钙钛矿LED兼具可调发光、高效率、高亮度、可溶液加工及低成本等优势，在照明、显示、传感探测等领域应用前景广阔。然而，其高性能却依赖有毒的铅基材料，使得寻找无铅钙钛矿成了光电领域的迫切需求。

锡基钙钛矿（CsSnI_3）能发射近红外光，在光通信、夜视成像和生物医学检测中极具潜力，被视为理想候选者，但这种材料存在器件发光效率低，甚至亮几分钟就衰减殆尽的短板。

近日，厦门大学材料学院解荣军教授团队联合复旦大学王利新教授团队，在国际学术期刊《科学》上发文，给出了破解之道。

他们首次阐明了锡基钙钛矿LED发光衰减的关键机制——电场下的电化学氧化，并据此提出了“晶格掺杂+表面钝化”协同策略，成功将器件效率提升至20%以上，工作寿命突破900小时，让环保光源第一次真正具备了实用价值。

锡基LED为何如此“短命”

问题出在锡离子（Sn^2+）身上。它极度敏感，极易被氧化成Sn^4+，导致晶格坍塌、缺陷丛生。同时，CsSnI_3结晶速度太快，薄膜本就多孔脆弱，使得相关器件非辐射复合十分严重，发光效率骤降。

过去10多年，全球科学家尝试了各种招数——前驱体加抗氧化剂、表面配体修饰、封装隔氧等，但始终没能根治。“既往研究主要集中于锡基钙钛矿材料的合成与制备工艺优化，而对器件在电场作用下的动态运行机制缺乏系统关注。这一认知空白，正是制约锡基钙钛矿LED发光效率提升与工作寿命延长的根本原因。”厦门大学材料学院院长解荣军教授指出。

揪出真正的“隐形杀手”

研究团队把目光从材料合成转向了器件运行状态，终于看清了真相。他们发现，LED工作时，空穴（正电荷）在CsSnI_3薄膜中过度堆积，加上材料本身固有的p型导电特性，两者协同触发了锡离子的不可逆氧化。原本的CsSnI_3晶体逐步“变质”为Cs_2SnI_6——好比铁在潮湿环境中慢慢锈透。

这个过程不是简单的化学变质，而是伴随着大量空位和针孔缺陷的诞生。这些缺陷就像“能量黑洞”，把本该用于发光的电能以热的形式白白消耗掉，LED亮度随之断崖式下跌。解荣军教授解释，器件“短命”的根源，是内部电荷失衡引发了一场不可逆的“电化学锈蚀”。“厘清这条因果链，我们花了两年多的时间。”他说，“不过一旦找到靶点，后面的策略设计就水到渠成了。”

“内稳外护”双管齐下

知道了“病因”，下一步就是“开药方”。解荣军教授团队提出了一套“晶格掺杂+表面钝化”的组合策略：内部掺入稳定离子，强化CsSnI_3的晶体骨架，让它更扛得住氧化；表面用有机配体精细钝化，填平缺陷空位。双管齐下，既从内部稳定了材料本体，又从外部优化了电荷注入与传输的平衡。

效果立竿见影。他们制备的近红外锡基钙钛矿LED，峰值外量子效率达到21.2%，工作寿命突破900小时。这是锡基钙钛矿LED迄今最好的性能纪录。

这项突破不仅为无铅钙钛矿光电器件提供了“治本”的理论基石，更证明了一件事：环保和性能可以兼得。未来，基于锡基钙钛矿的近红外光源，有望在隐蔽光通信、生物医学检测、夜视成像等领域发光发热，而且是无毒的“光”。

该项工作得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、福建省自然科学基金、深圳市科技计划、福建省优秀博士后支持专项等资助。厦门大学材料学院为论文第一通讯单位，博士生白雯昊为论文第一作者，解荣军教授、宣曈曈助理教授和复旦大学王利新教授为论文通讯作者。