近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠團(tuán)隊(duì)與陜西師范大學(xué)研究員劉渝城、美國西北大學(xué)教授Mercouri G. Kanatzidis合作，研發(fā)了一種有效的晶體生長策略，制備出尺寸高達(dá)幾英寸的高質(zhì)量多元混合離子鈣鈦礦單晶，并利用該種鈣鈦礦單晶設(shè)計(jì)制備出自驅(qū)動(dòng)集成光探測器。相關(guān)成果發(fā)表在Science Advances上。

在FAPbI3鈣鈦礦中摻入銫離子、甲胺離子和溴離子，可以形成多陽離子及多鹵素離子的鈣鈦礦，這種結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦被證明是高效的光伏光電器件的最佳組成。然而，不同研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道的基于此種鈣鈦礦的高性能器件中，幾種離子的組成和比例不盡相同，尤其是銫離子的相對(duì)含量。此外，這種多成分鈣鈦礦在結(jié)晶過程中容易出現(xiàn)相分離而形成黃色的非鈣鈦礦相，這會(huì)形成缺陷俘獲或散射中心，從而影響器件性能。

為了解決這些問題，該合作團(tuán)隊(duì)選用還原劑來抑制晶體生長過程中的相分離，進(jìn)而制備出大尺寸的三陽離子混合鹵化物鈣鈦礦單晶。這種基于還原劑策略穩(wěn)定生長的鈣鈦礦單晶具有相對(duì)更長的載流子壽命、更高的電荷遷移率、更長的載流子擴(kuò)散距離、優(yōu)異的均勻性和長期穩(wěn)定性，因此基于該單晶設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自驅(qū)動(dòng)光探測器具有響應(yīng)率高、光電導(dǎo)增益大、探測率高、以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。此外，基于該單晶制備的12×12像素探測器陣列具有均勻的光響應(yīng)，從而對(duì)一個(gè)2×2像素的陣列進(jìn)行選擇性輻照時(shí)在像素之間顯示出良好的分辨力。

這種設(shè)計(jì)為鈣鈦礦自驅(qū)動(dòng)集成電路成像應(yīng)用開辟了一條新途徑。

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