在光电子领域，金属卤化物钙钛矿因其高缺陷容忍度、优异的光电性能和可调谐的带隙特性，成为新一代发光二极管（LED）的核心材料。尽管钙钛矿LED（PeLED）的外量子效率（EQE）已突破30%，但与传统LED不同，高效PeLED中常存在显著的空穴注入势垒（0.6–0.9 eV），这一现象长期困扰研究者。近期，瑞典林雪平大学与复旦大学联合团队在《自然材料》发表研究，通过表面活性剂添加剂工程，揭示了空穴浓度提升对PeLED性能的关键作用，为高效器件设计提供了全新思路。

传统LED需平衡电子与空穴的注入效率，通常要求低注入势垒以降低驱动电压。然而，钙钛矿LED在空穴注入势垒高达0.9 eV时仍能实现高EQE，甚至优于低势垒器件。研究团队通过设计一种绿光PeLED，发现其开启电压低至2.0 V（低于钙钛矿光学带隙2.39 eV），最大EQE达28.3%，且在高亮度（33,596 cd/m²）下仍保持稳定。这一反常现象的核心在于添加剂诱导的钙钛矿表面空穴浓度提升。

研究采用铯基Ruddlesden-Popper（RP）层状钙钛矿，通过优化前驱体配方（如丁基溴化铵BABr、聚环氧乙烷PEO等添加剂），调控钙钛矿薄膜的表面态。密度泛函理论（DFT）计算表明，添加剂吸附于钙钛矿晶界，通过电子抽离效应减少价带顶（VBM）附近的电子态密度，从而提升表面空穴浓度。紫外光电子能谱（UPS）证实，添加剂的存在使材料功函数从4.56 eV升至4.68 eV，进一步验证了空穴富集效应。

实验显示，未经异丙醇（IPA）清洗的原始薄膜（添加剂富集）光致发光（PL）强度是清洗后薄膜的48倍，而PL寿命仅提升2.48倍。这种光强与寿命增幅的不匹配，排除了缺陷钝化的主导作用，表明空穴浓度提升通过增强双分子辐射复合率（Γr）显著提高了发光效率。当光生载流子密度较低时，Γr与空穴浓度（pD）呈线性关系，使得PL强度随激发功率的斜率从2降至1，与理论模型高度吻合。

基于此机制设计的PeLED展现出优异的电致发光性能。通过替换电子传输层（如PO-T2T、ZADN、TPBi），研究发现开启电压与电子迁移率呈负相关：PO-T2T器件开启电压最低（2.0 V），TPBi最高（2.6 V）。此外，器件在75°C高温下仍能保持80%的初始EQE，表明空穴浓度提升效应具有热稳定性，为PeLED在高温环境（如高功率照明）中的应用奠定了基础。

该研究不仅揭示了钙钛矿表面空穴调控的物理机制，还提出了普适性设计策略：通过添加剂工程优化载流子分布，可突破传统LED对平衡注入的依赖。这一发现为钙钛矿光电器件（如太阳能电池、光电探测器）的性能优化提供了新方向。例如，在5G通信芯片散热、新能源汽车电池热管理中，高导热与高稳定性结合的钙钛矿材料有望解决现有技术瓶颈。

随着全球导热材料市场年增速超28%，钙钛矿LED正从“实验室高端”向“产业化标配”迈进。未来，通过纳米化技术、复合材料开发（如与石墨烯、碳纳米管复合），钙钛矿器件的效率与稳定性有望进一步提升，推动显示技术、量子器件等领域的革新。

这项研究通过创新性的表面工程策略，解决了钙钛矿LED中高势垒与高效率的矛盾，为下一代光电子器件设计提供了理论依据与技术路径。随着对钙钛矿材料界面效应的深入理解，高效、低成本的钙钛矿光电器件有望加速商业化进程，引领绿色能源与信息技术的融合创新。