钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的<italic style="font-style: italic">B</italic>位工程

马闯; 赵奎

doi:10.37188/CJL.20220358

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钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程

特邀报告 | 更新时间：2023-04-12

- 钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程
  增强出版
- Perovskite Single-crystal X-ray Detectors: B-site Engineering for Future Wearable Electronics
- 发光学报 2023年44卷第3期页码：486-495
- 作者机构：
  
  陕西师范大学材料科学与工程学院，教育部应用表面与胶体化学重点实验室，陕西省新能源器件重点实验室，陕西省新能源技术工程实验室，新能源材料研究所，陕西西安　710119
- 作者简介：
  
  [ "马闯（1989-），男，河南洛阳人，博士，2022年于陕西师范大学获得博士学位，主要从事低维钙钛矿单晶合成以及X射线探测器应用的研究。" ]
  [ "赵奎（1983-），男，四川南充人，博士，教授，博士生导师，2009年于中国科学院获得博士学位，主要从事能源材料，包括基于有机和钙钛矿的光伏和电子器件的研究。" ]
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(61974085);Fundamental Research Funds for the Central Universities(GK202103109;GK202201005);Joint Research Funds of Department of Science & Technology of Shaanxi Province and Northwestern Polytechnical University(2020GXLH⁃Z⁃007)
- DOI：10.37188/CJL.20220358
  中图分类号： TL816.1
- 纸质出版日期：2023-03-05，
  
  收稿日期：2022-09-29，
  
  修回日期：2022-10-26，
- 稿件说明：
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马闯,赵奎.钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程[J].发光学报,2023,44(03):486-495.

MA Chuang,ZHAO Kui.Perovskite Single-crystal X-ray Detectors: B-site Engineering for Future Wearable Electronics[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(03):486-495.
马闯,赵奎.钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程[J].发光学报,2023,44(03):486-495. DOI： 10.37188/CJL.20220358.

MA Chuang,ZHAO Kui.Perovskite Single-crystal X-ray Detectors: B-site Engineering for Future Wearable Electronics[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(03):486-495. DOI： 10.37188/CJL.20220358.

摘要

卤化铅基钙钛矿单晶（SC）X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而，铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。

ABX

杂化钙钛矿具有多种结构，通过

位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中，我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展，提供了从铅基到无铅再到无金属的

位工程概述。随后，提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导，以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。

Abstract

Lead-halide perovskite single-crystal （SC） X-ray detectors have received considerable attentions due to their strong stopping power and high carrier transport efficiency. However， the application of lead-halide perovskite for wearable electronics is inhibited by their toxicity.

ABX

hybrid perovskites have versatile structures， which enable the combination of optoelectronic properties and environmentally friendly processing through

-site engineering. In this perspective， we summarize the state of the art in perovskite SC X-ray detectors， providing an overview of

-site engineering from lead-based to lead-free and then metal-free. Later， perspective for future perovskite wearable electronics are proposed. We hope that this perspective will provide a helpful guide for structure design towards highly efficient and eco-friendly perovskite wearable electronics.

关键词

卤化钙钛矿单晶X射线探测器B位工程可穿戴电子器件

Keywords

halide perovskite single-crystalX-ray detectorB-site engineeringwearable electronics

references

PENG J L， XU Y L， YAO F， et al. Thick-junction perovskite X-ray detectors： processing and optoelectronic considerations ［J］. Nanoscale， 2022， 14（27）： 9636-9647. doi: 10.1039/d2nr01643ehttp://dx.doi.org/10.1039/d2nr01643e

孙锡娟，夏梦玲，许银生，等. 钙钛矿直接型X射线探测成像研究进展［J］. 发光学报， 2022， 43（7）： 1014-1026. doi: 10.37188/cjl.20220119http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220119

SUN X J， XIA M L， XU Y S， et al. Research progress of perovskite direct X-ray imaging ［J］. Chin. J. Lumin.， 2022， 43（7）： 1014-1026. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220119http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220119

PAN Z W， WU L， JIANG J Z， et al. Searching for high-quality halide perovskite single crystals toward X-ray detection ［J］. J. Phys. Chem. Lett.， 2022， 13（13）： 2851-2861. doi: 10.1021/acs.jpclett.2c00450http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c00450

SU Y R， MA W B， YANG Y. Perovskite semiconductors for direct X-ray detection and imaging ［J］. J. Semicond.， 2020， 41（5）： 051204-1-10. doi: 10.1088/1674-4926/41/5/051204http://dx.doi.org/10.1088/1674-4926/41/5/051204

