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单晶钙钛矿的可控生长及其在光电器件中的应用

有机无机杂化钙钛矿材料具有良好的光电转化效率,因而成为近期的研究热点,并被认为是下一代太阳能电池材料的有力竞争者。另外,由于单晶型有机无机钙钛矿材料具有卓越的荧光性能,可应用于更为复杂的微纳器件中,例如纳米激光和光电调控器等。利用传统方法来合成有机无机钙钛矿CH3NH3PbBr3单晶具有诸多局限性,例如需在高温条件下合成或高温后处理、生长周期长等局限性;此外,由传统方法生长单晶很难控制晶体的形貌,为接下来的微纳加工带来很大困难。


澳大利亚蒙纳士大学(Monash University)的鲍桥梁教授(点击查看介绍)和Udo Bach教授(点击查看介绍)合作,利用低温溶液法控制生长一种溶剂分子固化针状一维材料(CH3NH3)[PbBr3]•DMF,进而通过对溶剂分子DMF释放方式的控制来实现CH3NH3PbBr3单晶的生长。他们利用上述低温溶液法可以实现控制单晶钙钛矿形成单分散的线状、薄片状以及立方体等多种结构,进而很好地弥补了传统合成方法的缺陷。


利用上述方法合成的单晶CH3NH3PbBr3钙钛矿具有优异的主动型波导特性。作者对所合成的单晶薄片进行波导测试,结果显示材料本身的波导损耗只有0.04 dB•m-1,远优于多晶型钙钛矿,并优于普遍应用的有机晶体微米线/管材料。基于钙钛矿主动型波导的优越性能以及所合成单晶薄片在大尺寸上的优势,他们利用聚焦粒子束对单晶薄片进行微纳加工,制作成弯曲波导型的光电调控器。制备的钙钛矿型光电调控器在45 V电压下可以实现98.4%的光电信号强度调控,同时具有较好的重复性和稳定性,为发展钙钛矿基光电器件以及集成光电芯片奠定了重要的基础。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,并作为前封面(Front cover)文章,第一作者是蒙纳士大学的博士研究生毛文鑫郑嘉璐


该论文作者为:Wenxin Mao, Jialu Zheng, Yupeng Zhang, Anthony S. R. Chesman, Qingdong Ou, Jamie Hicks, Feng Li, Ziyu Wang, Brenton Graystone, Toby D. M. Bell, Mathias Uller Rothmann, Noel W. Duffy, Leone Spiccia, Yi-Bing Cheng, Qiaoliang Bao and Udo Bach

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Controlled Growth of Monocrystalline Organo-Lead Halide Perovskite and Its Application in Photonic Devices

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12486, DO1: 10.1002/anie.201703786


导师介绍

Udo Bach

http://www.x-mol.com/university/faculty/30808

鲍桥梁

http://www.x-mol.com/university/faculty/30809


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