近日，華東理工大學(xué)清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種鈣鈦礦單晶薄膜通用生長技術(shù)，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實(shí)現(xiàn)了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的低溫、快速、可控制備，為新一代的高性能光電子器件提供了豐富的材料庫。

據(jù)介紹，金屬鹵化物鈣鈦礦是一類光電性質(zhì)優(yōu)異、可溶液制備的新型半導(dǎo)體材料，在太陽能電池、發(fā)光二極管和輻射探測器等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

目前，這些器件主要采用多晶薄膜為光活性材料，其表界面懸掛鍵、不飽和鍵等缺陷將顯著降低器件性能和使用壽命。單晶薄膜材料本體不含有晶界等缺陷，是制備光電子器件的理想候選材料，但如何可控、低溫合成該類材料仍是該領(lǐng)域所面臨的主要挑戰(zhàn)。

官方資料顯示，單晶材料生長涉及到成核、溶解、傳質(zhì)、反應(yīng)等多個過程。對鈣鈦礦單晶而言，其生長過程中的控制步驟仍不明確。研究團(tuán)隊(duì)采用原位顯微觀測、膠體擴(kuò)散吸光度測試、核磁共振擴(kuò)散序譜等手段，定量化分析了鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的溶質(zhì)擴(kuò)散過程，同時結(jié)合分子動力學(xué)和數(shù)值仿真，證實(shí)了物質(zhì)傳遞過程是鈣鈦礦單晶薄膜生長的決速步驟。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了以二甲氧基乙醇為代表的高通量單晶生長溶液體系，通過多官能團(tuán)配位作用細(xì)化前驅(qū)體膠束尺寸，將前驅(qū)體體系的擴(kuò)散系數(shù)由1.7×10-10 m2 s-1提高至5.4×10-10 m2 s-1，從而使得單晶薄膜的生長速率提高約3倍，制備環(huán)境溫度普遍降低了30℃‍~60℃。例如，在70℃下，甲胺鉛碘單晶薄膜的生長速度可達(dá)到8.0 µm min-1，在一個結(jié)晶周期內(nèi)單晶薄膜尺寸可達(dá)2 cm。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)了該單晶薄膜生長技術(shù)的普適性，實(shí)現(xiàn)了30余種厘米級單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長方法。

作者：林夢雪 來源：環(huán)球網(wǎng) 責(zé)任編輯：jianping