混合钙钛矿材料加工专利检索-钙钛矿地球科学专利检索查询-专利查询网

混合钙 钛矿材料加工

阅读：658发布：2020-05-11

专利汇可以提供混合钙钛矿材料加工专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种制备光活性钙钛矿材料的方法。该方法包括以下步骤：将卤化铅和第一溶剂引入第一容器中，并使卤化铅与第一溶剂接触以溶解卤化铅来形成卤化铅溶液，将第一族金属卤化物和第二溶剂引入第二容器中，使第1族金属卤化物与第二溶剂接触以溶解第1族金属卤化物来形成第1族金属卤化物溶液，并使卤化铅溶液与第1族金属卤化物溶液接触以形成薄膜前体墨。该方法进一步包含将薄膜前体墨沉积到衬底上，干燥该薄膜前体墨以形成薄膜，对该薄膜进行退火；并且用盐溶液冲洗该薄膜。，下面是混合钙钛矿材料加工专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包含以下步骤：
制备薄膜前体墨，其中制备薄膜前体墨包含以下步骤：
将卤化铅引入第一容器；
将第一溶剂引入第一容器；
使卤化铅与第一溶剂接触以溶解卤化铅来形成卤化铅溶液；
将第1族金属卤化物引入第二容器；
将第二溶剂引入第二容器；和
使第1族金属卤化物与第二溶剂接触以溶解第1族金属卤化物来形成第1族金属卤化物溶液；
使卤化铅溶液与第1族金属卤化物溶液接触以形成薄膜前体墨；
将薄膜前体墨沉积到衬底上；
干燥该薄膜前体墨以形成薄膜；
将薄膜退火；和
用盐溶液冲洗薄膜，所述盐溶液包含第三溶剂和选自甲基卤化铵、卤化甲脒、卤化胍、卤化亚乙基四胺、卤化咪唑、1,2,2-三氨基乙烯基卤化铵和5-氨基戊酸氢卤化物的盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化铅包含碘化铅(II)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第1族金属卤化物包含碘化铯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第1族金属卤化物包含碘化铷。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第1族金属卤化物包含碘化钠。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第1族金属卤化物包含碘化钾。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂和第二溶剂选自干燥的N-环己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂包含干燥的二甲基甲酰胺(DMF)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二溶剂包含二甲基亚砜(DMSO)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三溶剂选自二甲基甲酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿、氯苯、二甲基亚砜、水及其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度为卤化铅的摩尔浓度的1％和25％之间。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在约40℃至约60℃之间的温度下对所述薄膜退火约5分钟至约30分钟之间。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述盐包含碘化甲脒。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述盐包含甲基碘化铵。
15.根据权利要求1所述的方法，其中冲洗所述薄膜包含至少部分浸入所述盐溶液中。
16.一种钙钛矿材料，其通过包含以下步骤的方法制备：
制备薄膜前体墨，其中制备所述薄膜前体墨包含以下步骤：
将卤化铅引入第一容器；
将第一溶剂引入第一容器；
使卤化铅与第一溶剂接触以溶解卤化铅来形成卤化铅溶液；
将第1族金属卤化物引入第二容器；
将第二溶剂引入第二容器；和
使第1族金属卤化物与第二溶剂接触以溶解第1族金属卤化物来形成第1族金属卤化物溶液；
使卤化铅溶液与第1族金属卤化物溶液接触以形成薄膜前体墨；
将薄膜前体墨沉积到衬底上；
干燥该薄膜前体墨以形成薄膜；
将薄膜退火；和
用盐溶液冲洗薄膜，所述盐溶液包含第三溶剂和选自甲基卤化铵、卤化甲脒、卤化胍、卤化亚乙基四胺、卤化咪唑、1,2,2-三氨基乙烯基卤化铵和5-氨基戊酸氢卤化物的盐。
17.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述卤化铅包含碘化铅(II)。
18.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第1族金属卤化物包含碘化铯。
19.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第1族金属卤化物包含碘化铷。
20.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第1族金属卤化物包含碘化钠。
21.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第1族金属卤化物包含碘化钾。
22.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中第一溶剂和第二溶剂选自干燥的N-环己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合。
23.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第一溶剂包含干燥的二甲基甲酰胺(DMF)。
24.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第二溶剂包含二甲基亚砜(DMSO)。
25.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述第三溶剂选自二甲基甲酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿、氯苯、二甲基亚砜、水及其组合。
26.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度为卤化铅的摩尔浓度的1％至25％之间。
27.权利要求16所述的钙钛矿材料，其中在约40℃至约60℃之间的温度下对所述薄膜退火约5分钟至约30分钟之间。
28.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述盐包含碘化甲脒。
29.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中所述盐包含甲基碘化铵。
30.根据权利要求16所述的钙钛矿材料，其中冲洗所述薄膜包含至少部分浸入所述盐溶液中。

