钙钛矿薄单晶光电探测器的进展与展望

马尧 赵欣 陈红旭 魏薇 沈亮

引用本文: 马尧, 赵欣, 陈红旭, 魏薇, 沈亮. 钙钛矿薄单晶光电探测器的进展与展望[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 230904. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309045 shu
Citation:  Yao Ma, Xin Zhao, Hongxu Chen, Wei Wei, Liang Shen. Progress and Perspective of Perovskite Thin Single Crystal Photodetectors[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2025, 41(4): 230904. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309045 shu

钙钛矿薄单晶光电探测器的进展与展望

    通讯作者: 沈亮, shenliang@jlu.edu.cn
  • 基金项目:

    吉林省国际科技合作项目 20210402079GH

    吉林省国际科技合作项目 20230402056GH

    吉林省第十九批创新创业人才项目 2023QN01

    吉林省科技发展计划 20220508037RC

    吉林大学研究生创新基金项目 

摘要: 金属卤化物钙钛矿材料在光电探测领域具有突出的应用前景,但是多晶薄膜材料的晶界和缺陷问题,以及体单晶材料较厚的载流子传输距离限制了其性能。通过调控纵向尺寸制备的钙钛矿薄单晶材料理论上更适合光电探测,成为新型探测器领域的研究热点。本文介绍了钙钛矿单晶生长的结晶思路和薄单晶的制备工艺,回顾了钙钛矿薄单晶光电探测器领域的代表性工作,最后讨论了目前面临的问题和未来可能的发展方向。

English

    1. [1]

      Sun, S.; Salim, T.; Mathews, N.; Duchamp, M.; Boothroyd, C.; Xing, G.; Sum, T. C.; Lam, Y. M. Energy Environ. Sci. 2014, 7 (1), 399. doi: 10.1039/c3ee43161d

    2. [2]

      Yin, W. -J.; Shi, T.; Yan, Y. Adv. Mater. 2014, 26 (27), 4653. doi: 10.1002/adma.201306281

    3. [3]

      Wang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, P.; Zhang, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17 (17), 11516. doi: 10.1039/c5cp00448a

    4. [4]

      D'Innocenzo, V.; Grancini, G.; Alcocer, M. J. P.; Kandada, A. R. S.; Stranks, S. D.; Lee, M. M.; Lanzani, G.; Snaith, H. J.; Petrozza, A. Nat. Commun. 2014, 5 (1), 3586. doi: 10.1038/ncomms4586

    5. [5]

      Miyata, A.; Mitioglu, A.; Plochocka, P.; Portugall, O.; Wang, J. T. -W.; Stranks, S. D.; Snaith, H. J.; Nicholas, R. J. Nat. Phys. 2015, 11 (7), 582. doi: 10.1038/nphys3357

    6. [6]

      Fang, Y.; Dong, Q.; Shao, Y.; Yuan, Y.; Huang, J. Nat. Photon. 2015, 9 (10), 679. doi: 10.1038/nphoton.2015.156

    7. [7]

      Li, J.; Wang, J.; Ma, J.; Shen, H.; Li, L.; Duan, X.; Li, D. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 806. doi: 10.1038/s41467-019-08768-z

    8. [8]

      Li, C.; Lu, J.; Zhao, Y.; Sun, L.; Wang, G.; Ma, Y.; Zhang, S.; Zhou, J.; Shen, L.; Huang, W. Small 2019, 15 (44), 1903599. doi: 10.1002/smll.201903599

    9. [9]

      Yao, M.; Jiang, J.; Xin, D.; Ma, Y.; Wei, W.; Zheng, X.; Shen, L. Nano Lett. 2021, 21 (9), 3947. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c00700

    10. [10]

      Zhao, Y.; Li, C.; Jiang, J.; Wang, B.; Shen, L. Small 2020, 16 (26), 2001534. doi: 10.1002/smll.202001534

    11. [11]

      Zhao, Y.; Ma, F.; Qu, Z.; Yu, S.; Shen, T.; Deng, H. -X.; Chu, X.; Peng, X.; Yuan, Y.; Zhang, X.; et al. Science 2022, 377 (6605), 531. doi: 10.1126/science.abp8873

    12. [12]

      Han, D.; Wang, J.; Agosta, L.; Zang, Z.; Zhao, B.; Kong, L.; Lu, H.; Mosquera-Lois, I.; Carnevali, V.; Dong, J.; et al. Nature 2023, 622, 493. doi: 10.1038/s41586-023-06514-6

    13. [13]

