鈣鈦礦材料以其優(yōu)異的光電性質(zhì)近年來在太陽能電池、發(fā)光二極管、光電探測器、激光等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的研究。然而，由于鈣鈦礦結(jié)晶過程中的隨機(jī)成核問題，傳統(tǒng)方法制備的鈣鈦礦薄膜通常為多晶薄膜。相比鈣鈦礦多晶薄膜，鈣鈦礦單晶薄膜具有較低的缺陷密度、較高的載流子遷移率和擴(kuò)散長度，在高性能鈣鈦礦器件中有著重要的應(yīng)用前景。因此，鈣鈦礦單晶薄膜的可控制備對高性能鈣鈦礦器件具有重要意義。
針對鈣鈦礦結(jié)晶過程中的隨機(jī)成核問題，中國科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林研究員課題組提出了一種利用晶種模板可控印刷制備鈣鈦礦單晶薄膜的普適性方法。研究人員首先采用噴墨打印的方法在氟硅烷修飾的疏水基材上制備了鈣鈦礦晶種，然后將生長有晶種的模板引入到鈣鈦礦結(jié)晶體系。研究發(fā)現(xiàn)，將鈣鈦礦晶種模板引入到結(jié)晶體系可以有效地改變體系中的前驅(qū)體離子分布，并降低結(jié)晶過程中的隨機(jī)成核密度，從而實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦單晶薄膜的可控制備。通過調(diào)控打印制備晶種的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)對鈣鈦礦單晶薄膜厚度的有效調(diào)控。同時(shí)，由于晶種模板的疏水低粘附特性，該方法可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦單晶薄膜在硅片、石英、玻璃、二維材料、高分子薄膜等不同基材上的制備。這種采用晶種模板印刷制備的鈣鈦礦單晶薄膜具有較高的結(jié)晶質(zhì)量，可用于光電探測器和圖像傳感器等光電器件。
圖1. 晶種模板印刷制備鈣鈦礦單晶薄膜及單晶薄膜表征
圖2. 晶種模板對鈣鈦礦單晶薄膜生長的影響
圖3. 鈣鈦礦單晶薄膜在不同基材上的形貌表征
圖4. 鈣鈦礦單晶薄膜晶體質(zhì)量表征
圖5. 鈣鈦礦單晶薄膜光電探測器
圖6. 基于鈣鈦礦單晶薄膜的圖像傳感器
這種晶種模板印刷的方法為鈣鈦礦單晶薄膜的可控制備提供了一種新的途徑，對制備高性能鈣鈦礦單晶薄膜器件具有重要意義。以上相關(guān)成果分別發(fā)表在Science Advances (Science Advances, 2018, 4, eaat2390)上。
