苏州大学，杰青团队，Nature Materials！

研究背景

光电器件从传统平面结构向非可展结构拓展，在仿生学、光学成像和柔性电子学等领域潜力巨大。非可展器件通过独特结构识别光信号空间特性，可与新一代信息设备融合。相比平面器件，它在Z轴上操控能力强，对空间变化更敏感，减少复杂光学元件需求，推动信息系统微型化发展。

关键问题

然而，非可展光电器件的研究主要存在以下问题：

1、传统物理变形方法的具有局限性且会引入应力

现有非可展光电器件主要通过物理变形实现，但这限制了其应用几何形状的多样性，且在折叠或转移过程中不可避免地引入残余应力，使其难以应用于需要精细几何结构的先进功能器件。

2、薄膜沉积技术在曲面上的集成存在挑战

尽管电极和电路能通过特殊技术实现非可展结构，但目前薄膜沉积技术在曲面上难以实现半导体薄膜的均匀致密生长，因空间变化导致前驱体传输、成核和生长不均匀，阻碍光电器件直接集成。目前仅少量半球形器件被报道，缺乏有效方法将光电阵列集成到各种非可展结构上。

新思路

有鉴于此，苏州大学李亮教授等人报道了一种自组装钙钛矿策略，用于集成具有任意非可开发结构的光电阵列。钙钛矿薄膜是由碘化铅溶液的低能量波动驱动的快速成核主导结晶生长而成，其中流体前驱体可以通过表面张力均匀地分散在不可开发的衬底上，然后通过气态操纵自组装成致密的薄膜。该策略覆盖了三维长度尺度超过10⁶个数量级的任意形状衬底，实现了微米级精度的光电二极管阵列独特的结构操控。作为概念的证明，将单透镜成像系统的理论焦面实现为非可展传感器，相对于其平面或半球面，有效地校正了离轴彗差。

技术方案：

1、开发了在曲面上形成全覆盖甲基碘化铅钙钛矿薄膜的策略

本研究开发了一种在曲面上形成全覆盖甲基碘化铅钙钛矿薄膜的策略，通过浸涂、气流辅助和气相转化等步骤，实现了致密钙钛矿薄膜的均匀生长。

2、证实了提出的策略能适应各种复杂的空间结构

本文提出一种钙钛矿薄膜沉积策略，适用于复杂空间结构，克服传统方法难题。前驱体溶液可深入微小角落，通过自组装形成全覆盖薄膜。

3、成功构建了具有无限器件结构的非可展光电阵列

作者基于均匀钙钛矿薄膜构建了非可展光电阵列，采用3D打印掩膜和逐层沉积策略，实现快速稳定响应和高分辨率成像，性能接近平面探测器，且可通过定制掩膜进一步提高分辨率。

4、实现了光电阵列像素坐标的微米级精确预设

研究实现了光电阵列像素坐标的微米级精确预设，将非可展光电子学从半球形拓展到更广泛的无限结构，并开发了更多功能。

技术优势：

1、开创性的提出非可展薄膜集成技术

本文首次提出并成功实现了基于自组装钙钛矿的薄膜直接集成策略，有效克服了传统物理变形技术引入残余应力以及现有薄膜沉积技术难以在任意复杂曲面上实现均匀致密薄膜生长的两大瓶颈。

2、设计了革命性的光学系统像差校正方案

作者创新性地将光学系统理论预测的最佳焦平面集成到定制的非可展传感器中。这一独特的三维结构操纵能力，使得器件能有效校正单透镜系统中的离轴彗差，显著提升了成像质量，突破了传统平面或半球形传感器在复杂光学系统像差校正上的局限。

技术细节

曲面自组装钙钛矿薄膜

本研究开发了一种在曲面上形成全覆盖甲基碘化铅（MPI）钙钛矿薄膜的策略，利用碘化铅（PbI₂）溶液的特殊自组装行为。研究发现，单溶质PbI₂体系可通过快速成核主导的结晶形成致密薄膜，与多溶质体系（如PbI₂/MAI混合物）明显不同。单溶质体系在几秒内形成大量成核位点并迅速达到高覆盖率，而多溶质体系成核位点少、结晶慢、覆盖率低。这种特性为在非可展基底上形成致密薄膜提供了可行途径，尤其适用于机械辅助难以触及的曲面。具体沉积过程如下：首先将PbI₂/DMF溶液浸涂在球形基底上，干燥形成PbI₂薄膜；通过气流消除空间变化导致的溶剂扩散阻滞效应，确保均匀结晶。接着，PbI₂薄膜通过气相辅助的甲基胺（MA）转化为透明液体中间体（MPI·MA），最后在脱离MA环境后释放多余MA，形成深棕色钙钛矿薄膜。该MPI薄膜还通过多个气相循环进行纯化，以减少副产物PbO并改善光电性能。

