高质量钙钛矿单晶生长及其X射线探测性能表征

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作者 徐庄婕 巴延双 +4 位作者 习鹤 白福慧 陈大正 朱卫东 张春福 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第7期1229-1237,共9页

金属卤化物钙钛矿(MHPs)单晶因具有优异光电性能在辐射探测领域拥有广泛的应用前景,其生长过程中晶体内部及表面缺陷的抑制有望进一步提高半导体辐射探测器的性能。本文通过使用两亲性表面活性剂硫代甜菜碱10作为添加剂,采用逆温结晶法(... 金属卤化物钙钛矿(MHPs)单晶因具有优异光电性能在辐射探测领域拥有广泛的应用前景,其生长过程中晶体内部及表面缺陷的抑制有望进一步提高半导体辐射探测器的性能。本文通过使用两亲性表面活性剂硫代甜菜碱10作为添加剂,采用逆温结晶法(ITC)制备高质量MAPbBr_(3)单晶。对添加剂优化晶体生长机理进行了深入研究,结果表明磺添加剂分子在结晶控制和表面缺陷钝化的协同效应显著抑制了缺陷的形成,生长出的MAPbBr3单晶摇摆曲线的半峰全宽(FWHM)从0.071°降低到0.046°,长链烷基基团使晶体表面表现出优异的疏水性能,其表面接触角从84.04°增加到96.25°,表明了表面疏水性的显著提高。制备出了具有镍/金-镍/金环形对称电极结构的器件,其电阻率从2.08×10^(7)Ω·cm提高至2.82×10~8Ω·cm,载流子迁移率寿命积为1.81×10^(-2)cm^(2)·V^(-1)。此外,器件灵敏度可达1 450μC·Gyair^(-1)·cm^(-2),并能在1 000 s的测试期间保持良好的运行稳定性。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 添加剂 X射线探测 缺陷钝化 晶体生长 逆温结晶法

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基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

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作者 单东明 张瀚文 +2 位作者 张庆文 张虎 丁然 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期195-203,共9页

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出... 近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C_(60)/MAPbBr_(3)/MoO_(3)/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10^(3),响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10^(12)Jones,外量子效率达到1794%。该工作为进一步改善和提升钙钛矿单晶薄膜光电探测器的探测性能提供了一种可行性技术方案。 展开更多

关键词 杂化钙钛矿半导体材料 钙钛矿单晶薄膜 模板剥离法 光电探测器

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溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展

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作者 张庆文 单东明 +1 位作者 张虎 丁然 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第4期572-584,共13页

近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因其出色的光电特性在国际上备受瞩目,并已成功应用于太阳能光伏、光电探测、电致发光等多个领域。目前绝大部分器件研究都集中在钙钛矿多晶材料上,但钙钛矿单晶材料拥有更低的缺陷态密度、更高的... 近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因其出色的光电特性在国际上备受瞩目,并已成功应用于太阳能光伏、光电探测、电致发光等多个领域。目前绝大部分器件研究都集中在钙钛矿多晶材料上,但钙钛矿单晶材料拥有更低的缺陷态密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命、更宽的光吸收范围,以及更高的稳定性等优异的性质,可有效减少载流子传输过程中的散射损失,以及在晶界处的非辐射复合,并抑制离子迁移所引起的迟滞效应。采用钙钛矿单晶薄膜作为器件有源层有望制备性能更高效且更稳定的钙钛矿光电器件。目前,已报道的多种钙钛矿单晶薄膜制备方法包括溶液空间限域法、化学气相沉积法、自上而下加工法等,其中溶液空间限域法的发展和应用最为广泛。本文聚焦利用溶液空间限域法制备高质量钙钛矿单晶薄膜的相关方法,以及钙钛矿单晶薄膜在光电探测器、太阳能电池、场效应晶体管和发光二极管等相关器件应用中的研究进展,并对钙钛矿单晶薄膜及其光电器件的未来发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 钙钛矿半导体材料 溶液空间限域法 钙钛矿单晶薄膜 光电子器件 单晶薄膜生长

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基于钙钛矿单晶片表面周期性结构的高性能近红外光探测器

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作者 张振宇 汪国平 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期124-132,共9页

