近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠團隊與陜西師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員劉渝城、美國西北大學(xué)教授Mercouri G. Kanatzidis合作，研發(fā)一種有效的晶體生長策略來制備尺寸高達幾個英寸的高質(zhì)量多元混合離子鈣鈦礦單晶，并利用這種大尺寸純相的鈣鈦礦單晶設(shè)計制備了自驅(qū)動集成光探測器。
大連化物所研制出多英寸鈣鈦礦單晶并應(yīng)用于自驅(qū)動集成光探測器研究
在FAPbI3鈣鈦礦中摻入銫離子、甲胺離子和溴離子，可以形成多陽離子及多鹵素離子的鈣鈦礦（FAMACs），這種結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦目前被證明是高效的光伏光電器件的最佳組成，因為這種鈣鈦礦相對更穩(wěn)定，離子遷移小，能夠有效降低器件中的遲滯現(xiàn)象，具有更高器件穩(wěn)定性。然而，不同的研究團隊報道的基于FAMACs的高性能器件中，幾種離子的組成和比例不盡相同，尤其是銫離子的相對含量。此外，對于這種多成分鈣鈦礦，在結(jié)晶過程中容易出現(xiàn)相分離而形成黃色的非鈣鈦礦相，該成分的存在將會形成缺陷俘獲或散射中心，從而影響器件性能。
基于以上問題，該合作團隊選用還原劑（甲酸）來抑制晶體生長過程中的相分離，進而制備了大尺寸的三陽離子混合鹵化物鈣鈦礦單晶。這種基于還原劑策略穩(wěn)定生長的鈣鈦礦單晶具有相對更長的載流子壽命，更高的電荷遷移率，更長的載流子擴散距離，以及優(yōu)異的均勻性和長期穩(wěn)定性，因此基于該高質(zhì)量的鈣鈦礦單晶設(shè)計制備的自驅(qū)動光探測器具有響應(yīng)率高，光電導(dǎo)增益大，探測率高，以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點。此外，基于該單晶制備的12 12像素探測器陣列具有均勻的光響應(yīng)，因此對一個2 2像素的陣列進行選擇性輻照時在像素之間顯示出良好的分辨力。這種設(shè)計為鈣鈦礦自驅(qū)動集成電路成像應(yīng)用開辟了一條新途徑。
相關(guān)成果近期發(fā)表在Science Advances上。該工作得到了西安交通大學(xué)劉明教授團隊的支持和幫助，以及國家自然科學(xué)基金項目、中國國家重點研究與發(fā)展計劃項目、陜西省科技創(chuàng)新引導(dǎo)項目等項目的資助。
