陈刚课题组揭示了氯离子调控二维层状钙钛矿晶体取向的机理

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近日，上海科技大学物质科学与技术学院陈刚课题组在二维层状钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展，研究成果发表于国际期刊Nano Letters。
钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，然而其较差的环境稳定性制约了产业化应用。在钙钛矿晶体中引入有机长链阳离子、形成二维层状钙钛矿可有效提高其环境稳定性。由于结构引起光学和电学性能的各向异性，精确调控二维层状钙钛矿中晶体取向对其光电应用（如太阳能电池、光电探测器）至关重要。
        陈刚团队原位观察了氯添加剂调控二维层状钙钛矿的晶体取向的过程和机理，并控制了丁铵基二维层状钙钛矿膜的晶体取向。采用同步辐射原位掠入射X射线衍射技术，通过跟踪成膜过程中的结晶动力学和化学转化途径，同时结合光谱学分析了中间相的转变过程，揭示了氯添加剂的取向调制机制。研究发现了两种新的与氯相关的中间体,它们是诱导二维层状钙钛矿薄膜定向生长的模板。

图1：应用同步辐射掠入射X射线衍射技术对不同氯离子添加剂含量的二维层状钙钛矿薄膜的结构进行系统地表征。

        研究人员进一步通过氯离子添加剂精确调控了二维层状钙钛矿晶体取向，制备了乱序、垂直、混合、平行取向的钙钛矿薄膜并表征了它们的取向性。通过将不同取向的二维层状钙钛矿晶体应用于太阳能电池和光电探测器，获得了优越的器件性能，且器件性能与二维层状钙钛矿薄膜的晶体取向性有很强的相关性。

图2：垂直和平行晶体取向的二维层状钙钛矿薄膜分别应用于太阳能电池和光电探测器。

        在本项研究工作中，物质学院2020级博士研究生陈宾为第一作者，常任副教授陈刚和副研究员孟轲为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金委、上海市科委和上海科技大学的资助，同时得到了上海光源的大力支持。
       论文标题：In Situ Observing and Tuning the Crystal Orientation of Two-Dimensional Layered Perovskite via the Chlorine Additive
        论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02473
        文章来源：上海科技大学
       陈刚,上海科技大学教授。2000年毕业于中国科学技术大学物理系，获学士学位。2007年于美国普渡大学，获物理学博士学位。2007年－2011年，在美国加州大学圣地亚哥分校物理系从事博士后研究。2011年－2012年，受聘于美国劳伦斯伯克利国家实验室的生物物理和材料部门。2012年10月，以中科院“百人计划”引进海外杰出人才加入上海应用物理研究所（研究员）。2015年1月加入上海科技大学物质科学与技术学院，任助理教授。
       孟轲2010年毕业于中南大学获得学士学位，2014年12月毕业于爱尔兰都柏林大学化学工程专业，获得博士学位。博士期间主要从事光电材料方面的研究。2017年3月作为助理研究员加入上海科技大学物质学院陈刚助理教授课题组，从事基于新型钙钛矿材料的太阳能电池的研究。