日前，记者从南京工业大学获悉，该校柔性电子全国重点实验室黄维院士、王建浦教授和王娜娜教授团队在钙钛矿发光二极管（LED）领域取得重大进展。研究团队成功构建了全钙钛矿叠层LED器件，并创新性地提出利用层间光子循环来提升钙钛矿LED的光提取效率，使得叠层钙钛矿LED的外量子效率突破45%，再次刷新该领域世界纪录。这一突破为开发高性能钙钛矿LED开辟了全新的途径。11月11日，相关成果以“High performance tandem perovskite LEDs through interlayer photon recycling”为题发表在世界顶尖学术期刊Nature（《自然》）上。

发光二极管作为直接将电能转化为光能的核心器件，在照明、显示等领域应用广泛。随着市场对高品质、低成本、柔性化显示照明产品的需求激增，传统半导体材料的工艺限制日益凸显，钙钛矿材料凭借溶液加工性好、发光色纯度高、制备成本低等优势，成为全球前沿科技竞争的战略高地。

“钙钛矿LED的发光效率已逐步接近商业化有机LED水平，并且在亮度和色纯度方面更有优势，但叠层结构的发展一直面临瓶颈。”论文通讯作者王娜娜教授介绍，商业化有机LED普遍采用叠层结构，通过串联发光单元实现亮度叠加，但钙钛矿材料对薄膜缺陷高度敏感，制备顶发光单元时极易破坏底层结构，导致叠层钙钛矿LED外量子效率普遍低于10%，甚至远低于单结器件。

针对这一世界性难题，团队历经多年攻关，设计出TCTA/MoOx/HATCN/SnO2 连接层结构。“这个特殊的连接层既实现了高效电荷注入与平衡，又像‘防护盾’一样保护了底层钙钛矿发光层，解决了叠层制备中的结构破坏问题。”论文第一作者柯友解释道。

更具突破性的是团队提出的层间光子循环策略。“钙钛矿材料发射的光子容易被自身吸收再发射，我们利用这一特性，通过调控发光层的微纳结构，让一个发光单元产生的光子能被另一层有效再吸收、再发射。”王建浦教授进一步说明，这种层间辐射耦合导致的光子循环效应能将原本处于波导损耗模式的光充分利用，显著提升光提取效率。

团队通过实验验证了这一机制：由发光峰742nm的底层和802nm的顶层钙钛矿组成的叠层器件中，底层发射的高能光子被顶层吸收后重新发射，使顶层发光效率高于单结器件；瞬态荧光光谱分析也证实，顶层材料能吸收底层的长寿命光子并产生额外辐射复合。三维时域有限差分法模拟显示，这种循环效应可有效减少波导损耗和寄生损耗，实现“1+1>2”的效率突破。

该器件不仅外量子效率高达45.5%，在100mA cm⁻²高电流密度下仍保持 34.5% 的高效率，还具备高亮度与长工作寿命优势，其发光性能显著超越单结器件的理论叠加极限。与传统叠层有机LED相比，叠层钙钛矿LED具有低工作电压、高亮度、高色纯度的独特优势。

“这一成果是团队多年积累的结晶。”黄维院士表示，自2012年团队率先开展相关研究以来，先后在室温钙钛矿LED制备、多量子阱结构设计等方面取得系列突破，此次突破标志着钙钛矿LED 向产业化迈出重要一步。

据悉，该研究得到国家重点研发计划、国家基础科学中心、国家杰出青年科学基金和江苏省攀登项目等长期支持。南京工业大学为论文第一作者和通讯作者单位。

通讯员  朱琳

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

校对 陶善工