图  钙钛矿薄膜在不可显影衬底上的自组装

任意形状基底上的钙钛矿薄膜

本文提出的策略能适应各种复杂的空间结构，克服了传统薄膜沉积方法在非可展基底上难以传输前驱体材料并操控后续结晶的挑战。前驱体溶液因其流动性和表面张力能够深入微小角落，完整包裹不规则凸起，随后通过特殊的致密自组装过程形成全覆盖的钙钛矿薄膜。此外，薄膜的液化过程进一步促进了覆盖率和致密性，使带有针孔的粗糙薄膜在液态下得以自愈合。该策略理论上适用于任意形状的基底，并已成功应用于从微米级的微探针到宏观螺钉、透镜，甚至大型中国古塔玻璃模型等不同尺度的物体，覆盖长度范围从亚微米到分米级。利用3D打印技术，作者在具有波纹状和金字塔阵列等特定结构的基底上成功沉积了钙钛矿薄膜。尽管空间变化可能对薄膜厚度产生约20%的扰动，但钙钛矿薄膜的核心参数如结晶度和形貌不受影响，确保了薄膜的均匀性，这对于后续构建光电阵列至关重要。

图  具有各种空间结构的衬底上的钙钛矿

非可展基底上的光电阵列

基于均匀覆盖的钙钛矿薄膜，本文成功构建了具有无限器件结构的非可展光电阵列。以波纹状模型为例，通过3D打印技术制作了匹配的掩膜，并采用逐层沉积策略构建了由垂直光电二极管组成的交叉阵列（ITO/C₆₀/MPI/MoO₃/ITO）。单个像素在无外部偏置下表现出快速稳定的响应（上升时间2.33 μs，衰减时间1.35 μs），在1.1 μW cm⁻²光照下响应度可达0.182 A W⁻¹，性能接近于平面钙钛矿光电探测器。该器件的空间分布均匀性得到了验证，暗电流和光电流的变异系数分别为23.76%和17.8%。该阵列成功识别了“+”形光信号，证明了其成像能力。此外，非可展光电阵列的分辨率可通过定制更精密的掩膜（约100 μm）进一步提高。该策略的通用性还使其能够通过构建亲水/疏水阵列来制造离散像素，例如集成了基于横向对阵列的半球形图像传感器作为概念验证。

图  在波纹形衬底上集成光电阵列

单透镜成像系统的最优传感器

作者通过3D打印技术将单透镜成像系统的理论焦平面（F基底）制作成实体，并与半球形（H）和平面（P）基底进行比较。模拟结果显示，F基底的图像点均方根半径（rr.m.s.）远小于半球形基底（在y=20 mm处，F基底为244.9 μm，H基底为420.1 μm），表明F基底是单透镜系统的更优选择。实验中，集成在F基底上的10×10光电二极管阵列（F器件）表现出比P和H器件更优异的像差校正能力。F器件能够清晰识别所有正方形，而P和H器件在中心以外的区域出现明显畸变。通过分析中心、边缘和角点像素的输出信号强度，进一步证实了F器件在不同空间位置上具有更均匀的光信号分布和更好的像差校正效果。这表明定制的终端传感器能有效优化特定单透镜成像系统，且该过程可推广至其他成像系统，为未来光电子学的发展提供了新的方向。

图  基于单透镜成像系统的理论预测的传感器

展望

总之，本研究提出一种钙钛矿自组装策略，用于不可显影应用。PbI₂溶液在低能量波动下快速成核结晶，实现钙钛矿薄膜在不可显影衬底上的原位生长，覆盖超10⁶数量级的3D长度尺度，适应复杂结构。该策略优化单透镜系统，校正传统传感器彗形像差，提升非球面传感器结构工程，推动光电子学和仿生电子学等跨学科研究发展。

参考文献：

Wang, M., Cao, F., Meng, L. et al. Direct integration of optoelectronic arrays with arbitrary non-developable structures. Nat. Mater. (2025). 

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