《自然通讯》刊登方国家、林乾乾、陶晨团队钙钛矿单晶研究成果

新闻网讯（通讯员张一飞）3月4日， Nature   Communications (《自然•通讯》  )在线发表了物理科学与技术学院方国家教授、林乾乾教授、陶晨研究员团队关于钙钛矿单晶的最新研究成果。

论文题为“Room-temperature liquid diffused separation induced crystallization for high-quality perovskite single crystals”（《室温液相扩散诱导结晶法制备高质量钙钛矿单晶》）。该研究工作署名单位为武汉大学。物理科学与技术学院2018级博士生姚方为第一作者，方国家、林乾乾、陶晨为通讯作者。

近年来，卤化物钙钛矿材料在光电领域得到了广泛应用，且取得了极大进展。钙钛矿单晶作为研究钙钛矿本征特性及光电器件的理想材料，已被广泛地研究。目前，钙钛矿单晶的制备主要采用逆温度结晶法（ITC）、反溶剂蒸发辅助结晶法（AVC）和低温梯度结晶法（LTGC）等方法。这些方法的原理都是基于逆溶解度，通过改变温度或溶剂成分以改变前驱体浓度达到过饱和结晶。

采用ITC或LTGC生长单晶时需要较高的温度（从室温升高到90或60℃）。然而已有报道表明，钙钛矿单晶生长温度越高，其缺陷密度就越高；升温或降温产生的热对流会对钙钛矿单晶结构产生不利影响，容易生成孪晶或多晶。另外变温速率的精确控制非常困难，从而影响钙钛矿单晶质量和相关器件性能。因而开发一种恒低温钙钛矿单晶的生长方法具有重要意义。

研究团队提出了室温液相扩散诱导生长钙钛矿单晶的新思路，开发出了一种制备高质量钙钛矿单晶的新方法—室温液相扩散诱导结晶（LDSC），即溶剂通过扩散进入硅油从而使前驱体溶液达到过饱和形核结晶。利用媒介硅油与溶剂二甲基甲酰胺（DMF）互不相溶，硅油密度介于DMF和钙钛矿前驱体之间的特性，DMF扩散进入硅油上层，从而减少前驱体溶液的体积使其浓度达到过饱和，最终形核并生长得到高质量的钙钛矿单晶(已申请中国发明专利)。  该方法不仅可以制备三维MAPbX ₃ (X=Cl, Br, I)单晶，还可以制备PA ₂ PbBr ₄ 、BA ₂ PbBr ₄ 、PMA ₂ PbBr ₄ 等二维单晶，是一种高普适性的制备高质量钙钛矿单晶方法。

此外，通过建立晶体生长模型，团队揭示了该方法制备钙钛矿单晶的生长动力学机制，即密度差导致的溶剂扩散、前驱体体积渐减而浓度恒定的析晶机制。与ITC、LTGC、AVC等方法相比，LDSC具有单晶生长温度低（室温）且恒定、制备的晶体质量高（摇摆曲线半高宽小于0.0096°）、缺陷态密度低（4.4×10 ⁹ cm ^-3 ）、寿命长（约1  µs）、单晶产率高（92%）、普适性好等优点。此外，LDSC-MAPbBr ₃ 钙钛矿单晶在可见光和X-ray探测方面表现出了良好的应用前景。

这项工作的共同作者还包括刘昌教授，李博睿博士，博士生彭家丽、李文静、桂鹏彬，硕士生李睿明。该工作得到了国家自然科学基金、湖北省科技计划和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

原文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-020-15037-x

（编辑：陈丽霞）