实验室马东阁教授团队：空气环境下制备环境友好型高亮度超晶体发光二极管

金属卤化物钙钛矿因其优异的光电性能在发光二极管（LED）领域备受关注。然而，传统的钙钛矿发光层溶液制备需在惰性气氛中进行，不利于大规模低成本生产。空气环境下制备虽能简化流程，却面临结晶不完善、湿度淬灭等挑战。本文提出了一种基于无毒钙离子限制（CIC）的策略，在空气中原位构建钙钛矿超晶体薄膜，以提高薄膜质量与器件性能，推动钙钛矿LED的空气制备工艺发展。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的马东阁教授课题组，提出了一种基于无毒钙离子限制的空气制备策略，成功在空气中原位合成了高质量的钙钛矿超晶体薄膜。该方法实现了钙钛矿发光二极管的最大亮度近100000cd m-2、外量子效率达10%的高性能发光，同时显著提升了器件的稳定性。这一环境友好、低成本制备技术，有望拓展钙钛矿材料在显示与固态照明领域的规模化应用前景。

本研究针对钙钛矿发光二极管迈向产业化过程中空气环境制备与高性能要求难以兼顾的核心矛盾展开。传统钙钛矿材料对湿度极度敏感，在空气中制备时，水分会严重干扰结晶过程，致使器件效率与亮度骤降、稳定性差。

面对这一挑战，研究团队提出了钙离子限制这一创新策略。通过引入Ca2+至前驱体，精准调控了钙钛矿纳米晶在空气中的结晶动力学，使其在热退火阶段原位自组装成致密、均匀且具有长程有序的超晶体薄膜。表征与理论计算表明，富集于纳米晶表面及间隙的Ca2+能有效钝化卤素空位等致命缺陷，将薄膜的光致发光量子产率从2.2%大幅提升至42.8%。更为重要的是，Ca2+的引入引起了晶格畸变，并在纳米晶单元间形成了势垒，强烈地增强了激子-声子耦合，将光生激子有效地“局域化”在纳米尺度空间内。这种强局域化效应极大地抑制了激子扩散导致的非辐射复合。

综上所述，该工作通过巧妙的离子工程设计，不仅将空气环境中的不利因素转化为调控结晶的动力，更通过“缺陷钝化”与“激子局域化”的协同机制，一举攻克了空气制备钙钛矿薄膜质量差、发光效率低的难题，为PeLED的低成本、规模化制造开辟了一条全新的技术路径。

相关研究成果以“Air-Fabrication Perovskite Supercrystal FilmEnabled by a Strategy of Nontoxic Calcium Ion Confinement for Bright and StableLight-Emitting Diodes”为题发表在Small上，其中通讯作者为马东阁教授，陈江山研究员，第一作者为冯上威博士生。该研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFE0206000）、国家自然科学基金（U2001219、22201040）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515010262、2023B1515040003）、广东省自然科学基金（2023B1212060003），以及华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室（Skllmd-2023-05）等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202509168