华东理工大学材料科学与工程学院侯宇教授、杨双教授等近日在钙钛矿单晶薄膜的可控制备研究中取得新进展，相关成果以“Universal growth of perovskite thin monocrystalsfrom high solute flux for sensitive self-driven X-ray detection”为题发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》。

金属卤化物钙钛矿是一类光电性质优异、可溶液制备的新型半导体材料，在太阳能电池、发光二极管和辐射探测器等领域有重要应用。目前，这些器件主要采用多晶薄膜为光活性材料，其表界面悬挂键、不饱和键等缺陷将显著降低器件性能和使用寿命。单晶薄膜材料本体不含有晶界等缺陷，是制备光电子器件的理想候选材料，但如何可控、低温合成该类材料仍是该领域所面临的主要挑战。

单晶材料生长涉及到成核、溶解、传质、反应等多个过程。对钙钛矿单晶而言，其生长过程中的控制步骤仍不明确。

研究团队采用原位显微观测、胶体扩散吸光度测试、核磁共振扩散序谱等手段，定量化分析了钙钛矿前驱体溶液中的溶质扩散过程，同时结合分子动力学和数值仿真，证实了物质传递过程是钙钛矿单晶薄膜生长的决速步骤。

随后，研究团队开发了以二甲氧基乙醇为代表的高通量单晶生长溶液体系，通过多官能团配位作用细化前驱体胶束尺寸，将前驱体体系的扩散系数由 1.7×10^-10 m² s-1 提高至 5.4×10^-10 m² s^-1，从而使得单晶薄膜的生长速率提高约 3 倍，制备环境温度普遍降低了 30℃~60℃。

该研究工作以华东理工大学为唯一通讯单位。该校材料科学与工程学院博士生刘达为本论文的第一作者，侯宇教授和杨双教授为本论文的通讯作者，并得到了杨化桂教授的指导。该研究工作得到了国家高层次人才特殊支持计划、国家优秀青年科学基金、上海市基础研究特区等项目的资助。