研究方向：钙钛矿材料

测量技术：显微荧光光谱

产品型号：gora-Lumi显微发光光谱系统

钙钛矿材料的特性与研究价值

钙钛矿材料是一类具有通式晶体结构的金属卤化物半导体。凭借其高度可调的晶格结构与卓越的光电物理特性，该材料在短短十余年间已从实验室基础研究快速走向产业化应用前沿。这类材料的核心核心优势体现在：

组分与能带结构高度可调：微秒级积分时间动态捕捉等离子体起辉、稳定及波动过程。通过在A、B、X位点进行离子掺杂、替换或混配，可在分子层面上精准调控材料的光学带隙（Bandgap）与载流子迁移率，实现发光与吸收波长从蓝光到近红外光谱区的连续精准覆盖。

高光与物质相互作用：钙钛矿具备极高的吸收系数（通常在可见光区≥105cm-1）和优异的辐射复合效率。仅需微米级厚度的薄膜，即可在保证高发光效率的同时，实现近乎完全的光子俘获与高效光电转换。

低成本溶液加工性：该材料可溶解于常规有机溶剂中，支持在常温常压下通过低成本的湿法溶液工艺（如旋涂、刮涂）印刷技术进行大规模、连续化大面积薄膜制备，展现出极高的商业化成本效益。

目前，钙钛矿材料已在两大领域展现出革命性潜力：太阳能电池（单结实验室效率已突破 27%，叠层效率超越 35%）【1】和钙钛矿发光二极管（绿光、红光）的外量子效率（EQE）已超过 40%【2】。在这两类器件中，光致发光量子产率（PLQY）都是一个关键的诊断参数——它直接反映了材料中非辐射复合的严重程度。对于太阳能电池，非辐射复合是开路电压损失的主要来源，PLQY越高则理论电压极限越接近；对于LED，PLQY决定了电致发光外量子效率（EQE）的上限，是实现高效发光的必要条件。

量子产率的科学意义

量子产率（Quantum Yield, QY）是衡量发光材料将吸收的光子转化为发射光子的效率的物理量：

如果一个材料的量子产率为100%，意味着它每吸收一个光子，就必然发射出一个光子，没有任何能量以热或其他形式耗散。这是所有发光材料追求的终极极限。

量子产率的数值直接反映了材料中的非辐射复合程度。在发光材料中，光生电子-空穴对（激子）可以通过两种途径回到基态：

• 辐射复合：激子以发射光子的形式释放能量 → 贡献于发光

• 非辐射复合：能量通过缺陷态、声子散射等途径以热能形式耗散 → 损失效率

PLQY越低，说明非辐射复合通道越占主导，材料中的缺陷密度越高。因此，量子产率是诊断材料质量的“听诊器”——它是衡量合成工艺、钝化策略、界面工程效果的最直观指标。

在实际研究中，多晶钙钛矿材料往往表现出显著的空间异质性（Spatial Heterogeneity）。同一薄膜中，由于晶体取向、表面缺陷和离子偏析的差异，不同晶粒以及晶界处的非辐射复合速率完全不同，其局部发光效率在微观尺度下可能相差数倍【3-5】。传统的积分球方法虽然能够精确测量宏观样品的平均PLQY，但其空间分辨率在猫咪至厘米量级，无法分辨微观尺度的性能差异。更关键的是，当测量对象缩小至单个微晶区域时，显微光路中物镜仅能收集样品发射荧光的有限部分，且光谱仪输出为相对强度而非绝对光子数。因此，如何在微米尺度下实现PLQY的绝对定量测量，成为深入理解钙钛矿材料“微观结构-发光效率”构效关系的关键技术瓶颈。

积分球（左）与显微体系（右）的收光差异

复享光学解决方案

针对上述挑战，复享光学的gora-Lumi显微发光系统提供了一套完整的微区PLQY绝对定量测试方案。其核心流程包括：

第一步：辐照度定标。使用标准光源（卤钨灯）校准光谱仪在全波段的响应差异，确保不同波长信号具有可比性。在物镜下单波长激光和校准功率计确定系统的绝对响应因子，将相对光谱转换为绝对光功率（单位：W/nm或photons/s/nm）。

第二步：朗伯体假设收集效率修正。基于物镜数值孔径（NA）和朗伯体发光分布假设，计算物镜的荧光收集效率（例如NA=0.9时约28.5%），从而从收集到的光子数推算出样品实际发射的总光子数。

应用案例

为验证微区测量光致发光量子产率（PLQY）的准确性与适用性，选取 ITO/Perovskite 样品进行测试，分别采用成像系统在三个不同点位采集 PLQY，并与积分球设备的测量结果进行对比。样品 A27 和 B28 的测试数据如下：

从结果可以看出：
A27 三个点位 PLQY 较为接近（0.614–0.636%），相对标准偏差约 1.7%，表明其发光均匀性良好；而 B28 的点位间差异较大（0.487–0.549%），相对标准偏差约 6.5%，存在一定的不均匀性。说明系统能够有效识别样品微观区域的发光效率差异，适用于均匀性筛查。

A27

B28

参考文献：

【1】National Renewable Energy Laboratory (NREL). Best Research-Cell Efficiency Chart [EB/OL]. (2026)[2026-06]. https://www.nlr.gov/pv/cell-efficiency

【2】Lee, T. W., et al. Mass production technology for ultra-high color purity perovskite nanocrystals with 100% PLQY [J]. Nature, 2026, 642(2): 315-322.

【3】Leblebici, S. Y., et al. Facet-dependent photovoltaic efficiency variations in single grains of hybrid halide perovskites. Nature Energy, 2016, 1(8), 16093.

【4】Stranks, S. D., et al. Spatial heterogeneity of light emission and trapping in perovskite thin films. Science, 2015, 348(6240), 1225-1228.

【5】Wang, X., et al. Grain Boundaries Contribute to the Performance of Perovskite Solar Cells by Promoting Charge Separations. Nano-Micro Letters, 2025, 17(1), 120.