宋延林团队Science子刊:印刷钙钛矿单晶薄膜,还可以这么玩!
宋延林课题组 纳米人 2018-07-02

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第一作者:谷振坤

通讯作者:李明珠 宋延林

通讯单位:中国科学院化学研究所

 

研究亮点:

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,并用于光电探测器和图像传感器。

 

钙钛矿材料具有优异的光电性能,近年来得到了广泛的研究。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。然而由于钙钛矿薄膜结晶过程中的随机成核问题,尤其是在结晶过程中钙钛矿两种前驱体的快速反应造成的不可控成核,为钙钛矿单晶薄膜的制备带来了巨大的挑战。

 

有鉴于此,中国科学院化学研究所宋延林和李明珠团队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。


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图1. 晶种模板印刷制备钙钛矿单晶薄膜

 

针对钙钛矿结晶过程中的随机成核问题,研究人员首先通过喷墨打印的方法在疏水基材上打印制备了钙钛矿晶种,然后将生长有晶种的模板覆盖在滴有钙钛矿饱和溶液的目标基材。

 

研究发现,在结晶体系中引入晶种模板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,利用晶种模板可以实现钙钛矿单晶薄膜在不同基材上的印刷制备。

 

这种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。

 


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图2. 晶种模板对钙钛矿单晶薄膜生长的影响

 

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图3. 钙钛矿单晶薄膜在不同基材上的生长

 

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图4. 钙钛矿单晶薄膜晶体质量表征

 

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图5. 钙钛矿光电探测器


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图6. 钙钛矿图像传感器

 

总之,这种利用晶种模板印刷的方式为钙钛矿单晶薄膜的可控制备提供了一种普适性的新方法,为印刷制备高性能钙钛矿单晶薄膜器件提供了新的途径。

 

参考文献:

Zhenkun Gu, Zhandong Huang, Chang Li, Mingzhu Li, Yanlin Song; A general printing approach for scalable growth of perovskite single-crystal films; Science Advances, 2018, 4, eaat2390.

http://advances.sciencemag.org/content/4/6/eaat2390

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