借助空间限域法制备了毫米级的甲基碘化铅铵(MAPbI_(3))单晶片,并利用聚焦离子束刻蚀(FIB)技术在其表面加工周期性结构,使其共振吸收峰调节至近红外波段,基于此有源层构筑了纵向结构的光探测器.相比于MAPbI_(3)单晶片基器件,该器件对双... 借助空间限域法制备了毫米级的甲基碘化铅铵(MAPbI_(3))单晶片,并利用聚焦离子束刻蚀(FIB)技术在其表面加工周期性结构,使其共振吸收峰调节至近红外波段,基于此有源层构筑了纵向结构的光探测器.相比于MAPbI_(3)单晶片基器件,该器件对双光子近红外光(1064 nm)的探测能力有近2个数量级的显著提高,响应度达0.6 A/W,开关比可达1.7×10^(4)(动态线性区约84.6 dB),外量子效率为58.2%,比探测率约为6.3×10^(12) Jones(1 Jones=1 cm·Hz^(1/2)·W^(-1)).研究结果证实了利用FIB技术加工MAPbI_(3)单晶片表面周期性结构的高度可行性,这将促进钙钛矿单晶片基高性能近红外光探测器的设计和制备. 展开更多

关键词 钙钛矿单晶片 近红外光探测器 聚焦离子束刻蚀 共振吸收

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钙钛矿单晶X射线探测器:未来可穿戴电子器件的B位工程 被引量：3

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作者 马闯 赵奎 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期486-495,共10页

卤化铅基钙钛矿单晶(SC)X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而,铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX_(3)杂化钙钛矿具有多种结构,通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相... 卤化铅基钙钛矿单晶(SC)X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而,铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX_(3)杂化钙钛矿具有多种结构,通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中,我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展,提供了从铅基到无铅再到无金属的B位工程概述。随后,提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导,以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。 展开更多

关键词 卤化钙钛矿单晶 X射线探测器 B位工程 可穿戴电子器件

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钙钛矿单晶的合成研究进展 被引量：3

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作者 张汉宏 叶帅 张帆 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第12期2389-2397,共9页

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因... 钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程,着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法,并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较,最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。 展开更多

关键词 单晶钙钛矿 钙钛矿太阳能电池 单晶钙钛矿薄膜 块状单晶钙钛矿 制备方法

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单晶钙钛矿直接型X射线探测器性能优化策略

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作者 赵元元 张云霞 +2 位作者 刘乃铭 刘生忠 刘渝城 《发光学报》 北大核心 2025年第5期770-793,共24页

X射线探测在医疗诊断、安防安检、工业无损探伤等领域应用广泛。近年来,金属卤化物钙钛矿X射线探测器因其高灵敏度、低探测限、低成本等优势备受关注。相比于多晶钙钛矿薄膜,单晶钙钛矿因无晶界而具有更低的缺陷态密度、更高的载流子迁... X射线探测在医疗诊断、安防安检、工业无损探伤等领域应用广泛。近年来,金属卤化物钙钛矿X射线探测器因其高灵敏度、低探测限、低成本等优势备受关注。相比于多晶钙钛矿薄膜,单晶钙钛矿因无晶界而具有更低的缺陷态密度、更高的载流子迁移率-寿命乘积、更优异的均匀性和稳定性,因而有利于提高X射线探测器的性能。本文首先从X射线探测的基本原理和关键性能评价指标出发,阐述了单晶钙钛矿用于直接型X射线探测的优势,进而综述了单晶钙钛矿直接型X射线探测与成像的研究进展。系统分析了单晶钙钛矿的结晶质量优化、材料组分调控以及器件结构设计对X射线探测性能的提升机制。最后,讨论了单晶钙钛矿X射线探测器面临的技术挑战和潜在解决方案,并对该研究领域的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 单晶钙钛矿 直接型X射线探测 晶体质量 组分调控 器件结构

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辐射探测用金属卤化物钙钛矿单晶闪烁体

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作者 张磊磊 薛泽旭 +3 位作者 孙炼 刘阳 王鲁凯 王尊刚 《人工晶体学报》 2025年第8期1330-1351,共22页

