基于激子局域化工程的Yb掺杂CsPbCl3近红外发光二极管性能突破

《Advanced Materials》：Exciton Localization Engineering in Thermally Evaporated Yb-Doped CsPbCl3 Near-Infrared Light-Emitting Diodes

本研究针对可见光至近红外转换效率提升的挑战，通过热蒸发法制备Yb3+掺杂CsPbCl3晶体，创新性地利用局域束缚激子工程开辟了新型激子能量转移通道。研究人员发现Cs空位缺陷介导的激子行为显著增强能量传递效率，最终制备出外量子效率达8.9%、辐射亮度410 mW·Sr?1·m?2的近红外LED，为热蒸发法制备高性能近红外（>950 nm）发光器件奠定基础。

　　

近红外（Near-Infrared, NIR）发光技术在生物医学成像、夜视系统和光通信领域具有重要应用价值。研究发现，通过Yb³⁺离子掺杂CsPbCl₃晶体可实现高效的量子剪裁（quantum cutting）过程，其中铅位点被镱离子取代形成的独特缺陷辅助能量转移路径发挥着关键作用。然而，是否存在其他可见光（Visible, VIS）至近红外转换途径以进一步提升器件性能，仍是亟待解决的科学问题。

本研究采用热蒸发技术对CsPbCl₃:Yb体系进行精准调控，创新性地构建了局域束缚激子（Bound Excitons, BEs）工程。实验表明，束缚激子能显著促进钙钛矿基质向镱掺杂剂的能量传递，揭示出此前未知的激子能量转移通道。通过原子尺度表征与第一性原理计算相结合，研究人员解析出束缚激子驱动的能量转移机制，特别证实铯空位缺陷在调控激子行为中的关键作用。

这些突破性发现成功指导了高性能近红外发光二极管（NIR-LEDs）的制备，器件实现了8.9%的外量子效率（external quantum efficiency）和410 mW·Sr^?1·m^?2的辐射亮度指标，标志着热蒸发法制备波长大于950纳米的近红外发光器件取得重大进展。