好“亮眼”!华中科技大学/南京工业大学,重磅Nature Photonics(IF=32.9)!

金属卤化物钙钛矿因其优异的光电性能和低生产成本，被认为是下一代显示材料的理想候选者。其中，热蒸镀技术因其与现有有机发光二极管（OLED）生产线的高度兼容性以及对环境敏感性较低等优势，在推动钙钛矿发光二极管（PeLED）的商业化进程中极具潜力。然而，当前通过全蒸镀法制备的PeLED，其器件性能远落后于溶液法处理的同类器件，其核心瓶颈在于蒸镀过程中钙钛矿薄膜的结晶难以控制，导致薄膜内部缺陷态密度较高，严重制约了器件的发光效率和稳定性。因此，开发一种能够有效调控蒸镀钙钛矿结晶过程、降低薄膜缺陷的新策略，对于实现高效、稳定的全蒸镀PeLED并推进其产业化应用至关重要。

华中科技大学王磊、郭闰达及南京工业大学王建浦等研究者开发了一种名为“顺序沉积与有机插层”（SDOI）的新策略，用于制备高质量的全蒸镀钙钛矿薄膜。该策略的核心在于将多功能有机分子苯甲脒盐酸盐（PFCl）引入钙钛矿的结晶过程。研究发现，PFCl分子能够有效隔离铯（Cs）和铅（Pb）前驱体，从而诱导形成具有高度均匀晶体学取向的降维钙钛矿薄膜。同时，PFCl还扮演着有机间隔阳离子和钝化剂的双重角色，能有效钝化多种类型的缺陷。

基于此策略，作者成功制备了天蓝色全蒸镀PeLED，其外量子效率（EQE）高达20.12%，最大亮度达到23,704 cd/m²。该策略还被成功应用于高效绿光器件的制备，展示了其普适性。更重要的是，作者将基于SDOI策略的全蒸镀PeLED集成到了薄膜晶体管驱动的有源矩阵显示面板中，充分证明了该策略在显示应用领域的巨大潜力。

相关论文以“Organic intercalation strategy for efficient all-evaporated perovskite light-emitting diodes”为题，发表在Nature Photonics上。

图1 全蒸镀PeLED的性能

图1展示了基于SDOI策略的全蒸镀天蓝色PeLED的器件结构与光电性能。作者构建了结构为ITO/MoO₃/TCTA/SDOI-钙钛矿/TPBi/LiF/Al的器件，能级图显示其具有良好的载流子注入效率。该器件的电致发光峰位于489 nm，半峰宽仅15 nm，色纯度优异。从电流密度-电压-亮度特性曲线可以看出，器件在2.7V的低电压下即可开启，并在8.4V时达到23,704 cd/m²的最大亮度。

尤为关键的是，该器件在567 cd/m²的亮度下实现了20.12%的峰值外量子效率（EQE），并且效率滚降得到了有效抑制，即使在20,000 cd/m²的高亮度下，EQE仍能保持在10%以上。此外，该器件在100 cd/m²初始亮度下的半衰期（T₅₀）为149.5分钟，且在不同电压下表现出优异的光谱稳定性。最后，作者将该SDOI器件集成到有源矩阵显示背板上，成功演示了高分辨率的显示图案，证明了该策略在显示应用中的可行性。

图2 热蒸镀钙钛矿薄膜及其器件的特性

图2通过一系列形貌与晶体学表征，揭示了SDOI策略如何优化钙钛矿薄膜的微观结构。扫描透射电子显微镜（STEM）图像清晰地显示，SDOI薄膜中的钙钛矿晶粒呈不连续分布，而PFCl分子则填充于晶粒间隙中，这种结构有助于防止器件短路并增强光散射。扫描电子显微镜（SEM）图像进一步证实，与无PFCl的对照薄膜相比，SDOI薄膜由形状规整的晶粒组成。球差校正STEM图像更是在原子尺度上证实，SDOI薄膜中的晶粒具有高结晶度，而对照薄膜则为无定形结构。电子背散射衍射极图分析结果表明，SDOI薄膜沿[100]晶向呈现出高度取向且均匀的排列，说明PFCl的引入显著提升了钙钛矿薄膜的结晶取向性，这对于实现高效的载流子传输和辐射复合至关重要。

图3 热蒸镀钙钛矿薄膜的光学性能

图3通过光谱学分析，深入探究了SDOI策略对钙钛矿薄膜光学性质和载流子动力学的影响。稳态吸收光谱显示，SDOI薄膜呈现出三个明显的吸收峰，分别对应n=2、n=3和n≥4的降维钙钛矿相，这表明SDOI策略成功诱导形成了多量子阱结构。变温光致发光（PL）光谱在低温下也观察到了与这些吸收峰对应的发光峰。瞬态吸收（TA）光谱进一步证实了SDOI薄膜中多相的存在，其动力学分析揭示了能量从宽带隙相（n=2, 3）向窄带隙相（n≥4）的快速转移过程，这种能量漏斗效应可以有效地将激子汇聚到发光中心，从而提升辐射复合效率。此外，变激发强度的瞬态PL测试表明，SDOI薄膜具有更长的PL寿命和更高的光致发光量子效率（PLQE），在29 mW/cm²的激发强度下PLQE高达92%，即使在0.3 mW/cm²的低激发强度下仍能保持60%，有力地证明了SDOI薄膜中的非辐射复合被显著抑制。

图4 SDOI策略的作用机理

图4总结了SDOI策略的作用机理。在传统的控制组中，Cs和Pb前驱体在退火过程中直接接触并发生快速、无序的结晶，导致形成缺陷密度高的无序钙钛矿薄膜。而在SDOI策略中，通过顺序沉积，PFCl分子层被精确地插入在Cs基前驱体层和PbBr₂层之间。在随后的退火过程中，PFCl层起到了关键的物理屏障作用，有效阻隔了Cs和Pb前驱体的直接接触，从而抑制了快速且失控的结晶反应。随着退火的进行，前驱体相互扩散，PF⁺阳离子作为有机间隔物参与结晶，诱导形成具有高度取向和规整晶粒的降维钙钛矿结构。与此同时，PF⁺分子上的官能团能与未配位的Pb²⁺等缺陷位点相互作用，实现对钙钛矿晶粒表面的原位钝化。通过这种方式，SDOI策略协同地实现了对结晶过程的调控和缺陷的钝化，最终制备出高质量的钙钛矿薄膜，为高性能全蒸镀PeLED奠定了坚实基础。

该项研究成功开发了一种顺序沉积与有机插层（SDOI）策略，制备了高性能的全蒸镀PeLED。基于此策略的天蓝色器件实现了20.12%的创纪录外量子效率和23,704 cd/m²的高亮度，其性能在热蒸镀PeLED中处于领先水平，并可与发射波长相近的溶液法器件相媲美。SDOI策略的成功依赖于多功能有机分子PFCl，它既能作为有机间隔阳离子诱导形成高质量的降维钙钛矿，又能作为钝化剂有效降低薄膜缺陷。这项工作充分证明了，作为一项成熟的薄膜制备技术，热蒸镀完全有能力制造出高效率的钙钛矿发光器件，这对于推动PeLED的商业化进程具有重要意义。

Peng, C., He, Z., Zhang, F. et al. Organic intercalation strategy for efficient all-evaporated perovskite light-emitting diodes. Nat. Photon. (2026). https://doi.org/10.1038/s41566-026-01887-2