我校团队在钙钛矿材料的光电器件方面取得新突破

近期，我校物理与电子工程学院张丁可教授课题组在钙钛矿湿敏传感器件研究中取得新的进展。

2022年3月1日，课题组相关研究成果“Real-time and ultrasensitive humidity sensor based on lead-free Cs₂SnCl₆perovskites”以重庆师范大学为第一单位和通讯单位在传感器领域的顶级期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》（JCR1区，TOP期刊，影响因子IF=9.032）上发表。

钙钛矿材料具有良好的环境敏感性，在传感器器件中具有很大的应用潜力。特别是湿度传感器被认为是金属卤化物钙钛矿的优点对其缺点的逆转。然而，铅的低稳定性和毒性是钙钛矿湿度传感器实际应用的主要障碍。针对以上问题，我校物理与电子工程学院光电功能材料重庆市重点实验室张丁可教授团队采用液相合成方法制备了Cs₂SnCl₆钙钛矿材料，这种无铅的钙钛矿材料有效地去除了传统钙钛矿材料的毒性，所制备的湿敏传感器表现了超高的灵敏度和响应速度，实现了实时室温湿度传感。基于Cs₂SnCl₆钙钛矿材料所研制的湿度传感器在相对湿度(RH)为11-95%时具有2.2E6的超高阻抗变化，响应时间和恢复时间短，分别为0.8 s和5.4 s，在实时检测湿度方面具有很大的潜力。此外，该钙钛矿材料还展示出优异的稳定性。该成果为近年来该团队在传感器领域研究的一个新的突破，本工作为制备高性能实时湿度传感器提供了一种简单、经济、环保的方法，具有很大的开发价值。

2022年6月，课题组在钙钛矿材料光放大器件研究中的成果“Low Threshold and Ultra-stability of One-step Air-Processed All-Inorganic CsPbX₃Thin Films towards Full-color Visible Amplified Spontaneous Emission”，以重庆师范大学为第一单位和通讯单位发表于期刊《ACS AppliedMaterials & Interfaces》（JCR1区，TOP期刊，影响因子IF=10.323）。

全无机钙钛矿CsPbX₃（X=Cl、Br、I，或混合Cl / Br和Br / I）具有优异的光学增益特性，是实现片上相干光源的理想材料。传统高质量的钙钛矿多晶薄膜的制备需要手套箱和反溶剂处理，但反溶剂工程具有繁琐过程和需要更高的操作技术和环境要求，导致钙钛矿薄膜的重现性差和缺陷密度高。此外，传统有机溶剂的高毒性和高沸点不仅会对生态环境造成危害，还会大大增加器件的制造成本，减缓其商业化的步伐。因此，开发低毒甚至无毒的溶剂体系用于钙钛矿薄膜的溶液处理是一个日益增长的需求。更重要的是，钙钛矿材料在温度、湿度和光照条件下的稳定性较差，导致ASE和激光性能的退化，仍是几乎所有钙钛矿材料和器件走向实际和商业应用的共同障碍。

针对以上问题，张丁可教授课题组，报道了一种环保的离子液体乙酸甲基胺(MAAc)作为溶剂，不需要手套箱和反溶剂处理，在空气环境中通过一步旋涂法制备高质量的CsPbX₃钙钛矿薄膜。利用MAAc的独特性能，CsPbX₃-MAAc薄膜平整、致密、结晶良好，PL发射效率提高。与目前报道的钙钛矿薄膜大多需要用飞秒激光激发得到ASE不同，CsPbX₃-MAAc钙钛矿薄膜在纳秒激光激发下表现出优异的ASE性能，并且通过精确控制卤族元素，实现了在418～725 nm全可见光范围内可调谐的ASE。具有代表性的CsPbBr₃-MAAc薄膜在纳秒激光泵浦下表现出11.4µJ/cm²的低阈值和394.72 cm⁻¹的高增益。最重要的是，CsPbBr₃-MAAc具有超强的抗老化稳定性、激光稳定性和湿度稳定性，在没有封装的情况下在空气条件下储存1000小时后仍有明显的ASE，在高功率激光连续泵浦210分钟后没有明显的降解，即使在95%的高湿度下也能稳定地输出ASE，显示出了稳定钙钛矿激光器的巨大潜力。该团队期望这些结果为全无机钙钛矿在激光和相干光源中的潜在应用提供一条在科学和技术上有意义的道路。