闪烁体是一种通过粒子辐射或电离射线辐射激发发光的材料,经过100多年的发展,已广泛应用于高能物理、天体物理、辐射成像、国土安全等领域。现市面上所售闪烁体探测器材料大多为NaI∶Tl、LaBr_(3)∶Ce等离子掺杂型发光闪烁体,有易潮解... 闪烁体是一种通过粒子辐射或电离射线辐射激发发光的材料,经过100多年的发展,已广泛应用于高能物理、天体物理、辐射成像、国土安全等领域。现市面上所售闪烁体探测器材料大多为NaI∶Tl、LaBr_(3)∶Ce等离子掺杂型发光闪烁体,有易潮解、自放射性本底、高脆性等缺点,已逐渐不能满足日益复杂的辐射探测应用场景。金属卤化物钙钛矿闪烁材料因结构可调性和化学组分多样性的优势,展现出比传统无机闪烁体更优异的性能。其中金属卤化物钙钛矿单晶具有三维结构长程有序、无晶界、缺陷密度低、环境稳定性好与低成本等特点,在辐射探测领域中展现出更大的优势,成为近年来最具有竞争力的辐射探测发光材料之一。本文从分子结构、材料分类及辐射特性等角度全面总结了金属卤化钙钛矿闪烁单晶及其在辐射探测领域的研究进展,并对其在该领域未来的优化方向进行了展望,旨在使读者综合了解金属卤化物钙钛矿闪烁晶体的辐射特性,为新型闪烁晶体材料选型及结构优化提供新的研究思路。 展开更多

关键词 金属卤化物钙钛矿单晶 闪烁体 辐射探测 结构种类 光输出 能量分辨率 衰减时间

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单晶钙钛矿太阳能电池研究进展 被引量：3

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作者 李超 宋宏伟 陈聪 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期711-726,共16页

单晶半导体(如硅、锗和砷化镓)在太阳能电池领域展现的光电转换效率要普遍优于多晶薄膜。然而,基于ABX3新型有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料构建的第三代太阳能电池中,其>26%的最高认证效率是基于多晶薄膜实现的。目前,单晶钙钛... 单晶半导体(如硅、锗和砷化镓)在太阳能电池领域展现的光电转换效率要普遍优于多晶薄膜。然而,基于ABX3新型有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料构建的第三代太阳能电池中,其>26%的最高认证效率是基于多晶薄膜实现的。目前,单晶钙钛矿太阳能电池最高效率约为24%,且相关研究较少。多晶钙钛矿薄膜存在着高密度的固有结构缺陷(如晶界、空位缺陷、杂质缺陷、反位缺陷等),会导致太阳能电池器件稳定性弱和严重迟滞效应等问题。相比之下,钙钛矿单晶具有无晶界、低缺陷密度、长载流子寿命和扩散距离等优势,这些特性使得钙钛矿单晶成为高性能光电子器件的理想优选材料。本综述简述钙钛矿单晶太阳能电池的基本器件结构,系统综述不同组分构成的钙钛矿单晶材料的优势/劣势,同时探讨不同单晶钙钛矿材料的制备/生长方法,细致分析其最新的研究进展和关键攻关方向,重点强调单晶钙钛矿材料组分、器件结构、生长工艺与器件性能之间的关系。希望本综述能为促进研究人员开发高效与高稳定钙钛矿单晶太阳能电池提供借鉴。 展开更多

关键词 钙钛矿太阳能电池 钙钛矿单晶 缺陷 空间限制升温法

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硅油辅助法制备用于X射线探测的高质量MAPbX(I、Cl)_(3)单晶

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作者 张子明 赵一英 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期75-84,I0007,共11页

高质量大尺寸的块体单晶对研究钙钛矿材料的基本特性和高能射线探测成像有重要价值。使用硅油辅助法制备MAPbI3单晶和MAPbCl_(3)单晶,并对其光电性能和X射线探测性能进行表征。结果表明:硅油辅助法生长的单晶质量和性能比逆温生长法获... 高质量大尺寸的块体单晶对研究钙钛矿材料的基本特性和高能射线探测成像有重要价值。使用硅油辅助法制备MAPbI3单晶和MAPbCl_(3)单晶,并对其光电性能和X射线探测性能进行表征。结果表明:硅油辅助法生长的单晶质量和性能比逆温生长法获得的单晶更好,MAPbI3单晶的(110)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.011 2°,荧光寿命为1 022 ns,缺陷态密度最低达到5.61×10^(9)cm^(-3);MAPbCl_(3)单晶的(100)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.014 3°,荧光寿命为957 ns,缺陷态密度最低达到3.57×10^(9)cm^(-3)。基于MAPbI3单晶的X射线探测器获得7 300μC/(Gy·cm^(2))的高灵敏度。上述结果表明:硅油辅助法适合于大批量生产辐射探测用的高质量钙钛矿单晶。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 晶体生长 硅油辅助法 X射线探测器

