近日，我院低维能量转换材料与器件课题组在钙钛矿单晶光电探测器研究方面取得突破，相关成果以“Green Solvent Engineering and Additive Modulation in Stabilized Black FAPbI₃ Perovskite Single Crystals for High-Performance Photodetectors”（绿色溶剂工程与添加剂调控协同提高FAPbI₃单晶稳定性及高性能光电探测性能）为题，发表在Science China Materials上。硕士研究生郭美彤和化学学院王颖教授为论文共同第一作者，杨政副教授、李磊朋副教授和王颖教授为共同通讯作者。
甲脒铅碘钙钛矿（FAPbI₃）因其优异的光电性能，被认为是下一代高性能光电器件的理想材料。然而，其在室温下易发生α相到δ相的非预期相变，且传统制备过程依赖有毒溶剂，严重制约了其实际应用。针对上述挑战，研究团队提出一种绿色溶剂-添加剂协同策略，采用生物质来源的γ-戊内酯（GVL）替代传统有毒溶剂γ-丁内酯（GBL），并结合还原性酸（如草酸）作为添加剂，成功实现了α相FAPbI₃单晶的稳定制备。研究发现，GVL通过形成FA⁺-GVL氢键和高价态[PbIₓ]²⁻ˣ簇，显著提升前驱体稳定性；同时，研究首次发现一种溶剂参与型中间体δ-FAPbI₃-GVL，该中间体可在60℃低温下转化为α相，有效降低相变能垒。添加剂调控机理研究表明，H⁺与还原性基团发挥协同作用：H⁺促进FA⁺解离，还原性基团抑制MA⁺去质子化，二者共同实现对δ相的有效抑制。基于该策略，团队制备出FA₀.₉MA₀.₁PbI₃单晶薄膜，其缺陷密度低至8.3×10¹¹ cm⁻³。以此构建的自供电光电探测器在零偏压下展现出优异性能：响应度达14.5 mA/W，探测率为3.75×10¹⁰ Jones，响应速度为149/65 μs。尤为重要的是，未封装器件在室温环境中存放30天后性能仅衰减17%，展现出卓越的环境稳定性。
该研究不仅阐明了溶剂-添加剂协同作用调控钙钛矿晶相的内在机理，更为绿色、可规模化制备高稳定性钙钛矿光电器件提供了全新思路。该方法突破了传统有毒溶剂和高温制备工艺的限制，将绿色化学理念引入钙钛矿光电器件领域，为构建高性能、环境友好的自供电光电探测系统奠定了重要基础。
以上工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北大学自然科学交叉学科研究项目等基金的资助。
论文链接：https://www.sciengine.com/SCMs/doi/10.1007/s40843-025-4000-1
