近日，華東理工大學清潔能源材料與器件團隊自主研發了一種鈣鈦礦單晶薄膜通用生長技術，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實現了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的低溫、快速、可控制備，為新一代的高性能光電子器件提供了豐富的材料庫。

據介紹，金屬鹵化物鈣鈦礦是一類光電性質優異、可溶液制備的新型半導體材料，在太陽能電池、發光二極管和輻射探測器等領域有重要應用。

目前，這些器件主要采用多晶薄膜為光活性材料，其表界面懸掛鍵、不飽和鍵等缺陷將顯著降低器件性能和使用壽命。單晶薄膜材料本體不含有晶界等缺陷，是制備光電子器件的理想候選材料，但如何可控、低溫合成該類材料仍是該領域所面臨的主要挑戰。

官方資料顯示，單晶材料生長涉及到成核、溶解、傳質、反應等多個過程。對鈣鈦礦單晶而言，其生長過程中的控制步驟仍不明確。研究團隊采用原位顯微觀測、膠體擴散吸光度測試、核磁共振擴散序譜等手段，定量化分析了鈣鈦礦前驅體溶液中的溶質擴散過程，同時結合分子動力學和數值仿真，證實了物質傳遞過程是鈣鈦礦單晶薄膜生長的決速步驟。

隨后，研究團隊開發了以二甲氧基乙醇為代表的高通量單晶生長溶液體系，通過多官能團配位作用細化前驅體膠束尺寸，將前驅體體系的擴散系數由1.7×10-10 m2 s-1提高至5.4×10-10 m2 s-1，從而使得單晶薄膜的生長速率提高約3倍，制備環境溫度普遍降低了30℃‍~60℃。例如，在70℃下，甲胺鉛碘單晶薄膜的生長速度可達到8.0 µm min-1，在一個結晶周期內單晶薄膜尺寸可達2 cm。研究團隊進一步證實了該單晶薄膜生長技術的普適性，實現了30余種厘米級單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長方法。

作者：林夢雪 來源：環球網 責任編輯：jianping