说明书全文

混合钙 钛矿材料加工

背景技术

[0001] 使用光伏电池(PV)从太阳能或辐射中产生电力可以提供许多益处，包括例如电源、低排放或零排放、独立于电网的发电、耐用的物理结构(无运动零件)、稳定且可靠的系统、模块化的结构、相对快的安装、安全的制造和使用以及良好的公众舆论和使用接受度。

[0002] 本公开的特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。虽然本领域技术人员可以做出许多改变，但是这种改变在本发明的精神之内。

[0003] 附图简要说明

[0004] 图1是描绘根据本公开的一些实施方案的DSSC的各个层的DSSC设计的例示。

[0005] 图2是描绘根据本公开的一些实施方案的DSSC的各个层的DSSC设计的另一例示。

[0006] 图3是根据本公开的一些实施方案的BHJ装置设计的示例说明。

[0007] 图4是根据本公开的一些实施方案的包括活性层的典型光伏电池的示意图。

[0008] 图5是根据本公开的一些实施方案的典型的固态DSSC装置的示意图。

[0009] 图6是例示根据本公开的一些实施方案的示例性PV装置的部件的程式化图。

[0010] 图7是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV装置的部件的程式化图。

[0011] 图8是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV装置的部件的程式化图。

[0012] 图9是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV装置的部件的程式化图。

[0013] 优选实施方案的详细说明

[0014] 与有机、非有机和/或混合PV兼容的PV技术各个方面的改进有望进一步降低OPV和其他PV的成本。例如，一些太阳能电池，诸如固态染料敏化太阳能电池，可以利用新型的具有成本效益和高稳定性的替代部件，诸如固态电荷传输材料(或俗称“固态电解质”)。此外，各种太阳能电池可以有利地包括界面材料和其他材料，这些材料除了其他优点之外，还可以比目前存在的常规选择更具成本效益和更耐用。

[0015] 本公开总体上涉及在从太阳辐射产生电能中光伏电池中的物质的组成、装置和材料的使用方法。更具体地，本公开涉及光活性和其他物质的组成以及装置、使用方法和这种物质组成的形成。

[0016] 这些物质组成的例子可以包括例如空穴传输材料和/或适合用作例如PV装置的界面层、染料和/或其他元件的材料。这样的化合物可以部署在各种PV装置中，诸如异质结电池(例如双层和块体)、混合电池(例如具有CH3NH3PbI3的有机物、ZnO 纳米棒或PbS量子点)和DSSC(染料敏化太阳能电池)。后者DSSC以三种形式存在：基于溶剂的电解质、离子液体电解质和固态空穴传输剂(或固态DSSC，即SS-DSSC)。根据一些实施方案的SS-DSSC结构可以基本上不含电解质，其含有相当的空穴传输材料，诸如螺-OMeTAD、CsSnI3和其他活性材料。

[0017] 根据本公开的一些实施方案的一些或全部材料也可以有利地用于任何有机或其他电子装置中，一些示例包括但不限于：蓄电池、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)、非线性光学装置、忆阻器、电容器、整流器和/或整流天线。

[0018] 在一些实施方案中，本公开可以提供PV和其他类似的装置(例如，蓄电池、混合PV蓄电池、多结PV、FET、LED等)。在一些实施方案中，这样的装置可以包括改进的活性材料、界面层和/或一种或多种钙钛矿材料。钙钛矿材料可以结合到PV或其他装置的一个或多个方面的各个方面。根据一些实施方案的钙钛矿材料可以具有通式CMX3，其中：C包含一种或多种阳离子(例如，胺、铵、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物)；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti和Zr)；X包含一种或多种阴离子。下面更详细地讨论根据各种实施方案的钙钛矿材料。

[0019] 光伏电池和其他电子装置

[0020] 一些PV实施方案可以通过参照如图1、3、4和5中所示的太阳能电池的各种说明性叙述来描述。例如，根据一些实施方案的示例性PV构造可以基本上是衬底-阳极-IFL-活性层-IFL-阴极的形式。一些实施方案的活性层可以是光活性的，和/或其可以包括光活性材料。如本领域中已知的，可以在电池中利用其他层和材料。此外，应该注意的是，术语“活性层”的使用绝不意味着限制或以其他方式明确地或含蓄地定义任何其他层的属性-例如，在一些实施方案中，IFL之一或两者在它们可以是半导体的情况下，也可以是活性的。特别地，参照图4，描绘了程式化的一般PV电池2610，其例示了PV内一些层的高度界面性质。PV 2610代表适用于多种PV装置，诸如DSSC PV实施方案的通用构造。PV电池2610包括透明的玻璃层2612(或类似地对太阳辐射透明的材料)，其允许太阳辐射2614透射穿过该层。一些实施方案的透明层也可以被称为衬底(例如，与图1的衬底层1507一样)，并且其可以包含多种刚性或柔性材料中的任何一种或多种，诸如：玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亚胺树脂薄膜(Kapton)、石英、铝箔、金箔或钢。光活性层2616由电子施主或p型材料2618和电子受主或n型材料2620组成。如图4中所描绘的，活性层或光活性层2616夹在两个导电电极层2622与2624之间。在图4中，电极层2622是ITO材料。如前所述，一些实施方案的活性层不必一定是光活性的，尽管在图4中所示的装置中其是光活性的。电极层2624是铝材料。如本领域中已知的，可以使用其他材料。电池2610还包括界面层(IFL)2626，图4的示例中显示为PEDOT:PSS材料。IFL可以有助于电荷分离。在一些实施方案中，IFL 2626可以包含根据本公开的光活性有机化合物作为自组装单层(SAM)或作为薄膜。在其他实施方案中，IFL 2626可以包含薄涂层双层，这将在下面更详细地讨论。在装置的铝阴极侧也可以有IFL 2627。在一些实施方案中，在装置的铝阴极侧的IFL 2627也可以或替代地包含根据本公开的光活性有机化合物作为自组装单层(SAM)或薄膜。在其他实施方案中，在装置的铝阴极侧的IFL 2627也可以或替代地包含薄涂层双层(同样，将在下面更详细地讨论)。根据一些实施方案的IFL可以具有半导体特性，并且可以是p-型或n-型的任何一种。在一些实施方案中，在装置的阴极侧的IFL(例如，如图
4中所示的IFL 2627)可以是p型，在装置的阳极侧的IFL(例如，如图4中所示的IFL 2626)可以是n型。然而，在其他实施方案中，阴极侧的IFL可以是n型，阳极侧的IFL可以是p型。电池
2610连接至引线2630和放电单元2632，诸如蓄电池。

