光电逻辑器件因其高速信息传输、高带宽和低功耗等优势被认为是下一代逻辑电路的理想模型。得益于钙钛矿材料的可调带隙和溶液处理等优势，钙钛矿异质结构可以对不同波长入射光产生差异化的光电响应信号，还可与印刷技术兼容，具有低成本和大规模制造等优势，可用于制备光电逻辑器件。然而，目前的光电逻辑器件通常由两个以上的异质结构堆叠而成，复杂的构型和制造工艺限制了其集成和应用。

在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组开展了可控印刷多维度、多功能微纳传感器件等方面的研究，取得了系列重要进展（Adv. Mater., 2018, 30, 1703963; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 14234; Adv. Mater., 2020, 32, 1907280; ACS Nano, 2022, 16, 10; Adv. Intell. Syst., 2023, 5, 2200307; Nat. Commun., 2023, 14, 1204）。

最近，该课题组利用模板辅助连续印刷策略可控制备钙钛矿异质结构阵列，并成功实现光控逻辑运算。该策略首先印刷制备MAPbBr₃阵列，之后在预成型MAPbBr₃阵列和模板的协同诱导作用下，在MAPbBr₃阵列的特定位点处精准印刷构筑MAPbI₃异质区域。在异质区域的引入过程中，通过精准调控MAPbI₃前驱体溶液中DMF/MAAc二元溶剂的比例和浓度，避免该过程对预成型MAPbBr₃阵列的损伤，并抑制瑞利失稳效应，改善MAPbI₃的结晶质量，从而制备具有多异质区域且形貌均匀可控的MAPbBr₃-MAPbI₃异质结构阵列。印刷制备的MAPbBr₃-MAPbI₃异质结构的不同区域可以对不同波长的入射光（如450 nm和650 nm）展现出不同的逻辑态。结合电极设计，不仅在单个钙钛矿异质结构单元上成功实现了“与”和“或”逻辑门，并在钙钛矿异质结构阵列上以100% 的准确率实现了相应的逻辑操作。该工作验证了印刷制备高密度异质结构阵列的可行性，为简化光电集成器件的制备工艺提供了新方法。

相关研究成果近期发表在Advanced Materials（Adv. Mater.2024,2404740.DOI:10.1002/adma.202404740），第一作者是博士生谢红飞，共同第一作者是博士生陈思思，通讯作者是宋延林研究员和苏萌研究员。

印刷制备钙钛矿异质结构阵列实现光控逻辑运算

绿色印刷院重点实验室

2024年6月19日