逆温结晶法生长CsPbBr3单晶研究进展

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0981

摘要/Abstract

摘要：

CsPbBr₃单晶是一种备受关注的全无机钙钛矿半导体材料，因高密度、高电阻率及优异的载流子传输性能，在辐射探测器、光电探测器、发光二极管等多个前沿领域展现出巨大的应用潜力，但面临着大尺寸晶体生长中缺陷控制与成本控制的双重挑战。为此，本文系统综述了CsPbBr₃单晶逆温结晶法的研究进展，重点探讨了溶剂选择、溶质浓度调控、界面张力诱导机制及溶解度-温度关系等关键参数对晶体生长的影响，并提出通过添加剂引入、籽晶引导等策略来优化晶体质量。同时，分析了CsPbBr₃单晶在光电探测器领域的应用潜力，指出其高载流子迁移率、长扩散长度等特性对器件性能的提升作用。最后，展望了该材料在辐射监测、医疗诊断等方向的发展趋势，为后续研究提供理论和技术参考。

关键词: CsPbBr₃单晶, 逆温结晶法, 溶剂选择, 溶质浓度, 溶解度, 辐射探测器

Abstract:

CsPbBr₃ single crystals， as a prominent class of all inorganic perovskite semiconductor materials， have attracted considerable research interest due to their remarkable properties including high density， high resistivity， and excellent charge carrier transport capabilities. These advantages equip them with great potential for applications in various cutting edge fields such as radiation detectors， photodetectors， and light-emitting diodes. However， their further development and practical deployment still face with dual challenges associated with defect control in large volume crystal growth and cost-effective manufacturing. Therefore， this paper comprehensively reviews the research progress of CsPbBr₃ single crystal growth via inverse temperature crystallization （ITC）. The critical factors affecting crystal quality， including solvent selection， solute concentration regulation， interfacial tension induction mechanism， and solubility-temperature dependence， are systematically analyzed. Effective strategies such as additive incorporation and seed crystal guidance are proposed to optimize crystal growth. Furthermore， the unique advantages of CsPbBr₃ single crystals in photoelectric detectors， such as high carrier mobility and long diffusion length， are highlighted. Finally， the development trend of this material in radiation monitoring， medical diagnosis， and other fields is discussed， providing theoretical and technical references for subsequent research.

Key words: CsPbBr₃ single crystal, inverse temperature crystallization, solvent selection, solute concentration, solubility, radiation detector

中图分类号:

TL814

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图/表 5

图1 逆温结晶法示意图［22］

Fig.1 Schematic diagram of inverse temperature crystallization method［22］

图2 不同反应物配比下的相组成（n为PbBr2和CsBr的摩尔比）［24］

Fig.2 Phase composition under different reactant ratios （n represents molar ratio of PbBr2 and CsBr）［24］

图3 （a）本体溶液和表层分子相互作用能变化示意图［25］；（b）晶体在浮动状态下的生长示意图［25］；（c）二次相颗粒形貌演变规律［27］；（d）晶体表面生长机理，其中DPSI分子调节金属离子向钙钛矿表面扩散［28］

Fig.3 （a） Schematic diagram of changes in interaction energy between bulk solution and surface layer molecules［25］；（b） schematic diagram of crystal growth in a floating state［25］；（c） morphology evolution schematic of secondary phase particles［27］；（d） crystal surface growth mechanism， in which DPSI molecules regulate the diffusion of metal ions toward the surface of perovskite［28］

图4 （a） CsPbBr3在DMSO溶液中的溶解度曲线［34］；（b）添加BBA的CsPbBr3前驱体溶液中的溶解度曲线和超溶解度曲线［35］；（c）在含有ACN的DMSO/DMF混合溶液中，CsPbBr3的溶解度曲线和超溶解度曲线［36］

Fig.4 （a） Solubility curve of CsPbBr3 in DMSO solution［34］；（b） solubility curve and supersolubility curve of CsPbBr3 precursor solution with BBA added［35］；（c） solubility curve and supersolubility curve of CsPbBr3 in DMSO/DMF mixed solution containing ACN［36］

表1 掺杂元素位置及其作用机理

Table 1 Positions and mechanisms of doping elements

掺杂位点	代表性离子	主要作用与目标
X位（卤素位）	CI^-、I^-、CI^-/I^-共掺	调控［PbX₆］八面体骨架，抑制离子迁移，降低陷阱态密度，调控带隙，提高电阻率与载流子迁移率-寿命积（µτ），强化电学性能
B位（Pb位）	Mn²⁺、Sn⁴⁺、Eu³⁺、Zr⁴⁺、Sn²⁺、Ce³⁺等	部分取代Pb²⁺，钝化深能级缺陷，减少晶格空位，降低陷阱态密度，并可引入新发光中心，改善光学性能与结构稳定性
A位（Cs位）	Rb⁺、FA⁺、MA⁺、K⁺、Na⁺等	调节晶格应力，抑制有害相变，减少Cs空位，降低漏电流，提高电阻率，增强结构稳定性和电学性能

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Research Progress on Growth of CsPbBr₃ Single Crystals by Inverse Temperature Crystallization

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