科学家实现钙钛矿单晶薄膜技术突破 晶体生长周期缩短至1.5天

科学家实现钙钛矿单晶薄膜技术突破晶体生长周期缩短至1.5天据介绍,金属卤化物钙钛矿是一类光电性质优异、可溶液制备的新型半导体材料,在太阳能电池、发光二极管和辐射探测器等领域有重要应用。目前,这些器件主要采用多晶薄膜为光活性材料,其表界面悬挂键、不饱和键等缺陷将显著降低器件性能和使用寿命。单晶薄膜材料本体不含有晶界等缺陷,是制备光电子器件的理想候选材料,但如何可控、低温合成该类材料仍是该领域所面临的主要挑战。官方资料显示,单晶材料生长涉及到成核、溶解、传质、反应等多个过程。对钙钛矿单晶而言,其生长过程中的控制步骤仍不明确。研究团队采用原位显微观测、胶体扩散吸光度测试、核磁共振扩散序谱等手段,定量化分析了钙钛矿前驱体溶液中的溶质扩散过程,同时结合分子动力学和数值仿真,证实了物质传递过程是钙钛矿单晶薄膜生长的决速步骤。随后,研究团队开发了以二甲氧基乙醇为代表的高通量单晶生长溶液体系,通过多官能团配位作用细化前驱体胶束尺寸,将前驱体体系的扩散系数由1.7×10-10m2s-1提高至5.4×10-10m2s-1,从而使得单晶薄膜的生长速率提高约3倍,制备环境温度普遍降低了30℃~60℃。例如,在70℃下,甲胺铅碘单晶薄膜的生长速度可达到8.0µmmin-1,在一个结晶周期内单晶薄膜尺寸可达2cm。研究团队进一步证实了该单晶薄膜生长技术的普适性,实现了30余种厘米级单晶薄膜的低温、快速、高通量生长方法。另外,该晶体生长技术可抑制单晶薄膜中的晶格缺陷形成,制备单晶薄膜的载流子迁移率高达160cm2V-1s-1、扩散长度超80µm,这些物理性质参数达到了目前商业化晶硅半导体材料水平。以制备的单晶薄膜为活性层的辐射探测器件,在零偏压模式下的灵敏度高达到1.74×105µCGy−1cm−2,并在英寸级像素阵列化器件中展示出优异的空间尺度上一致性,实现了自供电模式下大面积复杂物体的X射线成像。这项工作阐明了钙钛矿单晶薄膜的晶化机理,为新一代的高性能光电器件提供了丰富的材料库。据悉,相关成果发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426595.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1426595.htm

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