[0021] 可以参照图3描述另一个实施方案，其描绘了程式化的BHJ装置设计，并且包括：玻璃衬底2401、ITO(掺杂锡的氧化铟)电极2402、界面层(IFL)2403、光活性层2404、以及LiF/Al阴极2405。参照的BHJ结构的材料仅仅是例子；可以与本公开相一致地使用本领域中已知的任何其他BHJ结构。在一些实施方案中，光活性层2404可以包含图4的装置的活性或光活性层2616可包含的材料的任何一种或多种。

[0022] 图1是根据一些实施方案的DSSC PV的简化例示，此处出于例示这种示例PV的组装的目的而被提及。如图1中所示的示例DSSC可以根据以下来构造：在衬底层1507(显示为玻璃)上沉积电极层1506(显示为掺杂氟的氧化锡，FTO)。在电极层1506上沉积中孔层ML 1505(其在一些实施方案中可以是TiO2)，然后将光电极(到目前为止包含衬底层1507、电极层1506和中孔层1505)浸入溶剂(未显示)和染料1504中。这使得染料1504结合到ML的表面。制成分离的对电极，其包含衬底层1501(也显示为玻璃)和电极层1502(显示为Pt/FTO)。将光电电极与对电极组合，如图1中所示，将各个层1502-1506夹在两个衬底层1501与1507之间，并且分别将电极层1502和1506用作阴极和阳极。电解质层1503或是在染料层1504之后直接沉积在完成的光电极上，或是通过装置中的开口(典型地是通过喷砂在对电极衬底1501中预先钻好的孔)沉积在电极上。电池也可以连接至引线和放电单元，诸如蓄电池(未显示)。
衬底层1507和电极层1506，和/或衬底层1501和电极层1502应具有足够的透明度，以允许太阳辐射穿过并到达光活性染料1504。在一些实施方案中，对电极和/或光电极可以是刚性，而在其他情况下，则其中之一或两者可以是柔性的。各种实施方案的衬底层可以包含以下中的任何一种或多种：玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亚胺、石英、铝箔、金箔和钢。在某些实施方案中，DSSC可以进一步包括集光层1601，如图2中所示，以散射入射光，从而增加通过装置的光活性层的光程长度(从而增加光在光活性层中被吸收的可能性)。

[0023] 在其他实施方案中，本公开提供固态DSSC。根据一些实施方案的固态DSSC可以提供诸如没有可以影响包含液体电解质的DSSC的泄漏和/或腐蚀问题的优点。此外，固态电荷载流子可以提供更快的装置物理性能(例如，更快的电荷传输)。另外，在一些实施方案中，固态电解质可以是光活性的，因此有助于源自固态DSSC装置的电力。