CHO Y， JUNG H R， JO W. Halide perovskite single crystals： growth， characterization， and stability for optoelectronic applications ［J］. Nanoscale， 2022， 14（26）： 9248-9277. doi: 10.1039/d2nr00513ahttp://dx.doi.org/10.1039/d2nr00513a

DONG Q F， FANG Y J， SHAO Y C， et al. Electron-hole diffusion lengths > 175 μm in solution-grown CH3NH3PbI3 single crystals ［J］. Science， 2015， 347（6225）： 967-970. doi: 10.1126/science.aaa5760http://dx.doi.org/10.1126/science.aaa5760

LIU Y， ZHENG X P， FANG Y J， et al. Ligand assisted growth of perovskite single crystals with low defect density ［J］. Nat. Commun.， 2021， 12（1）： 1686-1-8. doi: 10.1038/s41467-021-21934-6http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-21934-6

KAKAVELAKIS G， GEDDA M， PANAGIOTOPOULOS A， et al. Metal halide perovskites for high-energy radiation detection ［J］. Adv. Sci.， 2020， 7（22）： 2002098-1-33. doi: 10.1002/advs.202002098http://dx.doi.org/10.1002/advs.202002098

ZHOU Y， CHEN J， BAKR O M， et al. Metal halide perovskites for X-ray imaging scintillators and detectors ［J］. ACS Energy Lett.， 2021， 6（2）： 739-768. doi: 10.1021/acsenergylett.0c02430http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02430

WANG J T， WANG S Z， ZHOU Y H， et al. Flexible perovskite light-emitting diodes： progress， challenges and perspective ［J］. Sci. China Mater.， 2023， 66： 1-21. doi: 10.1007/s40843-022-2197-4http://dx.doi.org/10.1007/s40843-022-2197-4

ZHAO J J， ZHAO L， DENG Y H， et al. Perovskite-filled membranes for flexible and large-area direct-conversion X-ray detector arrays ［J］. Nat. Photonics， 2020， 14（10）： 612-617. doi: 10.1038/s41566-020-0678-xhttp://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-0678-x

BAO Z N， CHEN X D. Flexible and stretchable devices ［J］. Adv. Mater.， 2016， 28（22）： 4177-4179. doi: 10.1002/adma.201601422http://dx.doi.org/10.1002/adma.201601422

CHENG Y M， WANG K， XU H， et al. Recent developments in sensors for wearable device applications ［J］. Anal. Bioanal. Chem.， 2021， 413（24）： 6037-6057. doi: 10.1007/s00216-021-03602-2http://dx.doi.org/10.1007/s00216-021-03602-2

CIAVATTI A， SORRENTINO R， BASIRICÒ L， et al. High-sensitivity flexible X-ray detectors based on printed perovskite inks ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（11）： 2009072-1-9. doi: 10.1002/adfm.202009072http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202009072

DEMCHYSHYN S， VERDI M， BASIRICÒ L， et al. Designing ultraflexible perovskite X-ray detectors through interface engineering ［J］. Adv. Sci.， 2020， 7（24）： 2002586-1-11. doi: 10.1002/advs.202002586http://dx.doi.org/10.1002/advs.202002586

SUN R J， WANG Z F， WANG H Q， et al. Micrometer-resolution X-ray imaging enabled by a flexible perovskite screen ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2022， 14（32）： 36801-36806. doi: 10.1021/acsami.2c08238http://dx.doi.org/10.1021/acsami.2c08238

STOUMPOS C C， MALLIAKAS C D， PETERS J A， et al. Crystal growth of the perovskite semiconductor CsPbBr3： a new material for high-energy radiation detection ［J］. Cryst. Growth. Des.， 2013， 13（7）： 2722-2727. doi: 10.1021/cg400645thttp://dx.doi.org/10.1021/cg400645t

WEI H T， FANG Y J， MULLIGAN P， et al. Sensitive X-ray detectors made of methylammonium lead tribromide perovskite single crystals ［J］. Nat. Photonics， 2016， 10（5）： 333-339. doi: 10.1038/nphoton.2016.41http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2016.41

SONG J M， FENG X P， LI H Y， et al. Facile strategy for facet competition management to improve the performance of perovskite single-crystal X-ray detectors ［J］. J. Phys. Chem. Lett.， 2020， 11（9）： 3529-3535. doi: 10.1021/acs.jpclett.0c00770http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00770

SONG Y L， LI L Q， BI W H， et al. Atomistic surface passivation of CH3NH3PbI3 perovskite single crystals for highly sensitive coplanar-structure X-ray detectors ［J］. Research， 2020， 2020： 5958243-1-10. doi: 10.34133/2020/5958243http://dx.doi.org/10.34133/2020/5958243

