A fabrication process for flexible single-crystal perovskite devices

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作者
Yusheng Lei,Yimu Chen,Ruiqi Zhang,Yuheng Li,Qizhang Yan,Seunghyun Lee,Yugang Yu,Hsinhan Tsai,Woojin Choi,Kai-Ping Wang,Yanqi Luo,Yue Gu,Xinran Zheng,Chunfeng Wang,Chonghe Wang,Hongjie Hu,Yang Li,Baiyan Qi,Muyang Lin,Zhuorui Zhang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:583 (7818): 790-795 被引量:377
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2526-z
摘要

Organic–inorganic hybrid perovskites have electronic and optoelectronic properties that make them appealing in many device applications1–4. Although many approaches focus on polycrystalline materials5–7, single-crystal hybrid perovskites show improved carrier transport and enhanced stability over their polycrystalline counterparts, due to their orientation-dependent transport behaviour8–10 and lower defect concentrations11,12. However, the fabrication of single-crystal hybrid perovskites, and controlling their morphology and composition, are challenging12. Here we report a solution-based lithography-assisted epitaxial-growth-and-transfer method for fabricating single-crystal hybrid perovskites on arbitrary substrates, with precise control of their thickness (from about 600 nanometres to about 100 micrometres), area (continuous thin films up to about 5.5 centimetres by 5.5 centimetres), and composition gradient in the thickness direction (for example, from methylammonium lead iodide, MAPbI3, to MAPb0.5Sn0.5I3). The transferred single-crystal hybrid perovskites are of comparable quality to those directly grown on epitaxial substrates, and are mechanically flexible depending on the thickness. Lead–tin gradient alloying allows the formation of a graded electronic bandgap, which increases the carrier mobility and impedes carrier recombination. Devices based on these single-crystal hybrid perovskites show not only high stability against various degradation factors but also good performance (for example, solar cells based on lead–tin-gradient structures with an average efficiency of 18.77 per cent). A solution-based lithography-assisted epitaxial-growth-and-transfer method is used to fabricate single-crystal hybrid perovskites on any surface, with precise control of the thickness, area and chemical composition gradient.
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