苏州大学团队实现钙钛矿LED 24.8%外量子效率

苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）研究团队在近红外电致发光领域取得关键进展：通过离子液体介导的表面重构工艺，将钙钛矿量子点近红外LED的峰值外量子效率（EQE）提升至24.8%，并大幅缓解高亮度下的效率滚降问题。该成果于2026年5月7日发表于《光：科学与应用》（Light Science & Applications）第15卷第1期（文章编号221），标志着国产高校在新型光电材料产业化路径上迈出实质性一步。

研究聚焦长期制约钙钛矿量子点近红外LED实用化的技术瓶颈——效率滚降（efficiency roll-off）。传统器件在电流密度升高、辐射亮度超过5 W sr⁻¹ m⁻²后，EQE通常下降30%以上，主因是量子点表面缺陷态增多导致载流子非辐射复合加剧。团队提出“离子液体介导表面重构策略”，核心是将1-甲基-3-丙基咪唑碘盐（MPII）引入量子点配体交换与成膜工艺。MPII并非简单包覆剂，而是在原位反应中同步完成两件事：一是钝化量子点表面未配位铅离子和卤素空位，将陷阱态密度降低至原有水平的1/2；二是形成一层厚度约1.2 nm、兼具离子导通与电子阻挡特性的动态保护层，使薄膜电导率提升10倍。这一过程无需高温退火或真空沉积，兼容溶液法大面积制备。

实验验证显示，器件在10 W sr⁻¹ m⁻²高辐射亮度下仍维持约20% EQE，为目前报道中钙钛矿量子点近红外LEDZui低的效率滚降幅度。团队同步制备了900 mm²（30 mm × 30 mm）大面积器件，平均效率达20%，证明该工艺具备向中试产线放大的可行性。所用近红外发射峰位于850 nm，半峰宽（FWHM）为42 nm，满足生物组织穿透窗口（700–900 nm）及硅基探测器响应匹配要求；同时其调制带宽实测达120 MHz，高于常规有机LED，可支撑高速光学加密信号传输。

对采购与选型的实际影响

该技术尚未进入量产阶段，但已明确指向两类终端应用的光源升级路径：一是活体小动物荧光成像系统中的激发光源模块，当前主流采用850 nm VCSEL或InGaAs LED，前者成本高、驱动复杂，后者EQE普遍低于15%且热稳定性差；二是基于光学物理不可克隆函数（PUF）的信息加密硬件，需高亮度、窄谱宽、快速响应的近红外光源。中国生物医学设备厂商若考虑替代进口VCSEL模组，需重点关注MPII材料的批次稳定性——其纯度直接影响量子点表面重构均一性，建议在供应商审核中增加离子液体金属杂质（Pb、Fe、Ni）含量检测项（限值应≤10 ppb）；同时注意该工艺对ITO/PEDOT:PSS阳极层的兼容性，避免MPII残留引发界面腐蚀。

江苏实验室成果背后的产业适配逻辑

长三角地区是全球近红外光电器件重要集散地，苏州拥有完整的LED封装、光学镜头与生物成像整机产业链。本地企业如苏州长光华芯、常州中科摩尔已布局VCSEL芯片代工，但上游高效近红外发光材料仍依赖进口量子点分散液（如美国QD Laser、德国NNL）。FUNSOM此次工艺突破的价值，不在于立即替代现有供应链，而在于提供一条避开专利壁垒的国产化路径：MPII属常温离子液体，国内已有数家化工企业（如安徽安德科、浙江盛达）具备百公斤级合成能力，且其分子结构未落入主流量子点钝化专利权利要求范围。这意味着下游封装厂可联合高校进行工艺转移，绕过海外厂商对配体工程的核心专利封锁。

需提醒的是，该器件寿命数据尚未披露。钙钛矿材料在高湿度、高偏压条件下的衰减机制仍未完全解决，实验室测试多在氮气手套箱内完成。若面向医疗设备或工业加密终端应用，必须验证其在IEC 60601-1医用电气安全标准下的长期工作稳定性，以及是否满足MIL-STD-810H中关于温度循环与湿热试验的要求。当前阶段，更现实的落地场景是作为科研级光源模块，用于高校与研究所的光学加密原型机开发或小动物成像平台升级，而非直接替换临床设备中的成熟光源。

产业化难点集中在量子点墨水的环境稳定性控制与MPII掺杂浓度的工艺窗口收窄——浓度偏差±0.3 wt%即导致薄膜针孔率上升15%，进而引发局部击穿。这要求涂布设备具备亚微米级厚度在线监测能力，也意味着现有LED产线需加装闭环反馈模块才能适配该工艺。