華東理工大學(xué)在鈣鈦礦單晶薄膜制備研究中取得新突破

據(jù)華東理工大學(xué)通報(bào)，近期該院材料科學(xué)與工程學(xué)院的侯宇教授與楊雙教授在鈣鈦礦單晶薄膜制作方面取得重要突破，其研究成果已在《自然-通訊》雜志上發(fā)表。

金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種具備高效光電能力且可以制得的新型半導(dǎo)體材料，受到眾多科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，特別是在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管以及輻射探測(cè)器等領(lǐng)域的發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。

然而，由于目前這類器件主要依賴多晶薄膜作為光活性材料，其表面存在的懸鍵及不飽和鍵等問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到器件的性能和耐用性。因此，尋找控制條件下低溫制造該類材料的方法便成為這一領(lǐng)域亟待解決的難題。

關(guān)于單晶材料的成長(zhǎng)涉及多種環(huán)節(jié)，尤其是關(guān)鍵的成核、溶解、傳質(zhì)與反應(yīng)步驟，對(duì)于鈣鈦礦來(lái)說(shuō)，其成長(zhǎng)期中的各因素控制程度尚不確定。

為此，該研究團(tuán)隊(duì)借助原位顯微觀察、膠體擴(kuò)散吸光度檢測(cè)及核磁共振擴(kuò)散序譜等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，量化分析了鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的分子物質(zhì)傳輸過(guò)程，再結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)與數(shù)值模擬手法，最終證實(shí)了物質(zhì)傳遞過(guò)程是決定鈣鈦礦單晶薄膜生長(zhǎng)速率的關(guān)鍵步驟。

接著，以二甲氧基乙醇為載體的高通量單晶生長(zhǎng)溶液體系得以研發(fā)出來(lái)，借助多官能團(tuán)配位作用有效減小前驅(qū)體膠束大小，使得物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)從1.7×10-10 m2 s-1提升至5.4×10-10 m2 s-1，實(shí)現(xiàn)單晶薄膜生長(zhǎng)速度提升三倍以上，并且使制備環(huán)境溫度普遍降低了30℃~60℃。

華東理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程學(xué)院是這項(xiàng)研究的唯一通訊單位，博士生劉達(dá)為文章首位作者，而侯宇教授和楊雙教授則為通訊聯(lián)系人，楊化桂教授給予協(xié)助。此外，此項(xiàng)研究也獲得了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)與省級(jí)專項(xiàng)資金支持。