作为一种新型发光技术，钙钛矿发光二极管（Perovskite LED，Perovskite light-emitting diode）结合了有机发光二极管（OLED，Organic Light-Emitting Diode）和 III-V 族无机 LED 的许多特点，其主要优势在于具备宽广的光谱可调范围、极高的显色纯度、较高的发光效率与亮度、以及较低的材料与制备成本。
作为钙钛矿发光技术的“近亲”，钙钛矿太阳能电池近年来受到了产业界和投资界的巨大关注，这个发展主要受益于国家的“双碳”科技战略以及全球各地对于新型能源的需求。
钙钛矿器件性能的不断提升，可谓十分令人鼓舞。作为一种新型半导体，除了用于太阳能电池以外，钙钛矿在发光、探测等诸多领域都拥有巨大的潜力。不少人们也已经意识到这类“硬科技”是推动技术进步的基石。
1、钙钛矿理论量子效率极限能否达到 100%？LED 的量子效率分为内量子效率和外量子效率。钙钛矿 LED 的内量子效率也就是器件内部的发光效率，事实上是可以接近 100% 的。2018 年，浙江大学教授狄大卫与合作者在一篇 Nature Photonics 论文中，证明这种与 OLED 相当的内量子效率是可以实现的。但是，现在的问题是钙钛矿 LED 的外量子效率是否也可以接近 100%？
1）其实，这完全取决于器件的光学设计，它会决定器件的“光提取效率”或“外耦合效率”。简言之，LED 的外量子效率等于内量子效率和光提取效率的乘积。如果初步考虑常见的钙钛矿 LED 器件架构，光提取效率一般在 20% 左右。
2）也就是说，无论内量子效率多么高（即使接近 100%），在光提取效率难以提高的情况下，外量子效率的提升将会受到限制，这就是领域目前所遇到的一个难题：即钙钛矿 LED 的外量子效率在超越 20% 后，效率继续提升的进度显著减缓，并已经进入关键瓶颈期。此时，就需要利用光管理的思路来打破这个壁垒，将外量子效率的理论极限向更高水平推进。
3）关于钙钛矿 LED 的光提取机制，其中最独特也最为有趣的可能是“光子回收”（photon recycling，也译作“光子循环”）效应，它通过自吸收与重新发射等方式，将原本不能传播到器件之外的光子回收利用，让其“重生”并获得更多的逃逸机会。
4）利用这个过程提高光提取效率，需要同时满足两个条件，第一个条件是发光材料的吸收和发射光谱之间需要有较大的重叠（较小的斯托克斯位移），第二个条件是需要有较高的发光内量子效率。钙钛矿发光材料有很强的光谱可调性，为研究光子回收效应提供了极佳的平台。
5）2020 年，该课题组曾在一篇论文中报道，在一些高效率的钙钛矿 LED 中，可能有 30-70% 的电致发光来源于光子回收的贡献，因此有望进一步提高外量子效率。
另据悉折射率较高，是钙钛矿中的光子难以出射的关键原因之一。在理想状况下，如果将钙钛矿的折射率（2.5 左右）降低到接近空气（1 左右），那么其光提取效率会有巨大提升。然而在实际实验中，一般只能利用一些与钙钛矿处理方式类似但折射率更低的材料（例如聚合物），来降低发光层的折射率。因此，调节范围比较有限。例如，利用钙钛矿-聚合物异质结构，可以将发光层等效折射率降至 1.9 左右，此时对应的器件光提取效率大约可以提升到 25% 左右。仅仅利用降低发光层折射率的方式提高光提取效率，其效果或许比较有限，但是未来可以通过器件不同层的折射率调控与匹配，来进一步提高出光效率。
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