HUANG Y M， QIAO L， JIANG Y Z， et al. A-site cation engineering for highly efficient MAPbI3 single-crystal X-ray detector ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（49）： 17834-17842. doi: 10.1002/anie.201911281http://dx.doi.org/10.1002/anie.201911281

WU J M， WANG L X， FENG A B， et al. Self-powered FA0.55MA0.45PbI3 single-crystal perovskite X-ray detectors with high sensitivity ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2022， 32（9）： 2109149-1-10. doi: 10.1002/adfm.202109149http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202109149

LIU Y C， ZHANG Y X， ZHU X J， et al. Triple-cation and mixed-halide perovskite single crystal for high-performance X-ray imaging ［J］. Adv. Mater.， 2021， 33（8）： 2006010-1-10. doi: 10.1002/adma.202006010http://dx.doi.org/10.1002/adma.202006010

HE Y H， PAN W T， GUO C J， et al. 3D/2D perovskite single crystals heterojunction for suppressed ions migration in hard X-ray detection ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（49）： 2104880-1-8. doi: 10.1002/adfm.202104880http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202104880

LI H Y， SONG J M， PAN W T， et al. Sensitive and stable 2D perovskite single-crystal X-ray detectors enabled by a supramolecular anchor ［J］. Adv. Mater.， 2020， 32（40）： 2003790-1-9. doi: 10.1002/adma.202003790http://dx.doi.org/10.1002/adma.202003790

SHEN Y， LIU Y C， YE H C， et al. Centimeter-sized single crystal of two-dimensional halide perovskites incorporating straight-chain symmetric diammonium ion for X-ray detection ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（35）： 14896-14902. doi: 10.1002/anie.202004160http://dx.doi.org/10.1002/anie.202004160

HEO S， SEO G， CHO K T， et al. Dimensionally engineered perovskite heterostructure for photovoltaic and optoelectronic applications ［J］. Adv. Energy Mater.， 2019， 9（45）： 1902470-1-8. doi: 10.1002/aenm.201902470http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201902470

XIAO Z W， SONG Z N， YAN Y F. From lead halide perovskites to lead-free metal halide perovskites and perovskite derivatives ［J］. Adv. Mater.， 2019， 31（47）： 1803792-1-22. doi: 10.1002/adma.201803792http://dx.doi.org/10.1002/adma.201803792

WANG R， WANG J T， TAN S， et al. Opportunities and challenges of lead-free perovskite optoelectronic devices ［J］. Trends Chem.， 2019， 1（4）： 368-379. doi: 10.1016/j.trechm.2019.04.004http://dx.doi.org/10.1016/j.trechm.2019.04.004

MAUGHAN A E， GANOSE A M， BORDELON M M， et al. Defect tolerance to intolerance in the vacancy-ordered double perovskite semiconductors Cs2SnI6 and Cs2TeI6 ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 2016， 138（27）： 8453-8464.

ZHOU X F， WANG Y S， GE C Y， et al. Lead-free perovskite single crystals： a brief review ［J］. Crystals， 2021， 11（11）： 1329-1-14. doi: 10.3390/cryst11111329http://dx.doi.org/10.3390/cryst11111329

LI M B， LI H Y， LI W J， et al. Oriented 2D perovskite wafers for anisotropic X-ray detection through a fast tableting strategy ［J］. Adv. Mater.， 2022， 34（8）： 2108020-1-9. doi: 10.1002/adma.202108020http://dx.doi.org/10.1002/adma.202108020

PAN W C， WU H D， LUO J J， et al. Cs2AgBiBr6 single-crystal X-ray detectors with a low detection limit ［J］. Nat. Photonics， 2017， 11（11）： 726-732. doi: 10.1038/s41566-017-0012-4http://dx.doi.org/10.1038/s41566-017-0012-4

YUAN W N， NIU G D， XIAN Y M， et al. In situ regulating the order-disorder phase transition in Cs2AgBiBr6 single crystal toward the application in an X-ray detector ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2019， 29（20）： 1900234-1-9. doi: 10.1002/adfm.201900234http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201900234

YIN L X， WU H D， PAN W C， et al. Controlled cooling for synthesis of Cs2AgBiBr6 single crystals and its application for X-ray detection ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2019， 7（19）： 1900491-1-8. doi: 10.1002/adom.201900491http://dx.doi.org/10.1002/adom.201900491

ZHUANG R Z， WANG X J， MA W B， et al. Highly sensitive X-ray detector made of layered perovskite-like （NH4）3Bi2I9 single crystal with anisotropic response ［J］. Nat. Photonics， 2019， 13（9）： 602-608. doi: 10.1038/s41566-019-0466-7http://dx.doi.org/10.1038/s41566-019-0466-7

