北理工钟海政教授：在钙钛矿量子点显示技术研究方面取得重要进展

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量子点是一类重要的半导体纳米光电材料，具有发光效率高、光谱可调、可溶液法制备等突出特点，在照明显示、探测成像、生物标记等领域具有广泛的应用前景。在显示领域，量子点可与LCD、OLED、Micro-LED等新型显示技术结合，显著提高色彩品质，简化制造工艺，成为显示领域重要的前沿技术之一。目前，搭载量子点背光的液晶显示电视已经实现商业化，2020年市场渗透率达到5%，并在逐年增加。像素化的量子点色转换技术被认为是降低OLED显示成本和解决Micro-LED技术巨量转移难题的首选技术路线，而量子点电致发光显示技术是印刷显示的主要路线之一。因此，量子点显示技术成为显示企业争相布局的重点领域。

尽管量子点显示技术取得了显著进步，然而传统的量子点材料（CdSe、InP）一般采用高温热注入法制备，产业化仍面临工艺复杂、成本高、国外专利壁垒等挑战。因此，寻求低成本的新型量子点材料体系是解决上述挑战、扩展量子点应用领域的重要思路之一。

钙钛矿量子点制备简单，具有优异的光学性质，是近年来光学与光电子材料领域的研究热点之一。北京理工大学材料学院钟海政团队一直从事量子点材料开发和应用技术研究，是国际上最早开展钙钛矿量子点研究的实验室之一（ ACS  Nano 2015, 9, 4533，Google引用>1300次）。近年来，团队重点围绕钙钛矿量子点显示技术开展研究，取得系列重要进展：所发明的钙钛矿量子点原位制备技术授权中国、美国、日本、韩国专利，进入产业应用推广阶段。最近，他们在红光钙钛矿量子点光学膜和蓝光量子点电致发光器件方面取得突破进展。

1）面向液晶显示背光应用的钙钛矿量子点原位制备技术

2016年团队提出了普适性的钙钛矿量子点原位制备思路，实现了聚合物基质中MAPbX₃、FAPbX₃、CsPbX₃、MA₃Bi₂X₉、Cs₂Sn₂X₆等钙钛矿量子点的原位制备( Advanced Materials 2016, 28, 9163；Nanoscale 2019, 11, 4942;  Light: Science & Applications 2020, 9, 73)；其中基于绿色MAPbBr₃钙钛矿量子点的光学膜的亮度、色域、信赖性与传统CdSe、InP量子点相比具有显著优势，在液晶显示背光应用中具有巨大潜力。致晶科技公司(校学科性公司)经过进一步开发，2020年与TCL成功合作实现了首批量75英寸钙钛矿量子点电视的量产，成为全球首家推出钙钛矿量子点光学膜商业产品的公司。

最近，团队的李飞博士后突破了困扰钙钛矿量子点背光显示应用的红光缺失难题，发展了聚合物基质中的红色全无机钙钛矿量子点的原位制备技术，发光效率和稳定性都十分优异( Advanced  Functional Materials 2021, 2008211)。通过致晶科技公司的进一步开发，实现了钙钛矿量子点Micro-LED背光模组，获得2020年中国国际显示技术(ICDT)会议新产品银奖。

图1 红色、绿色钙钛矿量子点光学膜和背光显示模组

2）面向电致发光的钙钛矿量子点片上再沉淀原位制备技术

面向印刷显示电致发光应用，团队通过控制钙钛矿原位成膜过程中的结晶过程，发明了钙钛矿量子点片上再沉淀制备技术，实现了高效率的绿色和红色电致发光器件，绿光器件最高外量子效率为16.3%( ACS   Nano 2018, 12, 8808)，红光器件最高外量子效率为15.8%( Ad  vanced O  ptical  Materials 2019, 7, 1900774)。最近，团队的博士生王辰晖、韩登宝、常帅老师等人与中科院大连化学物理研究所、上海光源合作，开发了双配体调控钙钛矿量子阱结构分布的原位制备策略，实现了最高外量子效率8.8%的蓝色电致发光器件( Nature   Communications 2020, 11, 6428)，为目前显示蓝光(455-475 nm)最高效率，团队与京东方合作，对该技术进行了国际专利布局。最近，王辰晖同学在香港科技大学和香港城市大学联合举办的国际显示材料研讨会上(International Workshop of Advanced Display Materials)获得最佳海报奖。

图2 显示波段高效率蓝色钙钛矿电致发光器件

上述研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年基金、重点基金，以及科技部重点研发专项的支持，学校先进材料实验中心提供了材料制备与表征支撑，校微纳量子光子实验室提供了器件制备平台。

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