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中科院化学所宋延林研究员课题组:印刷制备钙钛矿单晶薄膜取得新进展
2018-07-05 来源:中国流变网    点击次数:84次    

  钙钛矿材料以其优异的光电性质近年来在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光等诸多领域得到了广泛的研究。然而,由于钙钛矿结晶过程中的随机成核问题,传统方法制备的钙钛矿薄膜通常为多晶薄膜。相比钙钛矿多晶薄膜,钙钛矿单晶薄膜具有较低的缺陷密度、较高的载流子迁移率和扩散长度,在高性能钙钛矿器件中有着重要的应用前景。因此,钙钛矿单晶薄膜的可控制备对高性能钙钛矿器件具有重要意义。

  针对钙钛矿结晶过程中的随机成核问题,中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组提出了一种利用晶种模板可控印刷制备钙钛矿单晶薄膜的普适性方法。研究人员首先采用喷墨打印的方法在氟硅烷修饰的疏水基材上制备了钙钛矿晶种,然后将生长有晶种的模板引入到钙钛矿结晶体系。研究发现,将钙钛矿晶种模板引入到结晶体系可以有效地改变体系中的前驱体离子分布,并降低结晶过程中的随机成核密度,从而实现钙钛矿单晶薄膜的可控制备。通过调控打印制备晶种的尺寸,可以实现对钙钛矿单晶薄膜厚度的有效调控。同时,由于晶种模板的疏水低粘附特性,该方法可以实现钙钛矿单晶薄膜在硅片、石英、玻璃、二维材料、高分子薄膜等不同基材上的制备。这种采用晶种模板印刷制备的钙钛矿单晶薄膜具有较高的结晶质量,可用于光电探测器和图像传感器等光电器件。

图1. 晶种模板印刷制备钙钛矿单晶薄膜及单晶薄膜表征

图2. 晶种模板对钙钛矿单晶薄膜生长的影响

图3. 钙钛矿单晶薄膜在不同基材上的形貌表征

图4. 钙钛矿单晶薄膜晶体质量表征

图5. 钙钛矿单晶薄膜光电探测器

图6. 基于钙钛矿单晶薄膜的图像传感器

  这种晶种模板印刷的方法为钙钛矿单晶薄膜的可控制备提供了一种新的途径,对制备高性能钙钛矿单晶薄膜器件具有重要意义。以上相关成果分别发表在Science Advances (Science Advances, 2018, 4, eaat2390)上。

  论文链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/6/eaat2390

 
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