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，已在太阳能电池、发光二极管、辐射探测器等器件制造上展现出广阔的应用前景。
然而，这些器件目前主要采用钙钛矿多晶薄膜为光活性材料，其固有缺陷会显著降低器件性能和使用寿命。若采用缺陷密度仅为多晶薄膜十万分之一，且兼具优异输运能力及稳定性的钙钛矿单晶晶片，就能制造更高性能的光电子器件。
科学家将多晶薄膜与单晶晶片分别比作“碎钻”和“完美钻石”，以显示两者的优劣。
如何更高效地制备“完美钻石”？华东理工大学清洁能源材料与器件团队近日取得重大突破：团队自主研发的钙钛矿单晶晶片通用生长技术，将晶体生长周期由7天缩短至1.5天，实现了30余种金属卤化物钙钛矿半导体的低温、快速、可控制备，为新一代高性能光电子器件提供了丰富材料库。目前，相关成果已发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。
据介绍，国际上尚未有钙钛矿单晶晶片的通用制备方法，传统方法仅能以满足高温环境、生长速率慢的方式制备几种毫米级单晶，极大限制了单晶晶片的实际应用。
对于钙钛矿单晶晶片生长所涉及的成核、溶解、传质、反应等多个过程，华东理工大学团队结合多重实验论证和理论模拟，揭示了传质过程是决定晶体生长速率的关键因素，由此研发了以二甲氧基乙醇为代表的生长体系，通过多配位基团精细调控胶束的动力学过程，使溶质的扩散系数提高了3倍。在高溶质通量系统中，研究人员实现了将晶体生长环境温度降低60摄氏度，晶体生长速率提高4倍，生长周期由7天缩短至1.5天。
该成果主要完成人之一、华东理工大学教授侯宇举例说，在70摄氏度下，甲胺铅碘单晶晶片生长速度可达到8微米/分钟，一个结晶周期内晶片尺寸可达2厘米，较传统方法下的4毫米有了大幅提升。“我们突破了传统生长体系中溶质扩散不足的技术壁垒，提供了一条更普适、更高效、更低条件的单晶晶片生长路线。”
基于这一突破，团队组装了高性能单晶晶片辐射探测器件，不仅可实现自供电辐射成像，避免了高工作电压的限制，还大大降低了辐射强度，以胸透成像为例，新器件的辐射强度数值仅为常规医疗诊断的百分之一。
【责任编辑：肖洁 】