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基于(PEA)_(2)PbBr_(4)单晶的光致发光防伪织物标贴制备与性能

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作者 胡晓亭 徐磊 李楠 《现代纺织技术》 北大核心 2024年第3期81-90,共10页

为制备高效轻质的荧光防伪织物标贴,采用反溶剂气相辅助结晶法生长不同尺寸和密度的苯乙胺溴化铅((PEA)_(2)PbBr_(4))单晶,并将其旋涂封装于PVC薄膜内,与织物热轧复合,得到具有光致发光防伪功能的织物标贴;通过XRD、SEM、紫外可见光度... 为制备高效轻质的荧光防伪织物标贴,采用反溶剂气相辅助结晶法生长不同尺寸和密度的苯乙胺溴化铅((PEA)_(2)PbBr_(4))单晶,并将其旋涂封装于PVC薄膜内,与织物热轧复合,得到具有光致发光防伪功能的织物标贴;通过XRD、SEM、紫外可见光度计和瞬态荧光光谱仪等测试对单晶的结构、复合膜与织物标贴的发光特性进行分析。结果表明:采用简单温和的工艺即可有效制备晶体并调控其尺寸和密度,制作具有防伪功能的织物标贴。尺寸为5~10μm的二维结构单晶,其厚度约200 nm;通过调节邻二氯苯与N,N-二甲基甲酰胺的溶剂比例能够有效控制(PEA)_(2)PbBr_(4)单晶尺寸。当单晶尺寸约为5μm时,其分布状态、结晶性和发光性能最为优异,其复合膜的吸收峰和发射峰分别位于391 nm和414 nm处。采用超微量的单晶防伪标贴即可在365 nm紫外光的激发下发出强烈均匀的蓝紫色光,并且,用于织物防伪能够达到洗可穿及耐磨标准,实现有效的防伪功能。 展开更多

关键词 苯乙胺溴化铅 二维钙钛矿单晶 光致发光 荧光防伪 织物标贴 纺织品防伪

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超大尺寸单晶钙钛矿晶体制备成功

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《机床与液压》 北大核心 2015年第20期44-44,共1页

由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作,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71mm（2英寸）.这是世界上首次报道尺寸超过0？？5英寸的钙钛矿单晶.相关成果在线发表于《先进材料》期... 由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作,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71mm（2英寸）.这是世界上首次报道尺寸超过0？？5英寸的钙钛矿单晶.相关成果在线发表于《先进材料》期刊上. 展开更多

关键词 大尺寸 单晶钙钛矿 晶体制备

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1英寸CsPbCl_(3)晶体的生长及其发光性能研究

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作者 王卿 武书凡 +3 位作者 陆枳岑 钱露 潘尚可 潘建国 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第4期578-583,612,共7页

CsPbX_(3)(X=Cl^(-), Br^(-), I^(-))钙钛矿单晶具有优异的光电性能,有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小,通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl_(3)晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl_(3)晶... CsPbX_(3)(X=Cl^(-), Br^(-), I^(-))钙钛矿单晶具有优异的光电性能,有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小,通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl_(3)晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl_(3)晶体,并对晶体进行了一系列加工,得到了ϕ10 mm×10 mm和厚度为2 mm的单晶片。测试了晶体的X射线粉末衍射图谱、TG/DTA曲线、X射线激发发射光谱、透过光谱和低温荧光光谱。在X射线的激发下,在430和575 nm观察到两个X射线激发发射峰,晶体的透过率达到75%;光致发光(PL)强度与温度依赖性曲线中可以观察到热猝灭现象,计算得到晶体4个峰的激子结合能分别为12.59、8.21、12.41和21.59 meV。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 CsPbCl_(3)晶体 坩埚下降法 光学带隙 低温荧光光谱 激子结合能

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