[0024] 固态DSSC的一些示例可以参考图5来描述，图5是典型的固态DSSC的程式化示意图。与例如图4中所描绘的示例太阳能电池一样，包含第一和第二活性(例如，导体的和/或半导体的)材料(分别为2810和2815)的活性层夹在电极2805与2820之间(在图5中分别显示为Pt/FTO和FTO)。在图5中所示的实施方案中，第一活性材料2810是p型活性材料，并且包含固态电解质。在某些实施方案中，第一活性材料2810可以包含有机材料，诸如螺-OMeTAD和/或聚(3-己基噻吩)，无机二元、三元、四元以上的配合物，任何固体半导体材料或其任何组合。在一些实施方案中，第一活性材料可以另外或替代地包含氧化物和/或硫化物，和/或硒化物，和/或碘化物(例如，CsSnI3)。因此，例如，一些实施方案的第一活性材料可以包含固态p型材料，其可以包含硫化铜铟，并且在一些实施方案中，其可以包含硒化铜铟镓。图5中所示的第二活性材料2815是n型活性材料，并且包含涂覆有染料的TiO2。在一些实施方案中，第二活性材料可以同样地包含有机材料，诸如螺-OMeTAD，无机二元、三元、四元以上的配合物，或其任何组合。在一些实施方案中，第二活性材料可以包含氧化物，诸如氧化铝，和/或其可以包含硫化物，和/或其可以包含硒化物。因此，在一些实施方案中，第二活性材料可以包含硫化铜铟，并且在一些实施方案中，其可以包含硒化铜铟镓金属。一些实施方案的第二活性材料2815可以构成中孔层。此外，除了是活性的之外，第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任一个或两者还可以是光活性的。在其他实施方案中(图5中未显示)，第二活性材料可以包含固体电解质。另外，在第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任一个包含固体电解质的实施方案中，PV装置可以没有有效量的液体电解质。尽管在图5中显示并称为p型，但固态层(例如，包含固体电解质的第一活性材料)在一些实施方案中可以替代地是n型半导性的。然后，在这样的实施方案中，涂覆有染料的第二活性材料(例如，如图5中所示的TiO2(或其他中孔材料))可以是p型半导性的(与关于图5中所示并且讨论的n型半导性的相反)。

[0025] 衬底层2801和2825(在图5中均显示为玻璃)形成图5的示例性电池的相应的外部顶层和底层。这些层可以包含任何足够透明度的材料，诸如玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亚胺、石英、铝箔、金箔和/或钢，以允许太阳辐射穿过并到达包含染料、第一和第二活性和/或光活性材料2810和2815的活性/光活性层。此外，在图5中所示的实施方案中，电极2805(显示为Pt/FTO)是阴极，而电极2820是阳极。与图4中所描绘的示例性太阳能电池同样，太阳辐射穿过衬底层2825和电极2820进入活性层，于是，太阳辐射的至少一部分被吸收从而产生一个或多个激子以使得能够发电。

[0026] 根据一些实施方案的固态DSSC可以以与以上关于在图1中描绘为程式化的DSSC所描述的基本相似的方式构造。在图5中所示的实施方案中，p型活性材料2810对应于图1的电解质1503；n型活性材料2815对应于图1的染料1504和ML 1505两者；电极2805和2820分别对应于图1的电极层1502和1506；衬底层2801和2825分别对应于衬底层1501和1507。

[0027] 本公开的各种实施方案在太阳能电池和其他装置的各个方面提供了改进的材料和/或设计，其中包括活性材料(包括空穴传输和/或电子传输层)、界面层、以及整体装置设计等。

[0028] 界面层

[0029] 在一些实施方案中，本公开提供了包括薄涂层IFL在内的PV内的一个或多个界面层的有利的材料和设计。根据本文讨论的各种实施方案，薄涂层IFL可用于PV的一个或多个IFL中。

[0030] 首先，如先前所述，一个或多个IFL(例如，如图4中所示的IFL2626和2627中的一个或两者)可以包含本公开的光活性有机化合物作为自组装单层(SAM)或作为薄膜。当将本公开的光活性有机化合物作为SAM施加时，其可以包含结合基团，通过该结合基团其可以共价地或以其他方式结合至阳极和阴极中的任一个或两者的表面。一些实施方案的结合基团可以包含COOH、SiX3(其中X可以是适合于形成三元硅化合物，诸如Si(OR)3和SiCl3的任何部分)、SO3、PO4H、OH、CH2X(其中X可以包含第17族卤化物)和O中的任何一种或多种。结合基团可以共价地或以其他方式结合至吸电子部分、电子施主部分和/或核部分。结合基团可以以在厚度上(例如，其中多个光活性有机化合物结合到阳极和/或阴极)形成单个分子(或在一些实施方案中为多个分子)的定向的、有组织的层的方式连接于电极表面。如上所述，SAM可以通过共价相互作用而连接，但是在一些实施方案中，其可以通过离子、氢键和/或分散力(即范德华力)相互作用来连接。此外，在某些实施方案中，在曝光时，SAM可以进入两性离子激发态，从而产生高极化的IFL，其可以将电荷载流子从活性层引入电极(例如，阳极或阴极)。在一些实施方案中，可以通过电子极化活性层的横截面并因此提高朝向其各自电极(例如，空穴至阳极；电子至阴极)的电荷载流子漂移速度来实现这种增强的电荷载流子注入。一些实施方案的用于阳极应用的分子可以包含可调(tunable)化合物，该可调化合物包括与核部分结合的主要电子施主部分，该核部分又与吸电子部分结合，该吸电子部分又与结合性基团结合。在根据一些实施方案的阴极应用中，IFL分子可以包含可调化合物，该可调化合物包含与核部分结合的贫电子部分，该部分又与电子施主部分结合，该电子施主部分又与结合性基团结合。当根据这样的实施方案将光活性有机化合物用作IFL时，其可以保持光活性特征，尽管在一些实施方案中其不必是光活性的。

