徐升团队Nature：实现二维/低维金属卤化物钙钛矿半导体超晶格单晶的制备

北京时间2022年8月10日，美国加州大学圣地亚哥分校的徐升教授团队在Nature期刊上发表了一篇题为“Perovskite superlattices with efficient carrier dynamics”的新研究。

课题组通过基于微纳集成的晶体溶液外延技术，实现了二维/低维金属卤化物钙钛矿半导体超晶格单晶的制备，实现了其在三维尺度高效的载流子动力学特性。

三维金属卤化物钙钛矿半导体具有优异的光电效应和低成本的溶液加工过程，近年来在太阳能电池、发光二极管，以及光传感器等领域取得了迅速的发展，尤其在太阳能电池领域，其光电转化效率已经超越传统的硅太阳能电池，具有巨大的应用前景。然而，其长久以来难以解决的稳定性问题成为了制约其进一步发展的关键。

不同于传统的三维金属卤化物钙钛矿，其二维及准二维的结构具有本征优异的结构稳定性以及电学稳定性，满足制备长期稳定性的光电器件的条件。然而，二维及准二维金属卤化物钙钛矿在晶体结构上包含无机的钙钛矿阱层以及有机的势垒层，具有天然形成的多量子阱结构。对于光电器件来说，这种结构对于多量子阱取向的排列有着极高的要求：当载流子穿过势垒层时，由于势垒层极大的带隙，在阱层/势垒层的交界处会发生严重的非辐射复合，从而极大地影响载流子的动力学特性及相应的器件性能；因此，如果控制载流子只在阱层传输，其动力学特性所受到的影响则可以忽略不计。然而，基于实现量子阱取向精确排列的巨大挑战，当前二维及准二维钙钛矿薄膜器件的研究都是对其多晶薄膜所制备的器件。多晶薄膜是由无数晶体取向随机排列的晶胞所组成，这些无序排列的多量子阱产生了巨大的能量势垒，使得当前二维及准二维钙钛矿薄膜器件的性能远低于传统的三维金属卤化物钙钛矿器件。