编者按： 习近平总书记指出：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高，就难以建立起宏大的高素质创新大军，难以实现科技成果快速转化。”中国照明学会高度重视科普工作，深入贯彻落实《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》《中国科协科普发展规划（2021—2025年）》，按照中国科协科普工作有关要求，持续加强学会科普能力建设。 为普及照明知识，弘扬科学精神，推动学术资源科普化和科技成果快速转化，助力营造热爱科学、崇尚创新的社会氛围，中国照明学会决定在学会官网(www.cies.ac.cn)和微信公众号(CIES1987)开设“科普专栏”，向社会提供科学、权威、专业的照明科普内容，打造具有知识性、专业性和服务性的科普平台。 中国照明学会科普专栏以“弘扬科学精神，激发创新活力”为理念，将涵盖照明领域前沿科技、健康生活、实用技术、趣味知识和相关资讯等内容。热烈欢迎照明领域科学家、企业家、设计师和广大科技工作者积极参与科普工作，为“科普专栏”提供照明科普作品。作品请发送至学会邮箱：cies19870601@163.com。投稿过程中若有疑问，可联系中国照明学会秘书处（联系人：朱思贤，电话：010-65812194）。 中国照明学会科普专栏第7期邀请苏州大学夏宇博士撰写了题为《高效钙钛矿光电器件：面向下一代柔性照明与广色域显示的材料革新》的科普文章。夏宇，苏州大学功能纳米与软物质研究院博士生，主要从事钙钛矿发光二极管方向的研究。相关研究成果发表在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed. 、Sci. Bulletin、Adv. Funct. Mater.上，共计8篇。主持2024年度江苏省研究生创新工程项目一项，获得博士生国家奖学金，入选2024年度中国科协青年人才托举工程博士生专项计划。
高效钙钛矿光电器件：面向下一代柔性照明与广色域显示的材料革新
钙钛矿材料因其卓越的光电性能，在照明和显示领域中拥有着很重要的地位。新一代显示技术和白光照明领域对发光材料提出了新的要求，即要求材料具有色域广，可卷曲，制备工艺简单和成本低廉等特点。而金属卤化钙钛矿材料具有发光光谱连续可调，发光峰窄，高载流子迁移率，高荧光量子产率，柔性，可溶液加工以及可大面积制备等特点，是目前比较理想的荧光材料，为应用于显示与照明领域提供了可能。
一、钙钛矿材料的基本特性
钙钛矿材料通常具有ABX₃晶体结构，其中A位点一般为小尺寸阳离子（如甲脒FA⁺或铯Cs⁺），B位点为金属阳离子（如铅Pb²⁺或锡Sn²⁺），而X位点则由卤素离子占据（如碘I⁻、溴Br⁻或氯Cl⁻）。这种独特的晶体结构赋予了钙钛矿材料一系列优异的光电特性。与传统的无机发光二极管(LED)相比，钙钛矿LED的主要优势在于通过调整钙钛矿材料的成分，可轻松调节发光波长，覆盖从可见光到近红外光的范围，提供更广的色域和更精准的颜色控制。
钙钛矿材料还可制成柔性器件，适用于柔性显示和可穿戴设备，而传统无机LED难以实现。而与有机LED相比，钙钛矿LED则具有发光光谱半峰宽窄，色纯度高，响应速度快等特点。因此钙钛矿LED弥补了无机和有机LED各自的不足，是一种可实现多元化照明与显示的理想发光元件。
图1 钙钛矿晶体结构示意图和光谱覆盖图
二、钙钛矿LED在照明领域的应用
1.高效白光LED
钙钛矿白光LED可以通过以下技术路线实现：
——蓝光芯片激发红色/绿色钙钛矿量子点：这种方法利用蓝光芯片（波长约460 nm）激发红色和绿色钙钛矿量子点，混合形成白光输出。
——直接制备多色钙钛矿层：通过外部能量（如光或电）注入钙钛矿层时，电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对（激子）并发出白光。
这些方法制作的白光LED具有极高的显色指数（CRI > 95），高于传统荧光粉方案（CRI ~80），并且光效超过150 lm/W，显示出卓越的节能特性，为开发低成本和简单的白光LED提供了可能的方案。
图2 钙钛矿LED实现白光照明的示意图和实物图
2.柔性照明设备
钙钛矿材料还可以通过溶液法（如喷墨打印）沉积在柔性基底上，制成可弯曲、超薄的发光薄膜，适用于汽车内饰灯、可穿戴健康监测设备背光以及建筑装饰照明等场景。
图3 柔性钙钛矿照明薄膜实物图
三、钙钛矿LED在显示领域的应用
钙钛矿LED在色彩表现上，具有较小半峰宽（<20 nm)，能提供比有机LED更高的颜色纯度，可覆盖Rec. 2100标准95%以上的色域，在超高清显示与微型显示具有很好的应用前景。
钙钛矿Micro-LED阵列具备超过5000 PPI的像素密度，响应时间小于1微秒，适合AR/VR设备的视网膜级显示需求。同时钙钛矿薄膜的高透光率（>80%）可应用在车窗显示、智能眼镜等多种应用场景。
图4 钙钛矿LED显示阵列和传感器图
钙钛矿材料凭借高色纯度、低成本、柔性兼容性三大核心优势，成为照明和显示行业的潜力材料。从超高清电视（匹配Rec. 2100色域）到AR眼镜，从节能照明到车载透明显示，钙钛矿材料的应用潜力已得到验证。尽管钙钛矿材料在稳定性和毒性方面仍存在亟待解决的技术挑战，其优异的光电性能和可调控的物理化学特性为其在多个领域的应用提供了坚实基础，有望成为下一代光电技术的候选材料。
策划制作
作者丨夏宇 苏州大学博士
审核丨中国照明学会学术工作委员会、中国照明学会专家工作委员会
出品丨中国照明学会