[0031] 作为光活性有机化合物SAM IFL的补充或替代，根据一些实施方案的PV可以包括涂覆在这种实施方案的第一或第二活性材料(例如，如图5中所示的第一或第二活性材料2810或2815)中的任一种的至少一部分上的薄界面层(“薄涂层界面层”或“薄涂层IFL”)。并且，继而，薄涂层IFL的至少一部分可以涂覆有染料。薄涂层IFL可以是n型或p型；在一些实施方案中，其可以与下面的材料(例如，TiO2或其他中孔材料，诸如第二活性材料2815的TiO2)具有相同的类型。第二活性材料可以包含涂覆有薄涂层IFL的TiO2，该薄涂层IFL包含氧化铝(例如Al2O3)(图5中未显示)，该氧化铝又涂覆有染料。本文提及的TiO2和/或氧化钛并非意图限制本文所述的此类钛-氧化物化合物中钛与氧的比率。也就是说，氧化钛化合物可以包含处于其各种氧化态的任何一种或多种的钛(例如，钛I、钛II、钛III、钛IV)，因此各种实施方案可以包括化学计量和/或非化学计量的量的钛和氧。因此，各种实施方案可以包括(作为TiO2的替代或补充)TixOy，其中x可以是1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，x可以在约0.5和3之间。同样，y可以在约1.5和4之间(并且再次地不必是整数)。因此，一些实施方案可以包括例如TiO2和/或Ti2O3。另外，在一些实施方案中，钛与氧之间的任何比率或比率组合的氧化钛可以具有任何一种或多种晶体结构，包括锐钛矿、金红石和非晶态的任何一种或多种。

[0032] 用于一些实施方案的薄涂层IFL中的其他示例性金属氧化物可以包括半导体金属氧化物，诸如ZnO、ZrO2、Nb2O3、SrTiO3、Ta2O3、NiO、WO3、V2O5或MoO3。其中第二(例如n型)活性材料包含涂覆有包含Al2O3的薄涂层IFL的TiO2的示例性实施方案可以例如由诸如Al(NO3)3·xH2O或任何适于将Al2O3沉积到TiO2上然后进行热退火和染料涂覆的其他材料的前体材料形成。在其中替代使用MoO3涂层的示例实施方案中，可以用诸如Na2Mo4·2H2O的前体材料形成该涂层；而根据一些实施方案的V2O5涂层可以用诸如NaVO3的前体材料形成；根据一些实施方案的WO3涂层可以用诸如NaWO4·H2O的前体材料形成。前体材料(例如，Al
(NO3)3·xH2O)的浓度可以影响沉积在TiO2或其他活性材料上的最终膜厚(此处为Al2O3)。因此，改变前体材料的浓度可以是可控制最终膜厚度的方法。例如，较大的膜厚度可能起因于较大的前体材料浓度。在包含金属氧化物涂层的PV装置中，较大的膜厚度不一定会产生较大的PCE。因此，一些实施方案的方法可以包括使用浓度在约0.5至10.0mM范围内的前体材料涂覆TiO2(或其他中孔)层；其他实施方案可以包括用浓度在约2.0至6.0mM；或者，在其他实施方案中，约2.5至5.5mM范围内的前体材料涂覆该层。

[0033] 此外，尽管在本文中被称为Al2O3和/或氧化铝，但是应当注意，在形成氧化铝中可以使用铝和氧的各种比率。因此，尽管本文中讨论的一些实施方案是参考Al2O3进行描述的，但是这种描述并非意图限定铝在氧中的所需比率。而是，实施方案可以包括任何一种或多种铝-氧化物化合物，每种都具有根据AlxOy的氧化铝比率，其中x可以是约1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，x可以在约1和3之间(再次地，不必是整数)。同样，y可以是0.1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，y可以在2和4之间(再次地，不必是整数)。另外，在各种实施方案中可以存在各种晶体形式的AlxOy，例如氧化铝的α、γ和/或非晶态的形式。

[0034] 同样，尽管在本文中被称为MoO3、WO3和V2O5，但这样的化合物可以替代地或另外地分别表示为MoxOy、WxOy和VxOy。关于MoxOy和WxOy，x可以是约0.5和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，其可以在约0.5和1.5之间。同样，y可以是约1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，y可以是约1和4之间的任何数值。关于VxOy，x可以是约0.5和100之间的任何数值，整数或非整数；在一些实施方案中，其可以在约0.5和1.5之间。同样，y可以是约1和100之间的任何数值，整数或非整数。在某些实施方案中，其可以是约1和10之间的整数或非整数值。

