溶液剪切法制备大面积晶体取向可控的柔性钙钛矿薄膜

AOM-liushengzhong近年来,金属有机卤化钙钛矿因其宽波段的光吸收,较长的载流子扩散距离和低的缺陷态密度等优异性能,引起了人们极大的关注。可通过溶液法制备,低成本等优点使其广泛应用于薄膜光电器件中,如太阳能电池,发光二极管,激光器,和光电探测器等。然而,由于在成膜过程中晶体的不良堆积造成的随机宏观取向和晶体取向,产生的缺陷态抑制了电荷传输,尤其在旋涂的微晶薄膜中总是观察到大量的晶界,其中的缺陷降低了量子效率和光生载流子寿命,这些问题严重影响了钙钛矿光电器件的性能。单晶钙钛矿虽然可以克服这些缺陷,但单晶生长耗时较长,且条件苛刻难以大批量制备,如何缩小薄膜和单晶之间光物理性质的差距,了解并实现最优的晶体堆积方式是解决以上问题的重要途径。

基于以上问题,陕西师范大学国家千人计划刘生忠教授和赵奎副教授带领的研究团队研究了不同的钙钛矿成膜工艺对薄膜形貌和晶体取向的影响。他们发现在高温低速的剪切条件下可以制备出大面积高度取向的单晶钙钛矿纤维薄膜,该薄膜可大幅度提高载流子的传输效率,同时相比随机取向的薄膜,其结晶性提高,带隙减小。进一步的,该团队在大面积高度取向的单晶钙钛矿纤维薄膜上组装了集成电路式高效光探测器,与基于纳米晶粒MAPbI3钙钛矿薄膜的光探测器相比,用高度取向的单晶钙钛矿纤维薄膜组装的集成电路型光探测器有更好的光响应和更高量子效率,同时有更宽的光谱响应范围。将其制成光探测器,获得了优异的光响应和探测性能,同时这种光探测器可做在柔性基底上,稳定性也有一定提高。这种成本低廉,制备方法简单,性能优异的光探测器将是钙钛矿材料在光电器件中又一扩展性的应用。

上述研究近期发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201700102)上。论文的共同第一作者为陕西师范大学材料科学与工程学院学生李剑波和刘渝城。

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