近日，南京大学物理学院包春雄和于涛课题组与瑞典林雪平大学高峰课题组等合作，在热蒸发钙钛矿发光二极管领域取得重要进展。团队提出真空沉积钙钛矿结晶原位监测与调控策略，实现了外量子效率（EQE）达25.0%的高效近红外钙钛矿发光二极管，为迄今报道的热蒸发钙钛矿发光器件中的最高效率之一，并进一步展示了单片集成双色发光器件与双波长可穿戴脉搏血氧监测应用。相关研究成果以“Regulating the crystallization of thermally evaporated perovskites for efficient near-infrared light-emitting diodes”为题，于 2026 年 10 月 23 日在线发表于Nature Photonics。
钙钛矿发光二极管（PeLED）凭借高色纯度、宽色域和低成本制备等优势，被认为是下一代显示与照明技术的有力候选。目前性能领先的钙钛矿发光二极管多采用溶液法制备，但溶液法在大面积均匀性和高精度像素图案化方面面临天然瓶颈。真空热蒸发技术能够逐层沉积大面积、高质量的钙钛矿薄膜，是推动钙钛矿光电器件走向规模化制造与显示集成化的重要技术路线。然而，热蒸发型钙钛矿发光二极管的性能长期落后于溶液法器件：真空沉积过程中成膜速度快、结晶路径难以控制，导致薄膜缺陷密度高、非辐射复合损失严重。如何实现真空沉积过程中钙钛矿结晶的精准调控，是这一领域亟待解决的重要科学问题。
氢键网络：给热蒸发结晶装上“调节阀”
课题组首先利用原位表征揭示了热蒸发钙钛矿结晶的底层问题（图1）：与溶液法不同，热蒸发过程没有溶剂参与结晶调控，钙钛矿在薄膜沉积过程中便会过早生成三维（3D）钙钛矿相；溶液法中常用的结晶调控手段，如添加5-氨基戊酸（5-AVA），在真空蒸发体系中几乎无法抑制这种过早成相，仅能微弱延缓退火过程中的结晶，这正是热蒸发钙钛矿发光二极管性能长期落后于溶液法器件的关键原因之一。
图 1｜热蒸发钙钛矿薄膜的原位表征以及 PeLED 器件性能 图 1a：FAPbI₃分步热蒸发工艺示意图；图 1b：对照组与添加5‑AVA的FAPbI₃薄膜 SEM图；图 1c：热蒸发、旋涂（溶液法）制备，有无 5‑AVA 添加剂的器件峰值EQE统计直方图。图 1d：钙钛矿热蒸发过程的原位光谱测试系统示意图；图 1e：热蒸发过程中原位吸收谱。图 1f/g：退火过程中原位吸收谱（f）与原位 GIWAXS（掠入射广角 X 射线散射）测试（g）；图 1h：退火时间依赖的吸收强度变化（435 nm、490 nm、770 nm）；图 1i：退火过程 GIWAXS 积分强度（0.71 Å⁻¹、0.74 Å⁻¹、1.00 Å⁻¹）。
针对上述挑战，课题组提出了氢键网络调控策略，实现了对热蒸发钙钛矿结晶动力学的精准调控。研究表明，利用双酰胺添加剂与钙钛矿前驱物形成的氢键网络，能够在薄膜沉积过程中有效抑制钙钛矿相过早形成，并在后续退火处理中延缓结晶动力学过程，从而对结晶路径进行有序调控，促进钙钛矿晶粒高质量生长、显著降低缺陷密度，从根源上改善发光层质量（图2）。
图 2｜添加 PyDA 的热蒸发钙钛矿薄膜表征以及结晶机理示意图。图 2a：热蒸发过程的原位吸收谱；图 2b：退火阶段原位吸收谱和原位 GIWAXS；图 2c：退火时间依赖的吸收、GIWAXS 积分强度；图 2d：热蒸发 PyDA/FAI 薄膜的 FTIR（傅里叶变换红外光谱）与退火原位 FTIR；图 2e：从蒸发前驱膜向钙钛矿相转变的形成势垒示意图；图 2f：热蒸发与旋涂样品的表观结晶活化能统计；图 2g：结晶过程原理示意图。
效率突破：EQE达25.0%
基于这一结晶调控策略，课题组制备的热蒸发近红外钙钛矿发光二极管在805纳米发射波长下实现了25.0%的最大外量子效率，与溶液法先进器件的效率水平相当。器件同时展现出良好的运行稳定性，在100 mA/cm²驱动电流密度下，T50工作寿命（亮度衰减至初始值一半的时间）达到23小时（图3）。
图 3｜PyDA 改性热蒸发钙钛矿薄膜与 PeLED 器件性能。图 3a：PLQE（光致发光量子效率）随激发强度变化曲线；图 3b：TRPL图（时间分辨光致发光）；图 3c：冠军器件电流密度-电压、辐射亮度-电压曲线；启亮电压 1.3 V；插图为不同电压下电致发光 EL 光谱。图 3d：EQE-电流密度曲线；插图为 PyDA 器件峰值 EQE 分布直方图图 3e：历年热蒸发 PeLED 的 EQE 文献对比；本工作处于热蒸发钙钛矿 LED 的最高性能梯队。图 3f：器件工作稳定性测试；初始辐射亮度 88 W m⁻² sr⁻¹，100 mA cm⁻² 下 T₅₀寿命 23 h。图 3g：10 × 10 cm² 大面积薄膜的 PL 空间分布；图 3h：10 × 10 cm² 薄膜制备器件的 EQE 空间分布，整片区域器件 EQE 均高于 20.0%。图 3i：5 × 5 cm² 大面积 PeLED 实物照片。
单片双色发光：从器件到可穿戴健康监测
为进一步展示热蒸发技术在像素化集成方面的独特优势，课题组在同一衬底上单片集成了发射波长分别为805纳米和759纳米的钙钛矿发光二极管，构建了单片双色发光器件，并基于该双波长方案演示了可穿戴脉搏血氧监测应用（图4）。这一演示验证了热蒸发钙钛矿发光二极管在可穿戴健康监测等新兴场景中的应用潜力，也为未来多色显示与传感集成提供了新思路。
图 4｜多色发射 PeLED 性能、单片集成以及血氧仪应用演示。图 4a：单片双色 PeLED 实物，同一基底集成 805 nm 近红外 LED 与 759 nm 深红 LED。图 4b：可穿戴脉搏血氧检测系统原理图；双色 PeLED 作为光源，硅光电二极管采集透射光信号，示波器记录 PPG（光电容积脉搏波）信号。图 4c：近红外 (NIR) 与深红 (DR) 两路 PPG 波形，可以捕捉脉搏周期性信号。图 4d：本钙钛矿血氧仪与商用血氧仪的 SpO₂（血氧饱和度）对比；插图展示二者偏差。图 4e：蒸镀双色PeLED像素化。
论文信息
南京大学物理学院包春雄副教授和于涛教授共同指导的博士研究生刘洋钰为论文第一作者。南京大学物理学院为论文第一单位。包春雄、于涛与瑞典林雪平大学高峰教授为论文共同通讯作者，工作得到邹志刚院士的关键指导，并与南京大学现代工程与应用科学学院，南京工业大学，上海同步辐射光源和西北工业大学的研究人员展开了深入合作。该工作得到国家重点研发计划、优秀青年科学基金（海外）项目、国家自然科学基金面上项目、重大研究计划培育项目和中央高校基本科研业务费等项目的资助；同时获得南京大学物理学院、固体微结构物理全国重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、南京大学环境材料与再生能源研究中心等平台的大力支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-02036-5