密苏里科技大学的研究人员发现了一种前所未有的、经济的方法来制造高性能无机薄膜，或“外延”薄膜，用于制造用于柔性电子、led和太阳能电池的半导体。
这项研究发表在今天的《科学》杂志上，题为“自旋涂层外延薄膜”。
“我们想出了一个超级简单的方法，以前从来没有人用商用自旋涂布机来制作这些薄膜，”杰伊·斯威策博士说，他是密苏里州科学技术大学化学研究基金会的唐纳德·L·卡斯特曼教授。“这是一种廉价且容易获得的方法，可以制备出具有优异电子和光学性能的单晶状材料。”
“特别是，我们对钙钛矿材料铯溴化铅的高有序外延沉积的研究，这是一种用于高效光伏太阳能电池的新型半导体，可以提高用这种材料生产的太阳能电池的效率，”卡斯特曼补充说。
外延是晶体或薄膜的生长，其方向由它们所层压的晶体基底决定。当这些晶体的原子结构与它们的衬底完全一致时，最终的结果就是形成了一种具有优越的电子和光学性能的薄膜，其性能可与更昂贵的单晶相媲美。
外延(A)溴化铯铅、(B)碘化铅、(C)氯化钠和(D)氧化锌的电子和光学显微镜图像。
到目前为止，自旋涂层主要用于制作光刻聚合物涂层或在基板上沉积有机半导体薄膜，但最终得到的薄膜要么是多晶的，要么没有晶体结构——不是外延结构——具有当今最先进的电子产品所需要的完美水平。
“我们已经学会了用自旋涂层在各种无机基底上制作高度定向的薄膜和纳米晶体，”斯威策说。“到目前为止，原子完美的外延薄膜已经由其他几种方法制成，其中一些非常昂贵，需要超高真空。”
这些方法包括分子束外延(MBE)、化学气相沉积、液相外延、水热处理、化学镀液沉积和电沉积。根据小企业创新研究(SBIR)项目，MBE机器的成本约为100万美元，更大的生产系统成本更高；斯维泽说，每台MBE机器只能用于一种材料。其他外延方法受到高温高压要求的限制。
在两年的时间里，研究小组发现，无机材料的外延膜，如碘化铅、氧化锌、氯化钠和钙钛矿晶体结构，可以通过简单地旋转涂覆其溶液或材料的前驱体，沉积在单晶或类似的基底上。