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。