近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員劉生忠團隊與陜西師范大學材料科學與工程學院研究員劉渝城、美國西北大學教授Mercouri G. Kanatzidis合作，研發一種有效的晶體生長策略來制備尺寸高達幾個英寸的高質量多元混合離子鈣鈦礦單晶，并利用這種大尺寸純相的鈣鈦礦單晶設計制備了自驅動集成光探測器。
大連化物所研制出多英寸鈣鈦礦單晶并應用于自驅動集成光探測器研究
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（FAMACs），這種結構的鈣鈦礦目前被證明是高效的光伏光電器件的最佳組成，因為這種鈣鈦礦相對更穩定，離子遷移小，能夠有效降低器件中的遲滯現象，具有更高器件穩定性。然而，不同的研究團隊報道的基于FAMACs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含量。此外，對于這種多成分鈣鈦礦，在結晶過程中容易出現相分離而形成黃色的非鈣鈦礦相，該成分的存在將會形成缺陷俘獲或散射中心，從而影響器件性能。
基于以上問題，該合作團隊選用還原劑（甲酸）來抑制晶體生長過程中的相分離，進而制備了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定生長的鈣鈦礦單晶具有相對更長的載流子壽命，更高的電荷遷移率，更長的載流子擴散距離，以及優異的均勻性和長期穩定性，因此基于該高質量的鈣鈦礦單晶設計制備的自驅動光探測器具有響應率高，光電導增益大，探測率高，以及響應速度快等優點。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，因此對一個2 2像素的陣列進行選擇性輻照時在像素之間顯示出良好的分辨力。這種設計為鈣鈦礦自驅動集成電路成像應用開辟了一條新途徑。
相關成果近期發表在Science Advances上。該工作得到了西安交通大學劉明教授團隊的支持和幫助，以及國家自然科學基金項目、中國國家重點研究與發展計劃項目、陜西省科技創新引導項目等項目的資助。
