中國科學院化(huà)學所在印刷制備鈣钛礦單晶薄膜方面取得(de)重要進展

中國科學院化(huà)學所在印刷制備鈣钛礦單晶薄膜方面取得(de)重要進展

鈣钛礦材料具有優異的(de)光(guāng)電性能，近年來(lái)在太陽能電池、發光(guāng)二極管、光(guāng)電探測器、激光(guāng)等諸多(duō)領域得(de)到了(le)廣泛的(de)研究。目前，傳統方法制備的(de)鈣钛礦薄膜通(tōng)常爲多(duō)晶薄膜，相比鈣钛礦多(duō)晶薄膜，單晶薄膜具有較低的(de)缺陷密度、較高(gāo)的(de)載流子遷移率和(hé)擴散長(cháng)度，在高(gāo)性能鈣钛礦器件中有著(zhe)重要的(de)應用(yòng)前景。然而由于鈣钛礦薄膜結晶過程中的(de)随機成核問題，尤其是在結晶過程中鈣钛礦兩種前驅體的(de)快(kuài)速反應造成的(de)不可(kě)控成核，成爲制備鈣钛礦單晶薄膜的(de)巨大(dà)挑戰。 

　　在國家自然科學基金委、科技部和(hé)中國科學院的(de)大(dà)力支持下(xià)，中科院化(huà)學所綠(lǜ)色印刷重點實驗室課題組科研人(rén)員(yuán)利用(yòng)綠(lǜ)色納米印刷技術，在控制印刷墨滴實現功能材料精細圖案化(huà)（Adv. Mater. 2014, 26, 6950-6958）、打印制備鈣钛礦單晶（Small, 2017, 13, 1603217）和(hé)印刷制備鈣钛礦太陽能電池（Adv. Mater. 2017, 29, 1703236）等方面開展了(le)一系列廣泛而深入的(de)研究。 

　　在這(zhè)些研究的(de)基礎上，針對(duì)鈣钛礦結晶過程中的(de)随機成核問題，綠(lǜ)色印刷實驗室課題組的(de)研究人(rén)員(yuán)創新性地将打印制備的(de)晶種模闆引入到結晶體系，并提出了(le)一種利用(yòng)晶種模闆可(kě)控印刷制備鈣钛礦單晶薄膜的(de)普适性方法（圖1）。研究人(rén)員(yuán)首先通(tōng)過噴墨打印的(de)方法在疏水(shuǐ)基材上制備了(le)鈣钛礦晶種，然後将生長(cháng)有晶種的(de)模闆覆蓋在滴有鈣钛礦飽和(hé)溶液的(de)目标基材。研究發現，将晶種模闆引入到結晶體系可(kě)以有效地改變體系中的(de)前驅體離子分(fēn)布，并降低結晶過程中的(de)随機成核密度，從而實現鈣钛礦單晶薄膜的(de)可(kě)控制備。通(tōng)過調控打印制備晶種的(de)尺寸，可(kě)以實現對(duì)鈣钛礦單晶薄膜厚度的(de)有效調控。同時(shí)，由于晶種模闆的(de)疏水(shuǐ)低粘附特性，利用(yòng)晶種模闆可(kě)以實現鈣钛礦單晶薄膜在矽片、玻璃、石英、二維材料、高(gāo)分(fēn)子薄膜等不同基材上的(de)印刷制備。這(zhè)種印刷制備的(de)鈣钛礦單晶薄膜具有較高(gāo)的(de)結晶質量，可(kě)直接用(yòng)于光(guāng)電探測器和(hé)圖像傳感器等光(guāng)電器件。該方法爲鈣钛礦單晶薄膜的(de)可(kě)控制備提供了(le)一種新的(de)途徑，對(duì)印刷制備高(gāo)性能鈣钛礦器件具有重要意義。研究成果發表于近日的(de)Science Advances, 2018, 4, eaat2390上。 

　　圖1 鈣钛礦單晶薄膜的(de)印刷制備