喷墨打印制备钙钛矿单晶阵列:微腔激光器和三基色显示

有机-无机金属卤化物钙钛矿材料是一种优异的光电功能材料,具有制备工艺相对简单、光电转换率高等优点,近年来其在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等领域的应用被广泛研究,其光电转化效率已经突破22%。但由于传统制备光电器件的光刻技术、微接触印刷技术、纳米压印技术等方法在钙钛矿微结构的制备方面工艺复杂且成本较高,难以实现钙钛矿微结构的大面积制备和多种钙钛矿材料的集成,极大地限制了钙钛矿材料在高性能集成光电器件中的应用。

Smll-songyanlin

中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组利用喷墨打印技术,快速大面积制备了高光学质量的钙钛矿单晶阵列,并实现了模数可调的微腔阵列激光器和三基色显示。与传统的微纳加工手段相比,喷墨打印作为一种直接书写技术,可以实现功能材料在基材表面的选择性沉积和精确图案化控制。他们系统地研究了不同基底、温度对钙钛矿结晶的影响,发现基底的粘附力和温度对钙钛矿的结晶行为有重要影响。通过调控基底的粘附力和温度,可以实现钙钛矿单晶阵列在不同基底,如硅片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等材料上的高通量制备。喷墨打印制备的钙钛矿单晶具有优异的激光性能,激光阈值15.6 μJ/cm2,品质因子高达863,并且可以通过调控墨滴体积控制单晶的大小,从而实现激光模数的可控调控。同时,他们通过调控钙钛矿卤素组成,成功实现了红、绿、蓝三种发光的钙钛矿单晶的制备和集成。

该方法简单易行,为钙钛矿单晶微结构的制备提供了一种新的思路,对钙钛矿材料在高性能集成光电器件的应用具有重要意义。相关研究成果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201603217)上。