由中國科學院大連化學物理研究所劉生忠研究員帶領的團隊與陝西師範大學合作，利用升溫析晶法，首次製備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過2英寸（大於71mm），這是世界上首次報導尺寸超過0.5英寸的鈣鈦礦單晶。
近年來的研究發現，具有鈣鈦礦晶體結構的甲氨基鹵化鉛材料由於具有很高的光吸收係數、很長的載流子傳輸距離、非常少的缺陷態密度等優異性質，在光伏材料、鐳射材料和發光材料等方面展現出極大的應用價值，成為國際上極為重要的研究熱點材料之一。目前，經過美國國家能源部可再生能源實驗室（NREL）認證的鈣鈦礦太陽電池光電轉換效率已經達到20.1%，已接近單晶矽太陽能電池的效率。同時，基於鈣鈦礦材料的鐳射和發光器件也有報導，顯示出鈣鈦礦材料在光電領域的廣闊應用前景。
然而，現在基於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，如對水蒸氣敏感、對大氣、熱、紫外光等不夠穩定等。微晶鈣鈦礦薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷會造成載流子的複合，是進一步提高太陽能轉換效率及其他光電器件性能需要解決的關鍵問題。
針對上述問題，劉生忠研究團隊發展了大尺寸鈣鈦礦單晶生長方法，並成功製備出超大尺寸單晶鈣鈦礦晶體，尺寸超過2英寸（71mm），這是世界上首次報導尺寸超過0.5英寸的鈣鈦礦單晶。
研究團隊進一步研究發現，相較於薄膜樣品，鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結晶品質、更好的光吸收範圍和更高的熱穩定性，並首次發現該材料在402nm處的發光峰。以上研究結果表明，這種超大尺寸的單晶體在研發高性能光電器件方面具有很大的商業應用價值。
在該論文發表的同時，《先進材料》的一位主編評論道，該論文首次報導了尺寸大於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上的差異成為可能。研究結果表明，相較於多晶鈣鈦礦薄膜，採用單晶製作的鈣鈦礦太陽能電池可以獲得更好的光電轉換效率；同時，由於晶體的完整性和較少的缺陷，單晶器件也具有更佳的穩定性。“由於單晶材料是現代半導體工業、電子工業和光電工業的基礎，具有優良性能的鈣鈦礦單晶材料有可能實現對多晶鈣鈦礦基器件的革新，推動光電器件的新一輪革命。”
文章來源：中國經濟網
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