近年来，由于具备可溶液制备的特点，以及可以在较低成本下方便地制备出性能优异的光伏、发光和光探测器件，金属卤化物钙钛矿材料成为目前光电材料和器件领域中最炙手可热的研究方向之一。
其中，一维单晶钙钛矿微米线具有各向异性的结构，表现出载流子的定向输运、较低的缺陷态密度和较好的稳定性，故是理想的光探测材料。
但是，目前的研究局限于在单根微米线，或者是微米线薄膜上有限的面积和区域上构筑光探测器件，无法与目前的片上集成工艺兼容。
其原因在于，如果采用基底上直接生长钙钛矿微米线的方法，无法兼顾微米线的各向异性生长和大面积薄膜的制备。
而通过溶液法先合成微米线中间体，再沉积微米线制备薄膜的方法，常用的薄膜制备工艺获得的薄膜要么表面起伏过高、平整度不够，要么失去钙钛矿一维单晶结构、相应的光探测器性能降低。
所以，目前还无法通过简便工艺制备大面积的一维单晶钙钛矿微米线薄膜。近日，西北工业大学材料学院王洪强教授、王红月副教授，和团队通过溶液制备出钙钛矿微米线的中间体，再采用简单的喷涂工艺实现了英寸级平整的钙钛矿一维单晶微米线薄膜，实现了性能分布极窄的 7X7 探测器阵列，可为钙钛矿微米线光探测器的规模化制备、以及大面阵的成像器件的设计提供参考。
（来源：Advanced Functional Materials）
图 | 王红月（来源：王红月）据悉，通过溶液合成钙钛矿微米线中间体的方法，目前在实验室就可以获得克级以上的中间体，并且很容易进一步放大。再结合已经非常成熟的喷涂工艺，原则上可以制备出满足目前片上集成所需面积和平整度的微米线薄膜。
并且，由于溶液制备工艺相对较容易实现柔性化和元器件的微型化。
因此，对于成像所需的大面阵器件制备，特别是焦平面探测方面要求更小的器件间距和更高的集成度来说，通过喷涂微米线中间体的方法，均能很好地满足这些应用需求。
（来源：Advanced Functional Materials）据介绍，课题组先是通过溶液法制备钙钛矿微米线中间体。在这方面，该团队已经有过一些工作基础 [2]，因此这个阶段并未遇到太大的问题。
但是在第二个阶段，他们发现采用已有的薄膜制备工艺比如旋涂、滴涂、浸渍等，都无法获得一个均匀的薄膜。
原因是为了保障微米线之间的电荷传输，该合成方法并没用使用有机配体，也因此导致微米线中间体其实是很容易聚集的沉淀，所以很难均匀分布在基质表面。
并且其从文献调研中发现，除了利用模板之外，目前还没有有效的办法能够克服这个问题。
此外，他们发现除了在薄膜沉积阶段很难控制平整度之外，退火阶段会出现微米线中间体结构坍塌，重新溶解重结晶的现象，导致难以维持其一维单晶的结构性质。
为解决这一个目前面临的共性问题，课题组把精力集中在重新理解微米线中间体的生长动力学过程、结构特点和退火相转变机制上。
最后他们发现，溶液合成过程中引入的高沸点溶剂 N.N-二甲基甲酰胺，参与了微米线中间体的形成。
因此，在沉积微米线薄膜过程和后续的退火过程中，这部分参与微米线中间体生长的 N.N-二甲基甲酰胺分子很容易与残留溶剂之间共溶，导致微米线结构坍塌或者是重新溶解再析出，在失去单晶微米线结构的同时，极度影响了薄膜平整度。
因此，需要考虑如何保证微米线的分散性的同时，尽量减少薄膜制备过程中残留溶剂对微米线结构的破坏作用。
而在第三个阶段，研究团队从之前做过的电子喷雾相关工作中得到启发 [3]，雾化的液滴有利于溶剂预先挥发，可在保留胶体颗粒的分散性的同时，减少溶剂对分散物质的影响。
因此，课题组尝试了最简单最方便的喷涂工艺技术，在大面积钙钛矿微米线薄膜制备上获得了意想不到的效果，不仅薄膜平整度好，一维单晶微米线结构也得以保持，最终获得了性能分布很窄的探测器阵列。
“在此基础上，我们建议在后续工作中，静电纺丝工艺和电子喷雾技术甚至可以进一步减少溶剂对钙钛矿微米线薄膜的影响，获得平整度更高的、微米线排列取向更规整的薄膜及其光探测器件。”王红月表示。
（来源：Advanced Functional Materials）基于此次工作，该团队后续准备开展两方面的研究计划：第一，利用器件阵列具有很窄的性能分布，在成像应用上进行探索；第二，拓宽钙钛矿微米线的带隙，实现在近红外波段的光响应，为后续的红外焦平面探测做好铺垫。
参考资料：
1.Wang, H., Liu, P., Zhang, M., Han, B., Wang, G., Zhang, J., ... & Wang, H. (2022). Spraying Perovskite Intermediate Enabling Inch‐Scale Microwire Film Fabrication for Integration Compatible Efficient‐Photodetectors Array. Advanced Functional Materials, 2209942.
2.Small 2021, 17, 2101954
3.ACS Nano 2017, 11, 1222-1229