      Li, C.; Wang, H.; Wang, F.; Li, T.; Xu, M.; Wang, H.; Wang, Z.; Zhan, X.; Hu, W.; Shen, L. Light-Sci. Appl. 2020, 9 (1), 31. doi: 10.1038/s41377-020-0264-5

    14. [14]

      Jiang, J.; Xiong, M.; Fan, K.; Bao, C.; Xin, D.; Pan, Z.; Fei, L.; Huang, H.; Zhou, L.; Yao, K.; et al. Nat. Photon. 2022, 16 (8), 575. doi: 10.1038/s41566-022-01024-9

    15. [15]

      卢岳, 葛杨, 隋曼龄. 物理化学学报, 2022, 38 (5), 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088Lu, Y.; Ge, Y.; Sui, M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (5), 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088

    16. [16]

      杨帅, 徐瑜歆, 郝子坤, 秦胜建, 张润鹏, 韩钰, 杜利伟, 朱紫洢, 杜安宁, 陈欣, 等. 物理化学学报, 2023, 39 (5), 2211025. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211025Yang, S.; Xu, Y.; Hao, Z.; Qin, S.; Zhang, R.; Han, Y.; Du, L.; Zhu, Z.; Du, A.; Chen, X.; et al. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (5), 2211025. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211025

    17. [17]

      张涛, 龚思敏, 陈平, 陈琪, 陈立桅. 物理化学学报, 2023, 39 (12), 2301024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202301024Zhang, T.; Gong, S.; Chen, P.; Chen, Q.; Chen, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (12), 2301024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202301024

    18. [18]

      Zeng, X.; Li, S.; Liu, Z.; Chen, Y.; Chen, J.; Deng, S.; Liu, F.; She, J. Nanomaterials 2022, 12 (23), 4205. doi: 10.3390/nano12234205

    19. [19]

      Xu, W.; Wei, X.; Zheng, D.; Huang, W.; Li, P.; Chen, Y.; Meng, F.; Liu, J. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12 (41), 10052. doi: 10.1021/acs.jpclett.1c02905

    20. [20]

      Shao, H.; Li, Y.; Yang, W.; He, X.; Wang, L.; Fu, J.; Fu, M.; Ling, H.; Gkoupidenis, P.; Yan, F.; et al. Adv. Mater. 2023, 35 (12), 2208497. doi: 10.1002/adma.202208497

    21. [21]

      Ollearo, R.; Caiazzo, A.; Li, J.; Fattori, M.; van Breemen, A. J. J. M.; Wienk, M. M.; Gelinck, G. H.; Janssen, R. A. J. Adv. Mater. 2022, 34 (40). 2205261. doi: 10.1002/adma.202205261

    22. [22]

      Wei, Y.; Cheng, Z.; Lin, J. Chem. Soc. Rev. 2019, 48 (1), 310. doi: 10.1039/c8cs00740c

    23. [23]

      Butler, K. T.; Frost, J. M.; Walsh, A. Mater. Horiz. 2015, 2 (2), 228. doi: 10.1039/c4mh00174e

    24. [24]

      Liu, Y.; Yang, Z.; Cui, D.; Ren, X.; Sun, J.; Liu, X.; Zhang, J.; Wei, Q.; Fan, H.; Yu, F.; et al. Adv. Mater. 2015, 27 (35), 5176. doi: 10.1002/adma.201502597

    25. [25]

      Dang, Y.; Zhou, Y.; Liu, X.; Ju, D.; Xia, S.; Xia, H.; Tao, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55 (10), 3447. doi: 10.1002/anie.201511792

    26. [26]

      Saidaminov, M. I.; Abdelhady, A. L.; Maculan, G.; Bakr, O. M. Chem. Commun. 2015, 51 (100), 17658. doi: 10.1039/c5cc06916e

    27. [27]

      Wenger, B.; Nayak, P. K.; Wen, X.; Kesava, S. V.; Noel, N. K.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 590. doi: 10.1038/s41467-017-00567-8

    28. [28]

      Peng, J.; Xia, C. Q.; Xu, Y.; Li, R.; Cui, L.; Clegg, J. K.; Herz, L. M.; Johnston, M. B.; Lin, Q. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 1531. doi: 10.1038/s41467-021-21805-0

    29. [29]

      Liu, Y.; Zhang, Y.; Yang, Z.; Feng, J.; Xu, Z.; Li, Q.; Hu, M.; Ye, H.; Zhang, X.; Liu, M.; et al. Mater. Today 2019, 22, 67. doi: 10.1016/j.mattod.2018.04.002

