近十年來，由于有機-無機雜化鉛鹵鈣鈦礦優良的半導體特性，其在光伏電池、發光二極管、光催化和光電探測器等領域中得到了快速發展。在光電探測器中，半導體鈣鈦礦的晶體質量對器件的性能（如響應開關比、靈敏度、檢測限等）有著重要影響。與廣泛報道的鈣鈦礦多晶材料相比，單晶材料具有無晶界、缺陷態少、載流子遷移率高等**優勢，因而在光電器件領域有著更廣闊的應用前景。就目前報道的鈣鈦礦單晶材料而言，大多數晶體的厚度達到了幾毫米，遠遠超過其載流子**擴散距離（一般小于200微米），從而會造成嚴重的電荷復合。薄片狀鈣鈦礦單晶的可控制備是克服該問題的一種**策略。此外，就化學組分而言，以碘化鉛甲胺為首的有機-無機雜化鈣鈦礦單晶材料還存在著一系列的不足：易揮發的有機組分會影響器件的長期穩定性和環境耐受性；鉛元素的高毒性限制該類材料的實際應用；低的離子遷移活化能導致離子容易遷移，從而使器件暗電流較高，嚴重影響探測信噪比。結合以上問題，亟需發展具有環境友好、高穩定性的非鉛無機鈣鈦礦單晶薄片。

近日，中山大學匡代彬教授課題組結合前期研究基礎，實現無機無鉛Cs3Bi2I9單晶薄片的制備。其厚度最薄可低至1微米，橫向尺寸達到4毫米。該Cs3Bi2I9單晶薄片是通過空間限域-溶劑揮發結晶法在ITO導電玻璃上原位生長得到，此方法工藝簡單，成本低廉，且便于器件組裝。與Cs3Bi2I9多晶薄膜相比，該單晶薄片的缺陷密度降低了263倍、遷移率提升了5個數量級。得益于Cs3Bi2I9單晶薄片高的晶體質量和短的載流子傳輸路徑，基于該單晶薄片的垂直型光探測器表現出良好的光探測性能：高的響應開關比、寬光強檢測范圍、較低檢測限和較快的響應速度。尤其是，Cs3Bi2I9單晶薄片探測器的光響應開關比高達11000，相比Cs3Bi2I9多晶薄膜器件提升了460倍；也遠高于目前報道的Cs3Bi2I9體相單晶探測器。此外，器件穩定性是光探測器實際商業化應用中必須要考慮的重要因素。經過測試發現，Cs3Bi2I9單晶薄片器件具有**的光、熱、濕度穩定性。值得說明的是，未經封裝的器件可在50% RH的潮濕空氣環境中長期穩定至少1000小時。

本工作將為穩定低毒的鈣鈦礦單晶薄片材料的可控制備及其光探測器、太陽電池、光催化等領域的應用研究提供了可行的思路。相關結果在線發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201909701）上。