由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊與陜西師范大學(xué)合作，利用升溫析晶法，首次制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過2英寸（大于71mm），這是世界上首次公開尺寸超過0.5英寸的鈣鈦礦單晶。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的甲氨基鹵化鉛材料由于具有很高的光吸收系數(shù)、很長的載流子傳輸距離、非常少的缺陷態(tài)密度等優(yōu)異性質(zhì)，在光伏材料、鐳射材料和發(fā)光材料等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價值，成為國際上極為重要的研究熱點材料之一。目前，經(jīng)過美國國家能源部可再生能源實驗室（NREL）認(rèn)證的鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20.1%，已接近單晶硅太陽能電池的效率。同時，基于鈣鈦礦材料的鐳射和發(fā)光器件也有消息，顯示出鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

然而，現(xiàn)在基于微晶或非晶薄膜的鈣鈦礦太陽能電池及其他光電器件仍然面臨的巨大的挑戰(zhàn)，如對水蒸氣敏感、對大氣、熱、紫外光等不夠穩(wěn)定等。微晶鈣鈦礦薄膜中存在很多芯片、晶界、孔隙和表面缺陷會造成載流子的復(fù)合，是進(jìn)一步提高太陽能轉(zhuǎn)換效率及其他光電器件性能需要解決的關(guān)鍵問題。

針對上述問題，劉生忠研究團(tuán)隊發(fā)展了大尺寸鈣鈦礦單晶生長方法，并成功制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦晶體，尺寸超過2英寸（71mm），這是世界上首次公開尺寸超過0.5英寸的鈣鈦礦單晶。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，相較于薄膜樣品，鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結(jié)晶品質(zhì)、更好的光吸收范圍和更高的熱穩(wěn)定性，并首次發(fā)現(xiàn)該材料在402nm處的發(fā)光峰。以上研究結(jié)果表明，這種超大尺寸的單晶體在研發(fā)高性能光電器件方面具有很大的商業(yè)應(yīng)用價值。

在該論文發(fā)表的同時，《先進(jìn)材料》的一位主編評論道，該論文首次公開了尺寸大于0.5英寸的鈣鈦礦單晶，這使得直接比較多晶薄膜和單晶之間在性質(zhì)上的差異成為可能。研究結(jié)果表明，相較于多晶鈣鈦礦薄膜，采用單晶制作的鈣鈦礦太陽能電池可以獲得更好的光電轉(zhuǎn)換效率；同時，由于晶體的完整性和較少的缺陷，單晶器件也具有更佳的穩(wěn)定性?！坝捎趩尉Р牧鲜乾F(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)和光電工業(yè)的基礎(chǔ)，具有優(yōu)良性能的鈣鈦礦單晶材料有可能實現(xiàn)對多晶鈣鈦礦基器件的革新，推動光電器件的新一輪革命?！?/p>

文章來源：中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)