[0035] 类似地，在本文的一些示例性实施方案中，对CsSnI3的引用并非意图限制根据各种实施方案的铯-锡-碘化合物中的组成元素的比率。一些实施方案可以包括化学计量和/或非化学计量的量的锡和碘，因此这样的实施方案可以替代地或另外包括各种比率的铯、锡和碘，诸如任何一种或多种铯-锡-碘化合物，每个都具有CsxSnyIz的比率。在这样的实施方案中，x可以是0.1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，x可以在约0.5和1.5之间(并且再次地，不必是整数)。同样，y可以是0.1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，y可以在约0.5和1.5之间(并且再次地，不必是整数)。同样地，z可以是0.1和100之间的任何数值，整数或非整数。在一些实施方案中，z可以在约2.5和3.5之间。另外，CsSnI3可以0.1:1至100:1范围(包括之间的所有数值(整数和非整数))的
CsSnI3:SnF2的比率用其他材料诸如SnF2掺杂或化合(compounded)。

[0036] 另外，薄涂层IFL可以包含双层。因此，返回到其中薄涂层IFL包含金属-氧化物(例如氧化铝)的示例，薄涂层IFL可以包含TiO2+金属-氧化物。与单独的中孔TiO2或其他活性材料相比，这种薄涂层IFL可以具有更大的抵抗电荷复合的能力。此外，根据本公开的一些实施方案，在形成TiO2层中，经常需要第二TiO2涂层以提供TiO2颗粒的足够的物理互连。在中孔TiO2(或其他中孔活性材料)上涂覆双层薄涂层IFL可以包含使用包含金属氧化物和TiCl4两者的化合物的组合涂覆，产生包含金属氧化物和第二TiO2涂层的组合的双层薄涂层IFL，与单独使用任一材料相比，可以提供性能的改进。

[0037] 在一些实施方案中，可以在包含液体电解质的DSSC中采用先前讨论的薄涂层IFL以及将其涂覆到TiO2上的方法。因此，返回薄涂层IFL的示例并返回参考图1，例如，图1的DSSC可进一步包含涂覆在中孔层1505上的如上所述的薄涂层IFL(即，薄涂层IFL将被插入中孔层1505与染料1504之间)。

[0038] 在一些实施方案中，先前在DSSC的上下文中讨论的薄涂层IFL可以用于半导体装置诸如PV(例如，混合PV或其他PV)、场效应晶体管、发光二极管、非线性光学装置、忆阻器、电容器、整流器、整流天线等的任何界面层中。此外，一些实施方案的薄涂层IFL可以与本公开中讨论的其他化合物组合用于各种装置的任何一种中，该其他化合物包括但不限于本公开的各种实施方案的以下任何一种或多种：固体空穴传输材料，诸如活性材料和添加剂(诸如，在一些实施方案中，鹅脱氧胆酸或1,8-二碘辛烷)。

[0039] 添加剂

[0040] 如前所述，根据一些实施方案的PV和其他装置可以包括添加剂(其可以是例如乙酸、丙酸、三氟乙酸、鹅脱氧胆酸、脱氧胆酸、1,8-二碘辛烷和1,8-二硫辛烷中的任何一种或多种)。这些添加剂可以直接在染料浸泡之前用作预处理，或者以各种比率与染料混合以形成浸泡溶液。在一些情况下，这些添加剂可以通过封闭开放的活性位点以及诱导染料分子之间的分子有序化而起到例如增加染料溶解度，防止染料分子集中的作用。它们可以与任何合适的染料，包括根据本文所讨论的本公开的各种实施方案的光活性化合物一起使用。

[0041] 钙钛矿材料

[0042] 钙钛矿材料可以结合到PV或其他装置的一个或多个方面中。根据一些实施方案的钙钛矿材料可以具有通式CwMyXz，其中：C包含一种或多种阳离子(例如，胺、铵、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物)；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Tl、In、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti和Zn)；X包含一种或多种阴离子；w、y和z表示1和20之间的实数。在一些实施方案中，C可以包括一种或多种有机阳离子。在一些实施方案中，每种有机阳离子C可以大于每种金属M，并且每种阴离子X可以能够与阳离子C和金属M两者结合。在特定的实施方案中，钙钛矿材料可以具有式CMX3。

[0043] 在某些实施方案中，C可以包括铵、通式[NR4]+的有机阳离子，其中R基团可以是相同或不同的基团。合适的R基团包括但不限于：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其异构体；任何烷烃、烯烃或炔烃CxHy，其中x＝1-20，y＝1-42，是环状、支链或直链的；卤代烷CxHyXz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，X＝F、Cl、Br或I；任何芳族基团(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；环中含有至少一个氮的环状配合物(例如吡啶、吡咯、吡咯烷、哌啶、四氢化喹啉)；任何含硫基团(例如亚砜、硫醇、烷基硫化物)；任何含氮基团(氮氧化物、胺)；任何含磷基团(磷酸盐和或酯)；任何含硼基团(例如硼酸)；任何有机酸(例如，乙酸、丙酸)；及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、
5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物；任何含硅基团(例如硅氧烷)；以及任何烷氧基或基团，-OCxHy，其中x＝0-20，y＝1-42。