    30. [30]

      Liao, W. -Q.; Zhang, Y.; Hu, C. -L.; Mao, J. -G.; Ye, H. -Y.; Li, P. -F.; Huang, S. D.; Xiong, R. -G. Nat. Commun. 2015, 6 (1), 7338. doi: 10.1038/ncomms8338

    31. [31]

      Huang, Y.; Zhang, Y.; Sun, J.; Wang, X.; Sun, J.; Chen, Q.; Pan, C.; Zhou, H. Adv. Mater. Interfaces 2018, 5 (14), UNSP 1800224. doi: 10.1002/admi.201800224

    32. [32]

      Nandi, P.; Giri, C.; Swain, D.; Manju, U.; Topwal, D. CrystEngComm 2019, 21 (4), 656. doi: 10.1039/c8ce01939h

    33. [33]

      Li, W.; Li, H.; Song, J.; Guo, C.; Zhang, H.; Wei, H.; Yang, B. Sci. Bull. 2021, 66 (21), 2199. doi: 10.1016/j.scib.2021.06.016

    34. [34]

      Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13 (9), 897. doi: 10.1038/nmat4014

    35. [35]

      Shi, D.; Adinolfi, V.; Comin, R.; Yuan, M.; Alarousu, E.; Buin, A.; Chen, Y.; Hoogland, S.; Rothenberger, A.; Katsiev, K.; et al. Science 2015, 347 (6221), 519. doi: 10.1126/science.aaa2725

    36. [36]

      Lédée, F.; Trippé-Allard, G.; Diab, H.; Audebert, P.; Garrot, D.; Lauret, J. -S.; Deleporte, E. CrystEngComm 2017, 19 (19), 2598. doi: 10.1039/c7ce00240h

    37. [37]

      Peng, W.; Wang, L.; Murali, B.; Ho, K. -T.; Bera, A.; Cho, N.; Kang, C. -F.; Burlakov, V. M.; Pan, J.; Sinatra, L.; et al. Adv. Mater. 2016, 28 (17), 3383. doi: 10.1002/adma.201506292

    38. [38]

      Dang, Y.; Liu, Y.; Sun, Y.; Yuan, D.; Liu, X.; Lu, W.; Liu, G.; Xia, H.; Tao, X. CrystEngComm 2015, 17 (3), 665. doi: 10.1039/c4ce02106a

    39. [39]

      Dong, Q.; Fang, Y.; Shao, Y.; Mulligan, P.; Qiu, J.; Cao, L.; Huang, J. Science 2015, 347 (6225), 967. doi: 10.1126/science.aaa5760

    40. [40]

      Kadro, J. M.; Nonomura, K.; Gachet, D.; Grätzel, M.; Hagfeldt, A. Sci. Rep. 2015, 5 (1), 11654. doi: 10.1038/srep11654

    41. [41]

      Saidaminov, M. I.; Abdelhady, A. L.; Murali, B.; Alarousu, E.; Burlakov, V. M.; Peng, W.; Dursun, I.; Wang, L.; He, Y.; Maculan, G.; et al. Nat. Commun. 2015, 6 (1), 7586. doi: 10.1038/ncomms8586

    42. [42]

      Liu, Y.; Zhang, Y.; Yang, Z.; Yang, D.; Ren, X.; Pang, L.; Liu, S. Adv. Mater. 2016, 28 (41), 9204. doi: 10.1002/adma.201601995

    43. [43]

      Yue, H. L.; Sung, H. H.; Chen, F. C. Adv. Electron. Mater. 2018, 4 (7), 1700655. doi: 10.1002/aelm.201700655

    44. [44]

      Nguyen, V. -C.; Katsuki, H.; Sasaki, F.; Yanagi, H. J. Cryst. Growth 2017, 468, 796. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2016.11.034

    45. [45]

      Rao, H. S.; Li, W. G.; Chen, B. X.; Kuang, D. B.; Su, C. Y. Adv. Mater. 2017, 29 (16), 1602639. doi: 10.1002/adma.201602639

    46. [46]

      Chen, Z.; Dong, Q.; Liu, Y.; Bao, C.; Fang, Y.; Lin, Y.; Tang, S.; Wang, Q.; Xiao, X.; Bai, Y.; et al. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 1890. doi: 10.1038/s41467-017-02039-5

    47. [47]

