钙钛矿单晶薄膜通用生长技术获突破！

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钙钛矿单晶薄膜通用生长技术获突破！

责任编辑：杨靖羽作者： 2024/4/7 14:33:34 浏览：847 技术

近期，华东理工大学清洁能源材料与器件团队自主研发了一种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，提速达到4倍，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，为新一代光伏、芯片等高性能光电子器件提供了丰富材料库。相关成果发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

据介绍，金属卤化物钙钛矿是一类光电性质优异、可利用溶液制备的明星半导体材料，在太阳能电池、发光二极管、辐射探测领域展现出应用前景，被誉为新能源、生态环保等领域的新质生产力，成为学术界、工业界争相创新研发的目标。

目前，这些光电子器件主要采用多晶薄膜作为光活性材料，但多晶形式的“先天缺陷”显著降低器件性能和使用寿命。相对于碎钻般的多晶薄膜，钙钛矿单晶晶片如同完美的“非洲之星”钻石，其极低的缺陷密度仅为多晶薄膜的十万分之一左右，同时兼具优异的光吸收、输运能力以及稳定性，成为更理想的候选材料。

然而，国际上尚未有钙钛矿单晶晶片的通用制备方法，传统的空间限域方法仅能以高温、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。如何“魔法实施”，该团队自主研发的钙钛矿单晶薄膜通用生长技术，就让毫米级“碎钻”长成了厘米级“完美钻石”。

据了解，钙钛矿单晶薄膜材料生长涉及成核、溶解、传质、反应等多个过程，研究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，自主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，使得溶质的扩散系数提高了3倍。在高溶质通量系统中，研究人员将原有的晶体生长温度降低了60度，晶体的生长速率提高了4倍。

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。”

来源：中化新网、新华社

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