[0044] 在某些实施方案中，C可以包括甲脒鎓，通式[R2NCRNR2]+的有机阳离子，其中R基团可以是相同或不同的基团。合适的R基团包括但不限于：氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其异构体；任何烷烃、烯烃或炔烃CxHy，其中x＝1-20，y＝1-42，是环状、支链或直链的；卤代烷CxHyXz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，X＝F、Cl、Br或I；任何芳族基团(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；环中含有至少一个氮的环状配合物(例如咪唑、苯并咪唑、二氢嘧啶、(氮杂环丁烷亚基甲基)吡咯烷(azolidinylidenemethyl)pyrrolidine)、三唑)；任何含硫基团(例如亚砜、硫醇、烷基硫化物)；任何含氮基团(氮氧化物、胺)；任何含磷基团(磷酸盐和或酯)；任何含硼基团(例如硼酸)；任何有机酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物；任何含硅基团(例如硅氧烷)；以及任何烷氧基或基团-OCxHy，其中x＝0-20，y＝1-42。

[0045]

[0046] 式1例示出了具有如上所述的通式[R2NCRNR2]+的甲脒鎓阳离子的结构。式2例示出了可以用作钙钛矿材料中的阳离子“C”的几种甲脒鎓阳离子的示例结构。

[0047]

[0048]

[0049] 在某些实施方案中，C可以包括胍鎓，通式[(R2N)2C＝NR2]+的有机阳离子，其中R基团可以是相同或不同的基团。合适的R基团包括但不限于：氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其异构体；任何烷烃、烯烃或炔烃CxHy，其中x＝1-20，y＝1-42，环状、支链或直链的；卤代烷CxHyXz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，X＝F、Cl、Br或I；任何芳族基团(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；环中含有至少一个氮的环状配合物(例如，八氢嘧啶并[1,2-a]嘧啶、嘧啶并[1,2-a]嘧啶、六氢咪唑并[1,2-a]咪唑、六氢嘧啶-2-亚胺)；任何含硫基团(例如亚砜、硫醇、烷基硫化物)；任何含氮基团(氮氧化物、胺)；任何含磷基团(磷酸盐和或酯)；任何含硼基团(例如硼酸)；任何有机酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物；任何含硅基团(例如硅氧烷)；以及任何烷氧基或基团-OCxHy，其中x＝0-20，y＝1-42。

[0050]

[0051] 式3例示出了具有如上所述的通式[(R2N)2C＝NR2]+的胍鎓阳离子的结构。式4例示出了可以用作钙钛矿材料中的阳离子“C”的几种胍鎓阳离子的结构的示例。

[0052]

[0053]

[0054] 在某些实施方案中，C可以包括亚乙基四胺(ethene tetramine)阳离子，通式为[(R2N)2C＝C(NR2)2]+的有机阳离子，其中R基团可以是相同或不同的基团。合适的R基团包括但不限于：氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其异构体；任何烷烃、烯烃或炔烃CxHy，其中x＝1-20，y＝1-42，环状、支链或直链的；卤代烷CxHyXz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，X＝F、Cl、Br或I；任何芳族基团(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；环中含有至少一个氮的环状配合物(例如2-六氢嘧啶-2-亚基六氢嘧啶、八氢吡嗪并[2,3-b]吡嗪、吡嗪并[2,3-b]吡嗪、喹喔啉并[2,3-b]喹喔啉)；任何含硫基团(例如亚砜、硫醇、烷基硫化物)；任何含氮基团(氮氧化物、胺)；任何含磷基团(磷酸盐和或酯)；任何含硼基团(例如硼酸)；任何有机酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物；任何含硅基团(例如硅氧烷)；以及任何烷氧基或基团-OCxHy，其中x＝0-20，y＝1-42。

[0055]

[0056] 式5例示出了如上所述具有通式[(R2N)2C＝C(NR2)2]+的亚乙基四胺阳离子的结构。式6例示出了可以用作钙钛矿材料中的阳离子“C”的几种亚乙基四胺离子的结构的示例。

[0057]

[0058] 在某些实施方案中，C可以包括咪唑鎓阳离子，通式[CRNRCRNRCR]+的芳族环状有机阳离子，其中R基团可以是相同或不同的基团。合适的R基团可以包括但不限于：氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其异构体；任何烷烃、烯烃或炔烃CxHy，其中x＝1-20，y＝1-42，环状、支链或直链的；卤代烷CxHyXz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，X＝F、Cl、Br或I；任何芳族基团(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；环中含有至少一个氮的环状配合物(例如2-六氢嘧啶-2-亚基六氢嘧啶、八氢吡嗪并[2,3-b]吡嗪、吡嗪并[2,3-b]吡嗪、喹喔啉并[2,
3-b]喹喔啉)；任何含硫基团(例如亚砜、硫醇、烷基硫化物)；任何含氮基团(氮氧化物、胺)；
任何含磷基团(磷酸盐和或酯)；任何含硼基团(例如硼酸)；任何有机酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物；任何含硅基团(例如硅氧烷)；以及任何烷氧基或基团-OCxHy，其中x＝0-20，y＝1-42。

[0059]

