中国科学院大连化学物理研究所刘生忠团队与陕西师范大学合作,利用升温析晶法,首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过2 in(大于71 mm)。这是世界上首次报导尺寸超过0.5 in的钙钛矿单晶。相关结果已在线发表于《先进材料》。
近年来的研究发现,具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料由于具有很高的光吸收系数、很长的载流子传输距离、非常少的缺陷态密度等优异性质,在光伏材料、激光材料和发光材料等方面展现出极大的应用价值,成为国际上极为重要的研究热点材料之一。目前,经过美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)认证的钙钛矿太阳能电池光电转换效率已经达到20.1%,已接近单晶硅太阳能电池的效率。同时,基于钙钛矿材料的激光和发光器件也有报道,显示出钙钛矿材料在光电领域的广阔应用前景。
然而,现在基于微晶或非晶薄膜的钙钛矿太阳能电池及其他光电器件仍然面临的巨大的挑战,如对水蒸气敏感,对大气、热、紫外光等不够稳定等。微晶钙钛矿薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷会造成载流子的复合,是进一步提高太阳能转换效率及其他光电器件性能需要解决的关键问题。
针对上述问题,刘生忠团队发展了大尺寸钙钛矿单晶生长方法,并成功制备出超大尺寸单晶钙钛矿晶体。
该团队进一步研究发现,相较于薄膜样品,钙钛矿晶体材料具有更高的结晶质量、更好的光吸收范围和更高的热稳定性,并首次发现该材料在402nm处的发光峰。以上研究结果表明,这种超大尺寸的单晶体在研发高性能光电器件方面具有很大的商业应用价值。