通过一步蒸汽净化实现高性能热蒸发发光二极管

为何更洁净的光很重要

从智能手机屏幕到超大电视，现今的显示器依赖于在高真空设备内构建的超薄发光层。然而，即便在这些高科技腔室中，少量的水分子和氧气也可能悄然破坏器件的性能与寿命。本文提出了对制造流程的一个简单改进：在制备器件之前对腔室内的气氛进行“清洗”，从而使基于钙钛矿和有机材料的发光二极管更亮、更高效并且寿命显著延长。

高科技真空中的隐性问题

现代工厂已经使用强力泵抽空镀膜腔体，但作者表明在典型的工作压力下，仍有微量但足以造成危害的气体残留，例如水汽、氧气和卤素。对于在薄膜生长过程中化学活性的钙钛矿材料来说，这些残留分子可能在材料冷凝成固体时发生反应，产生缺陷，损耗发光强度并加速退化。仅靠传统的真空抽气难以高效去除这些顽固气体，尤其是在不增加设备复杂性和制造周期的情况下。

一种简单的一步清洁技巧

为了解决这一问题，研究团队提出了一个出人意料地直接的方法：在制造任何器件之前，短时间在腔室内蒸发一层薄薄的活性金属——铝。在气相中，铝原子能够积极地与残余杂质分子结合，使其转化为无害的固体沉积在腔壁上，同时只留下一些无害的气体。借助原位残余气体分析仪，他们实时观察到有害气体的含量以数量级下降，直至这些杂质占总压强的比例低于百分之一。由此在无需额外硬件或长时间抽气的情况下，形成了更洁净、更稳定的腔内气氛。

更亮且更持久的钙钛矿发光二极管

在这种净化后的环境中，研究人员通过热蒸发生长钙钛矿发光层，并与未经处理腔室中制备的薄膜进行比较。净化后的薄膜发光更强，激发态寿命更长，电子陷阱更少——这些都是内部缺陷减少的信号。当将这些薄膜制成绿色钙钛矿发光二极管时，器件的外量子效率超过20%，创下热蒸发器件的纪录，同时实现接近严格Rec. 2020显示标准的鲜艳纯色。更重要的是，器件寿命显著提升：在设定亮度下，工作寿命提高超过五倍，并且集成的主动矩阵显示面板在使用和存储期间表现出高亮度均匀性和更慢的衰减。

将思路扩展到有机发光二极管

尽管通常认为有机发光二极管（OLED）在制备时对腔室气氛不那么敏感，作者仍测试了同样的清洁步骤是否对其有益。他们使用商业材料和结构，在未经处理和净化的环境中制造蓝光OLED。尽管基本效率指标相近，但经过蒸汽净化后制备的器件发出更光谱纯净的光，表明不期望的猝灭更少。最显著的效果体现在寿命测试中：在固定驱动电流下，来自净化腔室的蓝光OLED在出现明显变暗之前的寿命提高了超过一百倍。主动矩阵OLED面板也从中受益，净化后一个小时内几乎没有亮度损失，而未经净化的则出现明显衰减。

对未来显示器的意义

总体而言，该研究表明在标准真空腔体内短暂预蒸发一层铝即可改变工作气氛，大幅减少残余反应性气体，而无需复杂的新设备。对钙钛矿LED而言，这既带来了创纪录的效率，也显著提高了运行与存储稳定性；对OLED而言，尤其是脆弱的蓝色像素，其有效寿命也得到了显著延长。对非专业读者来说，结论清晰：在制造过程中不仅要清洁材料本身，也要清洁包围它们的空气，厂商可以用这一简单、符合工业流程的步骤，制造出更亮、更可靠的下一代显示器和光源。

引用: Zhang, X., Wu, Y., Ou, J. et al. High-performance thermally-evaporated light-emitting diodes via one-step vapor purification. Light Sci Appl 15, 210 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02226-4

关键词: 钙钛矿发光二极管, 蒸汽净化, 有机发光二极管稳定性, 真空蒸镀, 显示技术