近日，国际权威学术期刊《Research》在线发表了西安电子科技大学前沿交叉研究院柔性电子团队常晶晶教授有关钙钛矿单晶高能X射线探测的研究论文。论文题为《Low Trap Density Para-F Substituted 2D PEA2PbX4 (X = Cl, Br, I) Single-crystals with Tunable Optoelectrical Properties and High Sensitive X-Ray Detector Performance》。狄佳钰为该篇论文的第一作者，西安电子科技大学为论文的第一完成单位。
有机-无机杂化钙钛矿因其独特的性能逐渐成为光电器件领域的研究热点。由于二维有机钙钛矿单晶中大的有机分子层与无机分子层交错的结构，极大地抑制了材料内部的离子迁移现象，使得二维有机-无机杂化钙钛矿基器件具有更好的器件稳定性。相应的，大分子有机分子突破了三维钙钛矿的笼状结构，不仅提高了材料的耐湿性，还导致了不同的电学各向异性输运特性。本课题通过简单的溶液法设计合成了PEA2PbX4和p-F-PEA2PbX4 (X=Cl, Br, I)单晶，首次研究了p-F取代和卤素阴离子工程的协同作用。在p-F取代后，晶体结构转变为统一的单斜晶系，单晶的缺陷态密度也显著降低。通过DFT计算，验证了具有较大电负性和p-F取代的卤化物阴离子会增加缺陷形成能。结果表明，由于π-π堆积和氢键相互作用的增强和协同作用，晶体质量得到了很大的改善。
图 1. 六种钙钛矿单晶及对应XRD分析
此外，基于PEA2PbI4和p-F-PEA2PbI4单晶的直接型X射线探测器灵敏度可达~ 120 μC Gyair-1·cm-2，检出限可达~ 1 μGyair·s-1，满足医学诊断的需要。得益于F离子，高平均原子序数的p-F-PEA2PbI4单晶X射线探测器具有良好的探测性能，并在高剂量率X射线照射下表现出较高的稳定性，能够满足X射线探测器的长期工作条件。
图 2. p-F-PEA2PbI4单晶X射线探测器在不同剂量值下的开关，探测限及大剂量值下的多次开关
前期，课题组通过采用氟化分子（CF3-PEABr）和扩散钝化策略从而有效地钝化界面缺陷态，提高薄膜结晶质量，实现了高效稳定钙钛矿太阳电池。相关工作以“Synergistic Interface Layer Optimization and Surface Passivation with Fluorocarbon Molecules toward Efficient and Stable Inverted Planar Perovskite Solar Cell”为题，以Research Article形式，也发表于《Research》上。论文并被选为Research best paper award，被Science官网ScienceAAAS和今日头条等宣传报道。
通讯作者简介：
常晶晶博士，教授，博士生导师，国家高层次人才计划入选者，中国真空学会电子材料与器件专委会副秘书长，陕西省侨联青年委员，西安市侨联委员，校学术委员会委员，西电柔性电子交叉研究中心负责人等。近年来主要从事宽禁带氧化物半导体电子及光电器件的制备及研究，柔性印刷器件及系统集成，钙钛矿光电及探测器件的研究工作等。截止目前，在Science、Nature Energy、Joule、Research、Applied Physics Reviews、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Science、ACS Energy Letters、Nano Energy等国际核心期刊上发表SCI论文200余篇，被引用6500余次，研究成果被ScienceAAAS、AdvancedScienceNews、MaterialsViewsChina、纳米人、科技日报、中国科技成果、今日头条等学术网站作为研究亮点进行报道，20余篇文章入选年度热点文章及ESI高被引文章，同时申请新加坡/国际发明专利/中国专利60余项，授权专利12项。所做工作获陕西省高等学校科学技术奖一等奖、海南省自然科学奖二等奖、华为火花奖等。申请人先后主持参与了科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、国防173项目、军委科技委前沿创新项目、科技部重大专项、校企合作横向项目等三十多个项目，包括以项目/课题负责人承担科技部重点研发计划课题、自然科学基金委重大项目课题等。申请人多次受邀并参加国际会议70余次，包括50余次邀请报告，同时兼任多个学术会议的大会主席、共主席、分会主席、学术委员会委员和组织委员会委员等。此外，申请人还担任60多个国际期刊的审稿人及仲裁人。申请人受邀担任Springer-Nature出版社杂志Journal of Materials Science-Materials in Electronics客座编辑，Nanomaterials客座编辑、InfoMat青年编委、InfoScience青年编委、Ecomat青年编委、SmartMat青年编委、Journal of Energy Chemistry青年编委及多个期刊的编委会成员等，中国真空学会电子材料与器件专委会副秘书长，校学术委员会委员，全国材料与器件科学家智库光电功能材料与器件专家委员会常务委员，中国微米纳米技术学会第二届青年工作委员会委员等。入选福布斯中国教育领域30岁以下精英榜单，2018年科学中国人年度人物电子工程领域提名人，全球顶尖前10万科学家排名榜单等。
论文链接：https://spj.sciencemag.org/journals/research/2022/9768019/
论文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0084596