CsPbBr3单晶薄膜制备及其X射线探测性能研究

张欣雷,王 涛,2,查钢强,2

(1.西北工业大学，辐射探测材料与器件工信部重点实验室，西安 710072； 2.西北工业大学深圳研究院，深圳 518063)

0 引 言

2009年，Miyasaka等[1]首次报道了使用有机-无机杂化钙钛矿卤化物CH3NH3PbI3作为吸光层制备太阳能电池，随后Park等[2-4]通过改善制备工艺，在短短几年内就使太阳能电池的转化效率提升至20%左右。这种钙钛矿卤化物因具有制备工艺简单、成本低廉，光吸收系数高，光生载流子寿命长，缺陷浓度低等优势，受到了广泛关注，其应用也从光伏拓展到发光[5-6]、光电探测[7-8]、辐射探测[9-10]等领域。其中，全无机的CsPbBr3因具有平均原子序数高、载流子传输特性好、本征电阻率高等优点，在X射线和γ射线探测等方面表现出了极大的潜力。

2013年，美国西北大学的Stoumpos等[11]采用熔体法制备出了全无机的CsPbBr3单晶，并提出其在辐射探测中应用的可能性。随后He等[12]优化了晶体生长工艺，于2018年证实了该材料对γ射线探测具有极高的分辨率，并指出全无机的CsPbBr3晶体是一种理想的辐射探测材料。然而，采用熔体法生长CsPbBr3晶体存在如下问题：(1)固态相变对晶体生长的影响。在晶体生长的降温阶段，CsPbBr3会在130 ℃发生立方-四方的固态相变[13]。这是一种位移型相变，在相变过程中会产生较大的相变应变，产生微裂纹，降低成品率。(2)钙钛矿卤化物单晶必须经过切割、打磨、精细抛光等工艺处理后才能使用，但是由于其硬度较小，处理极为困难，目前尚无成熟工艺。

采用溶液法可以显著降低晶体生长成本，而且可以在较低温度范围内制备材料(25～80 ℃)，从而避免发生上述结构相变。……