ZHENG X J， ZHAO W， WANG P， et al. Ultrasensitive and stable X-ray detection using zero-dimensional lead-free perovskites ［J］. J. Energy Chem.， 2020， 49： 299-306. doi: 10.1016/j.jechem.2020.02.049http://dx.doi.org/10.1016/j.jechem.2020.02.049

LI W， XIN D Y， TIE S J， et al. Zero-dimensional lead-free FA3Bi2I9 single crystals for high-performance X-ray detection ［J］. J. Phys. Chem. Lett.， 2021， 12（7）： 1778-1785. doi: 10.1021/acs.jpclett.1c00090http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00090

SONG X， HODES G， ZHAO K， et al. Metal-free organic halide perovskite： a new class for next optoelectronic generation devices ［J］. Adv. Energy Mater.， 2021， 11（11）： 2003331-1-13. doi: 10.1002/aenm.202003331http://dx.doi.org/10.1002/aenm.202003331

CUI Q Y， SONG X， LIU Y C， et al. Halide-modulated self-assembly of metal-free perovskite single crystals for bio-friendly X-ray detection ［J］. Matter， 2021， 4（7）： 2490-2507. doi: 10.1016/j.matt.2021.05.018http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2021.05.018

CUI Q Y， LIU S F， ZHAO K. Structural and functional insights into metal-free perovskites ［J］. J. Phys. Chem. Lett.， 2022， 13（23）： 5168-5178.

SONG X， CUI Q Y， LIU Y C， et al. Metal-free halide perovskite single crystals with very long charge lifetimes for efficient X-ray imaging ［J］. Adv. Mater.， 2020， 32（42）： 2003353-1-8. doi: 10.1002/adma.202003353http://dx.doi.org/10.1002/adma.202003353

SONG X， LI Q， HAN J， et al. Highly luminescent metal-free perovskite single crystal for biocompatible X-ray detector to attain highest sensitivity ［J］. Adv. Mater.， 2021， 33（36）： 2102190-1-10. doi: 10.1002/adma.202102190http://dx.doi.org/10.1002/adma.202102190

CUI Q Y， BU N， LIU X M， et al. Efficient eco-friendly flexible X-ray detectors based on molecular perovskite ［J］. Nano Lett.， 2022， 22（14）： 5973-5981. doi: 10.1021/acs.nanolett.2c02071http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02071

SIRBU D， TSUI H C L， ALSAIF N， et al. Wide-band-gap metal-free perovskite for third-order nonlinear optics ［J］. ACS Photonics， 2021， 8（8）： 2450-2458. doi: 10.1021/acsphotonics.1c00687http://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00687

ZHANG P， HUA Y Q， XU Y D， et al. Ultrasensitive and robust 120 keV hard X-ray imaging detector based on mixed-halide perovskite CsPbBr3-nIn single crystals ［J］. Adv. Mater.， 2022， 34（12）： 2106562-1-11. doi: 10.1002/adma.202106562http://dx.doi.org/10.1002/adma.202106562

LI X， ZHANG P， HUA Y Q， et al. Ultralow detection limit and robust hard X-ray imaging detector based on inch-sized lead-free perovskite Cs3Bi2Br9 single crystals ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2022， 14（7）： 9340-9351. doi: 10.1021/acsami.1c24086http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c24086

LI X， DU X Y， ZHANG P， et al. Lead-free halide perovskite Cs3Bi2Br9 single crystals for high-performance X-ray detection ［J］. Sci. China Mater.， 2021， 64（6）： 1427-1436. doi: 10.1007/s40843-020-1553-8http://dx.doi.org/10.1007/s40843-020-1553-8

LEI Y S， CHEN Y M， XU S. Single-crystal halide perovskites： opportunities and challenges ［J］. Matter， 2021， 4（7）： 2266-2308. doi: 10.1016/j.matt.2021.05.002http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2021.05.002

LI Z Z， PENG G Q， CHEN H Y， et al. Metal-free PAZE-NH4X3⋅H2O perovskite for flexible transparent X-ray detection and imaging ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61（36）： e202207198-1-9. doi: 10.1002/anie.202207198http://dx.doi.org/10.1002/anie.202207198

LONG J， HUANG Z Q， ZHANG J Q， et al. Flexible perovskite solar cells： device design and perspective ［J］. Flex. Print. Electron， 2020， 5（1）： 013002-1-16. doi: 10.1088/2058-8585/ab556ehttp://dx.doi.org/10.1088/2058-8585/ab556e

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