近年来，金属卤化物钙钛矿材料成功应用于多种光电器件，包括太阳能电池、光电探测器、辐射检测、激光器和发光二极管等。尽管钙钛矿单像素器件的效率一直在稳步提高，但在许多情况下，如大面积显示器、实时成像、多点跟踪等，采用像素阵列对于适应现代信息技术来说具有重要的意义。晶体排列的精确性对于钙钛矿单晶阵列（PSCAs）来说是一个关键的参数，精确的晶体排列具有显著的优势：通过减少结构缺陷来提高设备的性能和均匀性、优化光电性能、与现有技术无缝集成以及改善光伏器件中的光管理。在PSCAs 制备过程中，成核过程在确定晶体的最终结构和性质方面起着至关重要的作用。然而，成核的内在随机性和不确定性使得精确控制晶体生长和排列变得十分具有挑战性。

针对上述问题，张俊虎教授课题组与魏浩桐教授课题组合作开发出一种液滴辅助晶体自排列的方法，用于精确组装钙钛矿单晶，从而实现对它们形态、尺寸、位置和排列方向的控制。这一策略有效解决了由于成核的内在随机性和不确定性而产生的晶体排列不规则的挑战。晶核在前驱体液滴内析出后自发地移动和旋转以实现自排列，而这种自排列的驱动力来自于晶体自身的重力和前驱体液滴的表面张力，无需额外的作用力介入。这种方法的优势体现在以下两个关键方面：1）该方法将PSCAs 中晶体尺寸从亚微米范围扩展至微米到亚毫米范围，这种扩大的晶体尺寸范围为PSCAs 的潜在应用开辟了更广泛的范围，如电离辐射检测（通常需要更厚且更坚固的晶体）；2）该方法不依赖于晶体与特定基底的严格匹配，因此，可以在多种基底上制备不同的PSCAs，如FTO/ITO 玻璃、石英、硅片、PDMS等。这些特性为不同的应用场景提供了更多的灵活性和适应性，使得这些阵列的使用更加有效和高效。相关研究成果以“Precise Arraying of Perovskite SingleCrystals through Droplet-assisted Self-alignment”为标题发表在ScienceAdvances 杂志（Sci. Adv. 2024, 10 (28), eado0873）。

钙钛矿单晶阵列的制备过程和表征。