他们的制造方法——使用标准的半导体制造工艺——产生了具有控制面积、厚度和成分的柔性单晶钙钛矿薄膜。与多晶相比，这些单晶薄膜缺陷更少，效率更高，稳定性更高，这可能导致钙钛矿在太阳能电池、led和光电探测器中的应用。
徐升教授的雅各布工程学院纳米工程实验室的研究人员于7月29日在《自然》杂志上发表了他们的发现。
“我们的目标是克服实现单晶钙钛矿装置的挑战，”纳米工程研究生、该论文的第一作者雷玉生说。“我们的方法是第一个可以精确地控制单晶器件的生长和制造效率。这种方法不需要花哨的设备或技术——整个过程都基于传统半导体制造，进一步表明了它与现有工业流程的兼容性。”
钙钛矿是一类具有特殊晶体结构的半导体材料，具有令人感兴趣的电子和光电子特性，这使得钙钛矿在通过光进行通道、探测或控制的设备——例如太阳能电池、用于通信的光纤或基于led的设备——中很有吸引力。
“目前，几乎所有钙钛矿制备方法都集中在多晶结构上，因为它们更容易制造，尽管它们的性能和稳定性不如单晶结构那么优秀，”该论文的第一作者之一、纳米工程研究生Yimu Chen说。
在制备过程中控制单晶钙钛矿的形态和组成一直是一个难题。通过利用包括光刻在内的现有半导体制造工艺，徐的实验室发明的方法能够克服这一障碍。
他说:“现代电子产品如手机、电脑和卫星都是基于硅、氮化镓和砷化镓等材料的单晶薄膜。”“与多晶相比，单晶缺陷更少，因此电子传输性能更好。这些材料必须在薄膜中才能与设备的其他组件集成，而且集成过程应该是可扩展的，低成本的，并且理想地与现有的工业标准兼容。这对钙钛矿来说是个挑战。”
2018年，徐的团队首次成功地将钙钛矿集成到工业标准光刻工艺中;这是一个挑战，因为光刻涉及到水，钙钛矿对水很敏感。他们在钙钛矿中加入一层聚合物保护层，然后在制造过程中对保护层进行干蚀刻，从而解决了这个问题。在这项新研究中，工程师们设计了一种可以控制横向和纵向尺寸的光刻掩模图案，从而在单晶水平上控制钙钛矿的生长。
在制造过程中，研究人员使用光刻技术在混合钙钛矿块晶体的衬底上蚀刻掩模图案。掩模的设计提供了一个可见的过程来控制超薄晶体薄膜的形成。然后将这一单晶层从大块晶体衬底上剥离，并转移到任意的衬底上，同时保持其形式和与衬底的附着力。将成分逐渐变化的铅锡混合物应用于生长溶液，杏2杏耀创建单晶薄膜的连续梯度电子带隙。
钙钛矿位于夹在两层材料之间的中性机械平面上，允许薄膜弯曲。这种灵活性使得单晶薄膜能够被整合到高效的柔性薄膜太阳能电池和可穿戴设备中，为实现无电池无线控制的目标做出贡献。
他们的方法允许研究人员制造5.5 cm * 5.5 cm平方的单晶薄膜，同时控制单晶钙钛矿的厚度——范围从600纳米到100微米——以及厚度方向上的成分梯度。
“进一步简化制造过程和提高转移成品率是我们正在努力解决的紧迫问题，”徐说。或者，杏耀注册 ，如果我们可以用功能载体传输层代替模式掩模，以避免转移步骤，整个制造成品率可以大大提高。
与寻找稳定多晶钙钛矿使用的化学试剂不同，本研究证明，使用标准的纳米制造程序和材料制造稳定高效的单晶器件是可能的。徐的团队希望进一步扩大这种方法的规模，以实现钙钛矿的商业潜力。
