【原】《AFM》：首次在单相无铅钙钛矿中成功实现自驱动X射线检测！

能够将X射线光子转换为电信号的直接X射线检测机在各种应用中具有重要意义，包括医疗诊断、安检、无损产品检测和食品质量检测。近年来，卤化铅钙钛矿(LHPs)由于其低成本制备、强X射线吸收、大迁移率寿命等优点，在直接X射线探测方面取得了巨大成功。例如，基于MAPbI₃ (MA=CH₃NH₃⁺)的X射线检测器实现了2.2×108μC Gy^-1 cm^-2的最高灵敏度和0.1 nGy s^-1的超低检测限。当前，卤化铅钙钛矿在直接X射线探测方面取得了很大进展，然而有毒铅的存在和高工作电压的要求严重限制了它们的适用性和操作稳定性。因此，探索能够在零偏压下探测X射线的“绿色”无铅混合钙钛矿是至关重要的，但仍然具有严峻的挑战性。

来自中国科学院福建物质结构研究所等单位的学者利用手性R/S-1-苯基丙胺(R/S-PPA)阳离子，构建了一对0D手性极性钙钛矿，(R/S-PPA)₂BiI₅(1R/1S)。它们的内在自发电极化诱导了0.63 V的大的体光电压，其作为分离和传输光生载流子的驱动力，从而赋予它们自驱动检测的能力。因此，具有270 nGy s^-1低检测极限的自驱动X射线检测器是基于高质量、英寸大小的1R单晶来成功构建的。值得注意的是，在自驱动模式下，它们显示出受抑制的基线漂移，表现出优异的操作稳定性。本研究利用本征体光伏效应实现了单相无铅混合钙钛矿中的自驱动X射线探测，为未来无铅混合钙钛矿向高性能“绿色”自驱动辐射探测器的探索提供了思路。相关文章以“Inch-Size Single Crystals of Lead-Free Chiral Perovskites with Bulk Photovoltaic Effect for Stable Self-Driven X-Ray Detection”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https:///10.1002/adfm.202303523

图1.a)沿a轴观察的1R和1S的对映体堆积结构。为了清楚起见，省略了氢原子。b) SC生长的示意图。c)1R英寸大小SC的照片。d)实验和模拟的粉末XRD图案。e)1R SC顶面的XRD扫描。f，g)分别在(080)和(0100)的衍射峰的高分辨率XRD摇摆曲线。h)1R的SCXRD衍射斑点。i，j)1R SC的(0k0)晶面的3D AFM和SEM图像。

图 2.a) 1R 的吸收光谱和估计带隙（插图）。b) 1R 和 1S 的 CD 光谱。

图 3. a) 1R SC 检测器示意图。b) 1R、Si、α-Se 和 MA₃Bi₂I₉ 的吸收光谱作为 X 射线光子能量的函数。c) 1R 在沿 b 轴的 X 射线照射下的电压依赖性光电导率。d) 1R 探测器在黑暗和 X 射线照射下的 I-V 迹线。

图 4.a) 1R SC 探测器对 X 射线的光响应，分别在 0 和 10 V 偏压下增加剂量率。b) X 射线光电流密度作为剂量率的函数。c) 0 V 偏压时 X 射线剂量率相关的 SNR。d) 分别在 0 和 10 V 偏压下检测器的暗电流跟踪。e) 1R器件抵抗连续X射线照射的稳定光响应。f) 自驱动X 射线检测机制示意图。

总之，本研究通过构建 0D 手性极性钙钛矿 (R/S-PPA)₂BiI₅(1R/1S)，首次在单相无铅钙钛矿中成功实现了自驱动 X 射线检测。1R 中固有的自发电极化导致光电压为 0.63 V 的强 BPVE，从而赋予它们自驱动检测的能力。因此，基于大型 1R SC 的 X 射线检测器表现出 31 μC Gy^-1 cm^-2的相当高的灵敏度、270 nGy s^-1 的低检测限以及零偏压下的出色稳定性。这项开创性工作为设计混合钙钛矿中的自驱动“绿色”辐射探测器提供了新的见解。（文：SSC）