      Chen, Y. -X.; Ge, Q. -Q.; Shi, Y.; Liu, J.; Xue, D. -J.; Ma, J. -Y.; Ding, J.; Yan, H. -J.; Hu, J. -S.; Wan, L. -J. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (50), 16196. doi: 10.1021/jacs.6b09388

    48. [48]

      Zhumekenov, A. A.; Burlakov, V. M.; Saidaminov, M. I.; Alofi, A.; Haque, M. A.; Turedi, B.; Davaasuren, B.; Dursun, I.; Cho, N.; El-Zohry, A. M.; et al. ACS Energy Lett. 2017, 2 (8), 1782. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00468

    49. [49]

      Liu, Y.; Ye, H.; Zhang, Y.; Zhao, K.; Yang, Z.; Yuan, Y.; Wu, H.; Zhao, G.; Yang, Z.; Tang, J.; et al. Matter 2019, 1 (2), 465. doi: 10.1016/j.matt.2019.04.002

    50. [50]

      Wang, Y.; Sun, X.; Chen, Z.; Sun, Y. Y.; Zhang, S.; Lu, T. M.; Wertz, E.; Shi, J. Adv. Mater. 2017, 29 (35), 1702643. doi: 10.1002/adma.201702643

    51. [51]

      Chen, J.; Morrow, D. J.; Fu, Y.; Zheng, W.; Zhao, Y.; Dang, L.; Stolt, M. J.; Kohler, D. D.; Wang, X.; Czech, K. J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (38), 13525. doi: 10.1021/jacs.7b07506

    52. [52]

      Liu, Y.; Ren, X.; Zhang, J.; Yang, Z.; Yang, D.; Yu, F.; Sun, J.; Zhao, C.; Yao, Z.; Wang, B.; et al. Sci. Chin. Chem. 2017, 60 (10), 1367. doi: 10.1007/s11426-017-9081-3

    53. [53]

      Lv, Q.; Lian, Z.; He, W.; Sun, J. -L.; Li, Q.; Yan, Q. J. Mater. Chem. C 2018, 6 (16), 4464. doi: 10.1039/c8tc00842f

    54. [54]

      Lei, Y.; Chen, Y.; Zhang, R.; Li, Y.; Yan, Q.; Lee, S.; Yu, Y.; Tsai, H.; Choi, W.; Wang, K.; et al. Nature 2020, 583 (7818), 790. doi: 10.1038/s41586-020-2526-z

    55. [55]

      Guo, J.; Li, L.; Liu, B.; Tang, Y.; Qin, L.; Deng, Z.; Lou, Z.; Hu, Y.; Teng, F.; Hou, Y. J. Mater. Chem. C 2023, 11 (8), 3030. doi: 10.1039/d2tc05392f

    56. [56]

      Xu, Z.; Zeng, Y.; Meng, F.; Gao, S.; Fan, S.; Liu, Y.; Zhang, Y.; Wageh, S.; Al‐Ghamdi, A. A.; Xiao, J.; et al. Adv. Mater. Interfaces 2022, 9 (27), 2200912. doi: 10.1002/admi.202200912

    57. [57]

      Liu, J.; Liu, F.; Liu, H.; Yue, J.; Jin, J.; Impundu, J.; Liu, H.; Yang, Z.; Peng, Z.; Wei, H.; et al. Nano Today 2021, 36, 101055. doi: 10.1016/j.nantod.2020.101055

    58. [58]

      Shaikh, P. A.; Shi, D.; Retamal, J. R. D.; Sheikh, A. D.; Haque, M. A.; Kang, C. -F.; He, J. -H.; Bakr, O. M.; Wu, T. J. Mater. Chem. C 2016, 4 (35), 8304. doi: 10.1039/c6tc02828d

    59. [59]

      Gu, Z.; Huang, Z.; Li, C.; Li, M.; Song, Y. Sci. Adv. 2018, 4 (6), eaat2390. doi: 10.1126/sciadv.aat2390

    60. [60]

      Li, Z.; Liu, X.; Zuo, C.; Yang, W.; Fang, X. Adv. Mater. 2021, 33 (41), 2103010. doi: 10.1002/adma.202103010

    61. [61]

      Saidaminov, M. I.; Adinolfi, V.; Comin, R.; Abdelhady, A. L.; Peng, W.; Dursun, I.; Yuan, M.; Hoogland, S.; Sargent, E. H.; Bakr, O. M. Nat. Commun. 2015, 6 (1), 8724. doi: 10.1038/ncomms9724

    62. [62]

      Chen, F.; Li, C.; Shang, C.; Wang, K.; Huang, Q.; Zhao, Q.; Zhu, H.; Ding, J. Small 2022, 18 (45), 2203565. doi: 10.1002/smll.202203565

