近年来，卤素钙钛矿凭借其优良的光学和电学特性，如较大的光吸收系数，较长的载流子寿命，较长且均衡的电子空穴迁移距离，在太阳能电池，发光二极管，激光器，可见光及X-，γ-射线探测器等光电子器件领域得到了广泛的研究和应用。尽管以多晶钙钛矿薄膜为吸收层的器件已取得较好的性能(如太阳能电池的光电转换效率已超过22%)，但多晶膜较高的缺陷态密度和较多的晶界仍是妨害器件性能的重要原因，相对地，单晶薄膜的缺陷态密度较低且晶界较少，以其为吸收层有望进一步提高光电子器件的性能。

       本团队通过气相外延生长，利用卤素钙钛矿与氧化物钙钛矿结构之间的晶格匹配关系，即2 × 2 CsPbBr₃ (100) 单位晶格匹配3 × 3 SrTiO₃ (100) 单位晶格，在氧化物钙钛矿SrTiO₃(100)晶面上得到了厚度可控(1-7 μm)的无机卤素钙钛矿CsPbBr₃单晶薄膜，实现了卤素与氧化物钙钛矿的有效整合。通过控制生长温度和时间，并观察CsPbBr₃的生长过程，揭示了CsPbBr₃在SrTiO₃(100)上的Volmer-Weber岛状生长模式，而CsPbBr₃膜本身的增厚过程遵循逐层同质外延生长模式。研究发现，升高温度是生长CsPbBr₃单晶薄膜的关键，高温可以促进吸附原子的扩散，并加快优先外延晶种的成核速率，有助于CsPbBr₃在岛状生长模式下融合成膜。进一步通过XRD摇摆曲线和极像图证明了所得CsPbBr₃薄膜的为同一取向的高质量单晶膜；通过荧光测试和瞬态反射谱表明了CsPbBr₃单晶膜具有与反溶剂法得到的CsPbBr₃块状单晶媲美的优良光学性质。通过电学测试，表明了CsPbBr₃单晶膜具有较低的缺陷态密度及较高的电子迁移率。基于该CsPbBr₃单晶膜制造的光探测器也展示了极快的光电响应速度和较大的开/关比。

图  CsPbBr₃与SrTiO₃的晶格匹配模型及高温外延生长单晶薄膜示意

       相关工作由郭烈锦院士指导的博士生陈杰等完成，得到实验室自主课题及基金以及国家自然科学基金资助，成果发表于国际一流期刊Journal of the American Chemical Society (2017, 139 (38), 13525-13532. DOI: 10.1021/jacs.7b07506)上。