近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠團(tuán)隊與陜西師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員劉渝城、美國西北大學(xué)教授Mercouri G. Kanatzidis合作，研發(fā)出有效的晶體生長策略來制備尺寸高達(dá)幾個英寸的高質(zhì)量多元混合離子鈣鈦礦單晶，并利用這種大尺寸純相的鈣鈦礦單晶設(shè)計制備出自驅(qū)動集成光探測器。

在FAPbI3鈣鈦礦中摻入銫離子、甲胺離子和溴離子，可以形成多陽離子及多鹵素離子的鈣鈦礦（FAMACs），這種結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦目前被證明是高效的光伏光電器件的最佳組成，因為其相對穩(wěn)定，離子遷移小，能夠有效降低器件中的遲滯現(xiàn)象，具有更高器件穩(wěn)定性。然而，不同研究團(tuán)隊報道的基于FAMACs的高性能器件中，幾種離子的組成和比例不盡相同，尤其是銫離子的相對含量。此外，這種多成分鈣鈦礦在結(jié)晶過程中易出現(xiàn)相分離而形成黃色的非鈣鈦礦相，該成分的存在將會形成缺陷俘獲或散射中心，從而影響器件性能。

基于以上問題，科研人員選用還原劑（甲酸）抑制晶體生長過程中的相分離，進(jìn)而制備出大尺寸的三陽離子混合鹵化物鈣鈦礦單晶。基于還原劑策略穩(wěn)定生長的鈣鈦礦單晶具有相對更長的載流子壽命、更高的電荷遷移率、更長的載流子擴(kuò)散距離，以及優(yōu)異的均勻性和長期穩(wěn)定性，因此基于該高質(zhì)量的鈣鈦礦單晶設(shè)計制備的自驅(qū)動光探測器具有響應(yīng)率高、光電導(dǎo)增益大、探測率高，以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點。此外，基于該單晶制備的12×12像素探測器陣列具有均勻的光響應(yīng)，因此對一個2×2像素的陣列進(jìn)行選擇性輻照時在像素之間顯示出良好的分辨力。該設(shè)計為鈣鈦礦自驅(qū)動集成電路成像應(yīng)用開辟了新途徑。

相關(guān)成果近期發(fā)表在Science Advances上。研究工作得到西安交通大學(xué)教授劉明團(tuán)隊的支持，獲得國家自然科學(xué)基金項目和國家重點研發(fā)計劃項目等的資助。

大連化物所研制出多英寸鈣鈦礦單晶并應(yīng)用于自驅(qū)動集成光探測器研究