Perovskiti a più cationi e ad alogenuri misti (FAMAC), che si formano incorporando ioni Cs/MA/Br nel FAPbI ₃ perovskiti, sono considerate le migliori composizioni per applicazioni in dispositivi fotovoltaici e fotoelettronici ad alta efficienza grazie alla loro maggiore stabilità, migrazione ionica soppressa, e isteresi ridotta. Però, la composizione effettiva, in particolare il contenuto di Cs nelle perovskiti FAMAC, per i dispositivi all'avanguardia riportati da diversi gruppi di ricerca è stata incoerente.

Per di più, la segregazione di fase nella fase gialla non perovskite è spesso osservata durante il processo di cristallizzazione. Questa fase gialla indesiderabile agisce come stati di intrappolamento o centri di dispersione, che ha un impatto negativo sulla mobilità dei portatori di carica e sulle dinamiche di ricombinazione dei portatori, deteriorando così le prestazioni del dispositivo.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Liu Shengzhong del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il Prof. Liu Yucheng della Shaanxi Normal University, e il Prof. Mercouri G. Kanatzidis della Northwestern University (Evanston), ha proposto una strategia efficiente per ottenere cristalli singoli di perovskite di alta qualità con una dimensione fino a 5 pollici. I singoli cristalli di fase grande e pura sono stati utilizzati per progettare fotorilevatori a circuito integrato autoalimentati ad alte prestazioni.

Questo lavoro è stato pubblicato in Progressi scientifici .

I ricercatori hanno selezionato un agente riducente, acido formico, per sopprimere la segregazione di fase durante il processo di cristallizzazione per ottenere cristalli singoli di perovskite ad alogenuro misto triplo molto grandi. Questa strategia ha prodotto cristalli singoli di perovskite all'avanguardia con una lunga durata del vettore, mobilità ad alta carica, lunga distanza di diffusione del vettore, uniformità superiore, e stabilità a lungo termine, facilitando così la progettazione di fotorivelatori di tipo a circuito integrato autoalimentati ad alte prestazioni.

Inoltre, poiché il fotorivelatore comprendente il cristallo mostrava una grande reattività, alto guadagno fotoconduttivo, eccellente rilevabilità, e velocità di risposta rapida, un sistema di imaging integrato con fotorisposta uniforme è stato fabbricato sulla base di una matrice di 12 x 12 pixel di fotorivelatori a cristallo singolo.

Per esempio, una matrice di 2 per 2 pixel ha mostrato una buona discriminazione tra i pixel in caso di illuminazione selettiva.

"Riteniamo che un design così innovativo aprirà nuove strade per le applicazioni di circuiti integrati autoalimentati in perovskite in dispositivi rilevanti per le applicazioni di imaging, " ha detto il Prof. LIU.