依然能夠實現低開啟電壓和高外部量子效率（EQE）。這一發現表明，優化空穴濃度可以顯著提升器件的光致發光效率，并改善電子和空穴的復合效率，從而提高LED的整體性能。這一機制不僅適用于鈣鈦礦LED，也為其他光電器件的設計提供了新的思路。其次，添加劑工程在提高空穴濃度方面展現了其強大的潛力，尤其是表面活性劑添加劑的使用，能夠有效調控表面空穴濃度，優化器件的工作性能。此外，研究還表明，電子傳輸層的改進與空穴濃度的優化密切相關，因此在設計高效PeLED時，除了優化空穴注入，還需要重視電子注入材料的選擇。總之，本研究為高效PeLED的設計提供了新的理論基礎，并為其他鈣鈦礦光電器件的開發開辟了新的研究方向。 Qin, J., Zhang, J., Liu, X. et al. Surfactant-induced hole concentration enhancement for highly efficient perovskite light-emitting diodes. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02123-y
