形状和厚度控制的微反应器实现CH3NH3PbI3单晶钙钛矿薄片的直接生长

钙钛矿材料由于具有极长的载流子传输距离、极低的缺陷态密度、很高的光吸收系数等优异性质,是优异的光伏材料、光电材料、激光材料和发光材料。目前,经过NREL认证的钙钛矿太阳电池光电转换效率已经达到22.1%,已接近晶体硅太阳能电池的效率。同时,基于钙钛矿材料的各种光电器件也频放异彩,显示出钙钛矿材料在光电领域的广阔应用前景。然而,微晶钙钛矿薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷,是进一步提高太阳能转换效率及其它光电器件性能需要解决的关键问题。基于此,前期工作中,陕西师范大学国家千人计划刘生忠教授和杨周博士带领的研究团队首次利用升温析晶法成功制备出尺寸超过两个英寸的甲胺基钙钛矿单晶晶体CH3NH3PbX3(X=Cl, Br, I)(Liu et al, Adv. Mater. 2015, 27, 5176–5183)和大尺寸甲眯基钙钛矿单晶体及光电器件CH(NH2)2PbI3 (Liu et al, Adv. Optical Mater. 2016, DOI:10.1002/adom.201600327)。这些大尺寸的钙钛矿单晶体在研发高性能光电器件方面已经显示了明显的优越性。现代电子工业,主要依赖于单晶硅生长和切片。不难想象,如果可以制备类似单晶硅片那样的钙钛矿单晶片,日新月异的半导体工业将使钙钛矿光电器件的发展如虎添翼。

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正是基于这一需要,团队首次利用流动溶液微反应系统,实现了厚度和形状可控的钙钛矿CH3NH3PbI3单晶薄片的制备。与微晶钙钛矿光电器件相比,用钙钛矿单晶薄片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。此外,该集成电路型光探测器在工作稳定性方面也显示出了明显的优势。

上述研究以以Frontispiece的形式发表在近期Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201601995)上。

(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601995/full),(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201670290/full)。

论文的第一作者为陕西师范大学材料科学与工程学院学生刘渝城。