香港理工大学（理大）研究人员开发出一项双缺陷抑制策略，成功大幅提升无铅量子材料的发光效率，为先进光电子装置提供更安全、环保的材料选择。无铅钙钛矿纳米材料被视为新一代光电子技术的重要候选材料，但锡卤化物钙钛矿纳米晶体长期受制于发光效率偏低的问题。理大应用物理学系助理教授殷骏教授利用材料计算设计，提出双缺陷抑制策略，使锡卤化物钙钛矿纳米晶体的光致发光量子产率突破至42.4%，刷新同类材料纪录，较过往报告提升逾80倍。
近年来，钙钛矿纳米晶体在光电元件领域的应用迅速发展，从智能电话与电视中的高品质显示技术，到新世代太阳能电池与光电探测器，均展现出广泛应用前景。然而，目前性能优异的钙钛矿材料大多依赖具有毒性的铅元素，对环境及健康构成潜在风险。因此，寻找兼具高效能与低毒性的无铅替代材料，已成为该领域的重要研究方向。
在众多候选材料中，锡卤化物钙钛矿纳米晶体因具备取代含铅钙钛矿的潜力而备受关注，有望推动可持续量子材料的发展。不过，这类材料普遍存在光致发光量子产率偏低及稳定性不足等问题，限制了其实际应用。造成这些瓶颈的关键，在于传统合成方法未能有效对应锡卤化物钙钛矿复杂的缺陷化学特性。
为突破这一关键挑战，殷教授与研究团队利用材料计算为基础，成功设计并合成出具有前所未有发光效能的锡卤化物钙钛矿纳米晶体。团队提出一种可同时抑制体缺陷与表面缺陷的双缺陷抑制合成策略，巧妙结合富锡反应条件与外源一价阳离子的引入，成功制备出甲脒锡碘化物纳米晶体，并实现42.4% ± 1.0%的光致发光量子产率，比以往同类材料的报告数值提升逾80倍。相关成果已刊登于《自然·合成》（Nature Synthesis） ，不仅加深了学界对锡基钙钛矿缺陷化学的理解，也为高性能无铅光电子量子材料的实际应用提供了可行途径。
殷教授表示，基于缺陷化学深刻理解的计算材料引导合成策略，有助充分释放锡卤化物钙钛矿纳米晶体作为高效无铅量子材料的应用潜力，为发展更安全、更环保及可持续的先进光电子技术开创新方向。
资料来源：Innovation Digest
