近十年來，由于有機(jī)-無機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦優(yōu)良的半導(dǎo)體特性，其在光伏電池、發(fā)光二極管、光催化和光電探測(cè)器等領(lǐng)域中得到了快速發(fā)展。在光電探測(cè)器中，半導(dǎo)體鈣鈦礦的晶體質(zhì)量對(duì)器件的性能（如響應(yīng)開關(guān)比、靈敏度、檢測(cè)限等）有著重要影響。與廣泛報(bào)道的鈣鈦礦多晶材料相比，單晶材料具有無晶界、缺陷態(tài)少、載流子遷移率高等**優(yōu)勢(shì)，因而在光電器件領(lǐng)域有著更廣闊的應(yīng)用前景。就目前報(bào)道的鈣鈦礦單晶材料而言，大多數(shù)晶體的厚度達(dá)到了幾毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其載流子**擴(kuò)散距離（一般小于200微米），從而會(huì)造成嚴(yán)重的電荷復(fù)合。薄片狀鈣鈦礦單晶的可控制備是克服該問題的一種**策略。此外，就化學(xué)組分而言，以碘化鉛甲胺為首的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦單晶材料還存在著一系列的不足：易揮發(fā)的有機(jī)組分會(huì)影響器件的長期穩(wěn)定性和環(huán)境耐受性；鉛元素的高毒性限制該類材料的實(shí)際應(yīng)用；低的離子遷移活化能導(dǎo)致離子容易遷移，從而使器件暗電流較高，嚴(yán)重影響探測(cè)信噪比。結(jié)合以上問題，亟需發(fā)展具有環(huán)境友好、高穩(wěn)定性的非鉛無機(jī)鈣鈦礦單晶薄片。

近日，中山大學(xué)匡代彬教授課題組結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)無機(jī)無鉛Cs3Bi2I9單晶薄片的制備。其厚度最薄可低至1微米，橫向尺寸達(dá)到4毫米。該Cs3Bi2I9單晶薄片是通過空間限域-溶劑揮發(fā)結(jié)晶法在ITO導(dǎo)電玻璃上原位生長得到，此方法工藝簡單，成本低廉，且便于器件組裝。與Cs3Bi2I9多晶薄膜相比，該單晶薄片的缺陷密度降低了263倍、遷移率提升了5個(gè)數(shù)量級(jí)。得益于Cs3Bi2I9單晶薄片高的晶體質(zhì)量和短的載流子傳輸路徑，基于該單晶薄片的垂直型光探測(cè)器表現(xiàn)出良好的光探測(cè)性能：高的響應(yīng)開關(guān)比、寬光強(qiáng)檢測(cè)范圍、較低檢測(cè)限和較快的響應(yīng)速度。尤其是，Cs3Bi2I9單晶薄片探測(cè)器的光響應(yīng)開關(guān)比高達(dá)11000，相比Cs3Bi2I9多晶薄膜器件提升了460倍；也遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的Cs3Bi2I9體相單晶探測(cè)器。此外，器件穩(wěn)定性是光探測(cè)器實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用中必須要考慮的重要因素。經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Cs3Bi2I9單晶薄片器件具有**的光、熱、濕度穩(wěn)定性。值得說明的是，未經(jīng)封裝的器件可在50% RH的潮濕空氣環(huán)境中長期穩(wěn)定至少1000小時(shí)。

本工作將為穩(wěn)定低毒的鈣鈦礦單晶薄片材料的可控制備及其光探測(cè)器、太陽電池、光催化等領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供了可行的思路。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201909701）上。