據華東理工大學（簡稱華理）消息，華東理工大學清潔能源材料與器件團隊近期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，相關成果發表于國際知名學術期刊《自然-通訊》。

    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、輻射探測領域顯示出應用前景，被譽為新能源、環境等領域的新質生產力，成為學術界、工業界爭相創新研發的目標。相對于碎鉆般的多晶薄膜，鈣鈦礦單晶晶片具有極低的缺陷密度（約為多晶薄膜的十萬分之一），同時兼具優異的光吸收、輸運能力以及穩定性，是高性能光電子器件的理想候選材料。然而，國際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法，傳統的空間限域方法僅能以高溫、生長速率慢的方式制備幾種毫米級單晶，極大地限制了單晶晶片的實際應用。

    鈣鈦礦單晶薄膜材料生長涉及到成核、溶解、傳質、反應等多個過程，其生長過程的控制步驟仍不明確。研究團隊結合多重實驗論證和理論模擬，揭示了傳質過程是決定晶體生長速率的關鍵因素，自主研發了以二甲氧基乙醇為代表的生長體系，通過多配位基團精細調控膠束的動力學過程，使得溶質的擴散系數提高了3倍。在高溶質通量系統中，研究人員將原有的晶體生長溫度降低了60度，晶體的生長速率提高了4倍，生長周期由7天縮短至1.5天。

    該成果的主要完成人、華東理工大學侯宇教授介紹，“該單晶薄膜生長技術具有普適性，可以實現30余種厘米級單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長。”鈣鈦礦結構中常用的鉛元素可以輕易替換成低毒性的錫、鍺、鉍、銻、銅，鹵素離子（氯、溴、碘）全覆蓋。此外，一些難以合成的具有雙金屬結構、多元素合金的單晶，也首次實現了單晶的可控制備。

    華理研究團隊稱，這一研究成果不但突破了傳統生長體系中溶質擴散不足的技術壁壘，提供了一條普適性、低溫、快速的單晶薄膜生長路線，構建了30余種高質量厘米級單晶薄膜材料庫，團隊還組裝了高性能單晶薄膜輻射探測器件，實現大面積復雜物體的自供電成像，避免高工作電壓的限制，拓展輻射探測的應用場景，為便攜式、戶外條件提供了新范式。

    該研究工作以華東理工大學為唯 一通訊單位。華理材料科學與工程學院博士生劉達為論文的第 一作者，侯宇教授和楊雙教授為論文的通訊作者，并得到了楊化桂教授的悉心指導。上述研究工作得到了國家高層次人才特殊支持計劃、國家優 秀青年科學基金、上海市基礎研究特區等項目的資助。