【48812】山东大学《ACS AMI》：界面张力辅佐温度梯度结晶法制备高质量钙钛矿单晶

  金属卤化物钙钛矿资料以其优异的光电半导体功能而被大范围的应用于光电器材的研讨，如太阳能电池、光电勘探器、激光器、发光二极管和晶体管等。当时，大都钙钛矿基光电器材以多晶薄膜制备为主。与单晶比较，多晶薄膜表现出较差的电荷传输特性，而且易产生化学降解。此外，钙钛矿单晶因其无扩展缺点（晶界）而具有许多长处，包含高迁移率，长复合寿数，低离子迁移率和高稳定性。关于钙钛矿资料结晶，各国研讨者现已开发了多种战略，包含逆温结晶，反溶剂蒸汽辅佐结晶，配体辅佐结晶，液相别离诱导结晶，高温熔融成长和液相降温结晶办法。其间，根据溶液的钙钛矿结晶办法是常用的挑选。但是，在溶液中快速成长高质量的钙钛矿单晶仍然面临许多应战。在控温结晶法中，热对流简单打乱结晶次序而构成很多缺点。在反溶剂或配体辅佐结晶法中，尽管排除了温度梯度的搅扰，但精准操控反溶剂分散难度较大。此外，反溶剂引起的区域的溶解度不均匀，易形成溶液组分的误差，影响晶体质量。液相别离诱导结晶办法经过室温缓慢蒸腾溶剂来可以制备出高质量的MAPbBr3单晶，但溶剂分散缓慢，约束了单晶的成长速度。

  根据以上应战，山东大学空间科学与物理学院空间科学攀爬团队行星科学课题组在系统研讨界面张力对钙钛矿结晶进程效果机理的基础上，开发了一种PDMS（聚二甲基硅氧烷）辅佐温度梯度晶体成长技能（PTG）。使用PTG技能，课题组能快速制备出了高质量的MAPbBr3钙钛矿单晶。该单晶展现出纪录级的最窄XRD摇晃曲线 ns的长载流子寿数和4.25×109 cm-3超低缺点态密度。使用自产的MAPbBr3钙钛矿单晶制造的X射线的低勘探极限。该课题组的研讨工作初次提醒界面张力在钙钛矿晶体成长进程中效果机理，为高质量钙钛矿单晶的快速制备供给了一种有用可行的办法，也为深空高能射线勘探器的研发供给了一种新的挑选。相关研讨成果以“Interface Tension Assisted Temperature-Gradient Crystallization for High-Quality MAPbBr3 Perovskite Single Crystals with Low Defect Density”为标题，以研讨论文的方式宣布在ACS Applied Material & Interfaces。

  图1. MAPbBr3钙钛矿结晶与晶体成长。(a) PDMS辅佐结晶原理图；(b) 形核半径与自由能的联系；(c) 溶液的外表和内部的形核半径的比较；(d)成长进程中自由能改变图解；(e)界面悬浮成长的力学图解。

  图2. MAPbBr3钙钛矿单晶的表征。(a) 粉末XRD和最大面XRD图谱；(b) XRD摇晃曲线；(c)吸收曲线和禁带宽度；(d) 荧光寿数曲线；(e)和(f) I-V测验曲线单晶勘探器的x射线勘探器。(a)结构图；(b)光电流呼应；(c)灵敏度；(d)勘探极限。