8月27日消息，据AZoM报道，一项发表于材料领域期刊的研究通过第一性原理计算、分子动力学模拟与原子分辨扫描透射电镜（STEM）观察，系统揭示了扭转角对卤化钙钛矿异质结构中卤素离子迁移的调控作用，为钙钛矿光电器件稳定性设计提出新思路。
卤化钙钛矿在光伏电池、发光二极管和光电探测器中应用潜力巨大，但卤素离子迁移会改变局部成分、诱发相变并降低器件性能；在混合卤化物钙钛矿中还会引起相分离并改变带隙。研究团队制备了扭转角分别为0°、15°和28°的CsPbBr3–CsPbCl3异质结构光电探测器，结合电流-电压测量与光致发光光谱评估离子迁移程度。
实验显示卤素离子在异质界面并非均匀迁移：0°结构中Br和Cl初始各自停留在己方，但一小时后局部出现弱互扩散，扩散通道优先在CsPbBr3与CsPbCl3晶格匹配良好的位置形成。引入15°和28°扭转角后，扩散通道的形成受到抑制，卤素离子互扩散显著减缓——0°异质结构达到完全成分均匀化的时间远短于28°结构。原子分辨STEM直接观测到通道形成的时间序列：0°时通道快速形成，15°时明显延迟，28°时几乎被完全抑制。
机制层面，第一性原理计算表明两种钙钛矿晶体间存在窄的卤素富集间隙，额外卤素离子在此聚集；范德华相互作用随界面距离和扭转角变化，对纳米桥接和通道形成起关键作用。分子动力学模拟印证了0°结构中的快速互扩散与28°结构中仅有的有限离子移动。研究确立了扭转角作为调控卤化钙钛矿离子输运的新设计参数，表明晶格排列与界面范德华力共同决定离子迁移通道的形成，通过扭转电子学（twistionics）策略有望延长钙钛矿太阳能电池及相关器件的运行寿命。
（来源：AZoM）