近日，由南京工业大学王建浦、王磊团队联合多家国内研究机构，在国际顶级期刊《自然·光子学》(Nature Photonics°)上发表了一项关于全蒸镀钙钛矿发光二极管的重要突破。该团队开发了一种名为“顺序沉积结合有机插层”(SDOI)的新策略，通过在钙钛矿前驱体层之间插入多功能有机分子苯甲脒盐酸盐(PFCI)，成功制备出高质量、高结晶取向的钙钛矿薄膜。基于该策略，天蓝色PeLED的外量子效率(EQE)达到20.12%，最大亮度为23,704 cd/m2，绿色PeLED的EQE达到20.25%，亮度高达74,256 cd/m2。研究团队还将该器件集成到薄膜晶体管驱动的有源矩阵显示面板中，展示了清晰的图案和视频播放。该工作解决了热蒸发法制备钙钛矿薄膜缺陷多、结晶不可控的关键难题，为PeLED的产业化提供了可行路径。

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。热蒸发技术具有对环境敏感度低、与现有有机发光二极管(OLED)生产线兼容等优势，因此全蒸镀PeLEDs被寄予厚望。然而，目前热蒸发制备的钙钛矿薄膜存在高陷阱密度、结晶无序等问题，导致其器件性能远落后于溶液法器件。此前虽有研究通过共蒸发“或后处理钝化等手段取得一定进展，但蓝光器件的EQE普遍低于10%，且亮度低、效率滚降严重，究其原因，主要是蒸发过程中Cs和Pb前驱体直接接触导致反应过快、结晶失控，同时缺乏有效的缺陷钝化机制。因此，亟需一种能够调控结晶过程并同时降低缺陷密度的新方法，以实现高效、稳定、可大规模生产的全蒸镀PeLEDS。。

研究内容与结论

研究团队提出的SDOI策略的核心在于改变了传统的共蒸发或简单叠层蒸发模式。具体工艺流程如下:首先在空穴传输层上共蒸发CsBr和CsCI(厚度约11 nm)，然后蒸发一层12nm的PFCI有机分子作为插层，最后再蒸发一层10 nm的PbBr,。完成三层顺序沉积后，在90℃下退火30分钟，PFCI分子会扩散并参与钙钛矿的结晶。实验发现，与没有PFCI插层的对照样品相比，SDOI法制备的薄膜呈现出规则、分离的晶粒，而非无定形或连续膜。高角环形暗场扫描透射电镜显示，SDOI薄膜的晶粒具有清晰的原子列，结晶度极高。电子背散射行射极图表明，SDOl薄膜沿[100]晶向“具有高度均匀的取向排列，而对照样品则无明显的择优取向。掠入射广角X射线散射和X射线行射进一步证实，SDOI薄膜中出现了对应低维钙钛矿相(n=2,3,>4)的衍射峰，表明PFCI起到了有机间隔阳离子的作用，诱导形成了多量子阱结构。。这种结构可以通过能量转移将激子从宽带隙相高效传递到窄带隙相，从而增强辐射复合。

在光学性能方面，SDOI薄膜的稳态吸收光谱在433 nm、453 nm和485 nm处出现三个明显的吸收峰，分别对应n=2、n=3和nz4的相。变温光致发光谱在低温下也显示出对应的三个发射峰，室温下则以490 nm的主峰为主，表明能量转移效率高。瞬态吸收光谱进一步证实了从高能相到低能相的快速能量转移过程。重要的是，SDOl薄膜的光致发光量子效率(PLQE)在29mW/cm?激发下高达92%，即使在0.3 mW/cm?的低激发强度下仍能保持60%，而对照样品在同样低激发下PLQE急剧下降，说明SDOI策略有效抑制了陷阱辅助的非辐射复合。瞬态PL衰减测量显示，SDOI薄膜的载流子寿命更长，且随激发强度增加寿命缩短--这是双分子辐射复合占主导的特征，与高PLQE一致。此外，通过温度依赖的电导率测量，计算出SDOI薄膜的离子迁移活化能从对照组的0.272 eV提高到0.404 eV，表明PFCI的引入有效抑制了卤素离子迁移，有助于提升器件的工作稳定性。

基于上述优化薄膜，研究团队制备了全蒸镀天蓝色PeLEDS(发射峰489 nm，半高宽15nm)。器件的开启电压仅为2.7V，最大亮度23,704 cd/m?，峰值EQE达到20.12%(对应亮度567 cd/m2)，并且在20,000 cd/m?的高亮度下仍保持超过10%的EQE，效率滚降显著抑制。30个器件的平均EQE为18.98%，重复性良好。在100 cd/m2初始亮度下，器件半衰期(T50°)为149.5分钟。电致发光光谱在不同电压下几乎不发生漂移，显示出优异的色稳定性。此外，该策略具有良好的普适性:用于绿色PeLEDs时，峰值EQE达到20.25%，最大亮度74,256 cd/m?。研究团队还将SDOI基全蒸镀PeLEDs集成到256x256分辨率的薄膜晶体管背板上，成功展示了天蓝色的卡通图案和字母图案，并实现了流畅的视频播放。这些结果表明，SDOI策略使热蒸发技术能够制备出性能媲美甚至超越溶液法的高效PeLEDs，为钙钛矿显示器的商业化铺平了道路。

图4 |SDOI策略的示意图。

核心创新点:本研究的核心创新点包括:第一，首次提出了顺序沉积结合有机插层(SDOI)的蒸镀工艺，通过在Cs基前驱体与PbBr,之间插入PFCI层，物理阻隔了两者直接接触，从而避免快速无序结晶，获得了高度取向、低缺陷密度的钙钛矿薄膜。第二，发现PFCI分子具有双重功能:既作为有机间隔阳离子诱导形成多量子阱结构以增强辐射复合，又通过其C=N和NH;*基团与钙钛矿中的未配位Pb和卤素相互作用，有效钝化缺陷，同时抑制离子迁移。第三，基于该策略制备的全蒸镀天蓝色PeLEDs实现了20.12%的EQE和超过23,000 cd/m?的亮度，均为同类型热蒸发蓝光器件的最高记录;绿色器件也达到20.25%的EQE。第四，首次将全蒸镀PeLEDs集成到有源矩阵显示面板中，展示了实际显示应用的可行性，证明了热蒸发路线在大规模量产中的巨大潜力。