    63. [63]

      Malo, T. A.; Lu, Z.; Deng, W.; Sun, Y.; Wang, C.; Pirzado, A. A. A.; Jie, J.; Zhang, X.; Zhang, X. Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (52), 2209563. doi: 10.1002/adfm.202209563

    64. [64]

      Wang, Y.; Li, X.; Liu, P.; Xia, J.; Meng, X. J. Semicond. 2021, 42 (11), 112001. doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112001

    65. [65]

      Wang, S.; Chen, Y.; Yao, J.; Zhao, G.; Li, L.; Zou, G. J. Mater. Chem. C 2021, 9 (20), 6498. doi: 10.1039/d1tc00408e

    66. [66]

      Zhang, J.; Zhao, J.; Zhou, Y.; Wang, Y.; Blankenagel, K. S.; Wang, X.; Tabassum, M.; Su, L. Adv. Opt. Mater. 2021, 9 (17), 2100524. doi: 10.1002/adom.202100524

    67. [67]

      Zou, Y.; Zou, T.; Zhao, C.; Wang, B.; Xing, J.; Yu, Z.; Cheng, J.; Xin, W.; Yang, J.; Yu, W.; et al. Small 2020, 16 (25), 2000733. doi: 10.1002/smll.202000733

    68. [68]

      Li, X.; Liu, C.; Ding, F.; Lu, Z.; Gao, P.; Huang, Z.; Dang, W.; Zhang, L.; Lin, X.; Ding, S.; et al. Adv. Funct. Mater. 2023, 33 (15), 2213360. doi: 10.1002/adfm.202213360

    69. [69]

      Liu, Z.; You, L.; Faraji, N.; Lin, C. H.; Xu, X.; He, J. H.; Seidel, J.; Wang, J.; Alshareef, H. N.; Wu, T. Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (12), 1909672. doi: 10.1002/adfm.201909672

    70. [70]

      Zhao, J.; Kong, G.; Chen, S.; Li, Q.; Huang, B.; Liu, Z.; San, X.; Wang, Y.; Wang, C.; Zhen, Y.; et al. Sci. Bull. 2017, 62 (17), 1173. doi: 10.1016/j.scib.2017.08.022

    71. [71]

      Cheng, X.; Yang, S.; Cao, B.; Tao, X.; Chen, Z. Adv. Funct. Mater. 2019, 30 (4), 1905021. doi: 10.1002/adfm.201905021

    72. [72]

      陈亮, 田中群. 物理化学学报, 2021, 37 (3), 2010065. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010065Chen, L.; Tian, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (3), 2010065. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010065

    73. [73]

      Chen, S.; Zhang, X.; Zhao, J.; Zhang, Y.; Kong, G.; Li, Q.; Li, N.; Yu, Y.; Xu, N.; Zhang, J.; et al. Nat. Commun. 2018, 9 (1), 4807. doi: 10.1038/s41467-018-07177-y

    74. [74]

      Chen, W.; Huang, Z.; Yao, H.; Liu, Y.; Zhang, Y.; Li, Z.; Zhou, H.; Xiao, P.; Chen, T.; Sun, H.; et al. Nat. Photonics 2023, 17 (5), 401. doi: 10.1038/s41566-023-01167-3

    75. [75]

      Liu, Y.; Zhang, Y.; Zhu, X.; Yang, Z.; Ke, W.; Feng, J.; Ren, X.; Zhao, K.; Liu, M.; Kanatzidis, M. G.; et al. Sci. Adv. 2021, 7 (7), eabc8844. doi: 10.1126/sciadv.abc8844

    76. [76]

      Li, S. X.; Xu, Y. S.; Li, C. L.; Guo, Q.; Wang, G.; Xia, H.; Fang, H. H.; Shen, L.; Sun, H. B. Adv. Mater. 2020, 32 (28), 2001998. doi: 10.1002/adma.202001998

    77. [77]

      Ni, Z.; Bao, C.; Liu, Y.; Jiang, Q.; Wu, W. -Q.; Chen, S.; Dai, X.; Chen, B.; Hartweg, B.; Yu, Z.; et al. Science 2020, 367 (6484), 1352. doi: 10.1126/science.aba0893

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  761
  • HTML全文浏览量:  74
文章相关
  • 发布日期:  2025-04-15
  • 收稿日期:  2023-09-28
  • 接受日期:  2023-11-06
  • 修回日期:  2023-11-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章