央廣網(wǎng)大連10月14日消息（記者田彤 賈鐵生）近日，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)與陜西師范大學(xué)合作，利用升溫析晶法，首次制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過(guò)2英寸（大于71 mm），這是世界上首次報(bào)導(dǎo)尺寸超過(guò)0.5英寸的鈣鈦礦單晶。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊 (Adv. Mater. 2015, 27 (35), 5176-5183. doi:10.1002/adma.201502597)上。期刊主編給予該文章高度評(píng)價(jià)并撰寫了亮點(diǎn)性評(píng)論，該評(píng)論已經(jīng)在線發(fā)表在MaterialsViews網(wǎng)站上（http://www.materialsviews.com/supersize-single-crystalline-perovskite-crystals-adma-201502597/）。 

　　能源是社會(huì)發(fā)展的基石，是維系人類生活各個(gè)方面的基礎(chǔ)。目前，世界范圍內(nèi)的能源供給主要依靠化石能源。由于其有限儲(chǔ)量和消耗過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的危害，尋找清潔的、可持續(xù)的能源供給成為世界各國(guó)的共識(shí)。太陽(yáng)能作為一種能量豐富、清潔的能源成為人類最佳的選擇。合理、有效地利用太陽(yáng)能是解決人類能源和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。目前，對(duì)太陽(yáng)能的利用方式包括太陽(yáng)能光熱、太陽(yáng)能光伏電池、太陽(yáng)能制氫等方式。其中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)可以直接將太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)換成電能，可以實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前供電網(wǎng)的無(wú)縫連接，是最便捷的利用太陽(yáng)能方式。

　　到目前為止，商用太陽(yáng)能電池產(chǎn)品已經(jīng)有超過(guò)60年的歷史，從最初僅限于航天領(lǐng)域應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展成為一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)。這主要?dú)w因于太陽(yáng)能電池技術(shù)成本的降低和人類對(duì)能源供給認(rèn)識(shí)的提高。盡管太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的成本已經(jīng)有了大幅的降低，但較其他能源供給的價(jià)格還是偏高。開發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)電成本低的太陽(yáng)能電池器件是人類一直在追尋的一個(gè)目標(biāo)。

　　近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的甲氨基鹵化鉛材料CH3NH3PbX3 (X=Cl, Br, I)，由于具有很高的光吸收系數(shù)、很長(zhǎng)的載流子傳輸距離、非常少的缺陷態(tài)密度等優(yōu)異性質(zhì)，在光伏材料、激光材料和發(fā)光材料等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值，成為國(guó)際上極為重要的研究熱點(diǎn)材料之一。目前，經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）認(rèn)證的鈣鈦礦太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20.1%，已接近單晶硅太陽(yáng)能電池的效率。同時(shí)，基于鈣鈦礦材料的激光和發(fā)光器件也有報(bào)道，顯示出鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)在基于微晶或非晶薄膜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其他光電器件仍然面臨的巨大的挑戰(zhàn)，如對(duì)水蒸氣敏感、對(duì)大氣、熱、紫外光等不夠穩(wěn)定等。微晶鈣鈦礦薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷會(huì)造成載流子的復(fù)合，是進(jìn)一步提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率及其他光電器件性能需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，劉生忠研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了大尺寸鈣鈦礦單晶生長(zhǎng)方法，并成功制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過(guò)2英寸（71 mm），這是世界上首次報(bào)導(dǎo)尺寸超過(guò)0.5英寸的鈣鈦礦單晶。通過(guò)在室溫下進(jìn)行的高分辨XRD、光學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結(jié)晶質(zhì)量和更好的光吸收范圍（相較于薄膜樣品），并首次發(fā)現(xiàn)CH3NH3PbCl3材料在402nm處的發(fā)光峰。進(jìn)一步的TGA和DSC表征結(jié)果顯示出CH3NH3PbI3晶體比薄膜材料具有更高的熱穩(wěn)定性。以上研究結(jié)果表明，這種超大尺寸的單晶體CH3NH3PbX3(X = Cl, Br, I)在研發(fā)高性能光電器件方面具有很大的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

　　在該論文發(fā)表的同時(shí)，《先進(jìn)材料》 的一位主編對(duì)該項(xiàng)工作給予高度評(píng)價(jià)。評(píng)論指出，該論文首次報(bào)導(dǎo)了尺寸大于0.5英寸的鈣鈦礦單晶，這使得直接比較多晶薄膜和單晶之間在性質(zhì)上的差異成為可能。研究結(jié)果表明，相較于多晶鈣鈦礦薄膜，鈣鈦礦單晶顯示出了更好的熱穩(wěn)定性、更寬的光吸收范圍、較低的空穴濃度以及較高的載流子遷移率，這些性質(zhì)可能與單晶材料中不存在晶界、孔隙和較低的表面缺陷態(tài)密度有關(guān)。鑒于單晶材料這些優(yōu)良的特性，可以預(yù)期采用單晶制作的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以獲得更好的光電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，由于晶體的完整性和較少的缺陷，單晶器件也具有更佳的穩(wěn)定性。最后，MaterialViews的結(jié)論指出，由于單晶材料是現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)和光電工業(yè)的基礎(chǔ)，具有優(yōu)良性能的鈣鈦礦單晶材料有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶鈣鈦礦基器件的革新，推動(dòng)光電器件的新一輪革命。