[0060] 在一些实施方案中，X可以包括一种或多种卤化物。在某些实施方案中，X可以替代地或另外包括第16族阴离子。在某些实施方案中，第16族阴离子可以是硫化物或硒化物。在某些实施方案中，X可以替代地或另外包括一种或多种拟卤化物(例如氰化物、氰酸盐、异氰酸盐、雷酸盐、硫氰酸盐、异硫氰酸盐、叠氮化物、四羰基钴酸盐、氨基甲酰基二氰基甲烷化物、二氰基亚硝基甲烷化物、二氰胺和三氰基甲烷化物)。

[0061] 在一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含经验式CMX3，其中：C包含一种或多种上述阳离子、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti、Tl和Zn)；X包含一种或多种上述阴离子。

[0062] 在一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含经验式C3M2X9，其中：C包含一种或多种上述阳离子、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti、Tl和Zn)；X包含一种或多种上述阴离子。

[0063] 在一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含经验式CM2X7，其中：C包含一种或多种上述阳离子、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti、Tl和Zn)；X包含一种或多种上述阴离子。

[0064] 在一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含经验式C2MX4，其中：C包含一种或多种上述阳离子、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物；M包含一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti、Tl和Zn)；X包含一种或多种上述阴离子。

[0065] 钙钛矿材料还可以包含混合的离子组成，其中C、M或X包含两种或更多种物质，例如Cs0.1FA0.9PbI3、FAPb0.5Sn0.5I3、FA0.83Cs0.17Pb(I0.6Br0.4)3、FA0.83Cs0.12Rb0.05Pb(I0.6Br0.4)3和FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3。根据各种实施方案的钙钛矿材料的示例包括CsSnI3(本文先前讨论的)和CsxSnyIz(x、y和z根据前面的讨论而变化)。其他示例包括通式CsSnX3的化合物，其中X可以是以下的任何一种或多种：I3、I2.95F0.05、I2Cl、ICl2和Cl3。在其他实施方案中，X可以包含I、Cl、F和Br中的任何一种或多种，其量使得与Cs和Sn相比X的总比率导致CsSnX3的一般化学计量。在一些实施方案中，构成X的元素的组合化学计量可以遵循与先前关于CsxSnyIz所讨论的Iz相同的规则。其他示例包括通式RNH3PbX3的化合物，其中R可以是CnH2n+1，n的范围为0-10，并且X可以包括F、Cl、Br和I中的任何一种或多种，其量使得与阳离子RNH3和金属Pb相比X的总比率导致RNH3PbX3的一般化学计量。此外，R的一些具体示例包括H、烷基链(例如，CH3、CH3CH2、CH3CH2CH2等等)和氨基酸(例如，甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、5-铵戊酸)，包括α、β、γ和更进一步的衍生物。

[0066] 复合钙钛矿材料装置设计

[0067] 在一些实施方案中，本公开可以提供包括一种或多种钙钛矿材料的PV和其他类似装置(例如，蓄电池、混合PV蓄电池、FET、LED等)的复合设计。例如，一种或多种钙钛矿材料可以用作一些实施方案的第一和第二活性材料中的任一个或两者(例如，图5的活性材料2810和2815)。更一般地讲，本公开的一些实施方案提供具有包含一种或多种钙钛矿材料的活性层的PV或其他装置。在这样的实施方案中，钙钛矿材料(即，包括任何一种或多种钙钛矿材料的材料)可以用于各种构造的活性层中。此外，钙钛矿材料可以起到活性层的任何一种或多种组分(例如，电荷传输材料、中孔材料、光活性材料和/或界面材料，以下将对其进行更详细的讨论)的作用。在一些实施方案中，相同的钙钛矿材料可以起到多种这样的作用，尽管在其他实施方案中，装置中可以包括多种钙钛矿材料，但每种钙钛矿材料都起到一种或多种这样的作用。在某些实施方案中，无论钙钛矿材料可以起到什么作用，其都可以以各种状态被制备和/或存在于装置中。例如，在一些实施方案中，其可以基本上是固体。在其他实施方案中，其可以是溶液(例如钙钛矿材料可以溶解在液体中并以其各自的离子亚种存在于所述液体中)；或者其可以是悬浮液(例如钙钛矿材料颗粒的悬浮液)。溶液或悬浮液可以被涂覆或以其他方式沉积在装置内(例如，在装置的另一部件上，诸如中孔、界面、电荷传输、光活性或其他层上，和/或在电极上)。一些实施方案中的钙钛矿材料可以原位形成在装置的另一部件的表面上(例如，通过气相沉积为薄膜固体)。可以采用形成包含钙钛矿材料的固体或液体层的任何其他合适的方式。

[0068] 通常，钙钛矿材料装置可以包括第一电极、第二电极以及包含钙钛矿材料的活性层，该活性层至少部分地设置在第一与第二电极之间。在一些实施方案中，第一电极可以是阳极和阴极中的一个，并且第二电极可以是阳极和阴极中的另一个。根据某些实施方案的活性层可以包括任何一种或多种活性层组分，该活性层组分包括以下中的任何一种或多种：电荷传输材料、液体电解质、中孔材料、光活性材料(例如染料、硅、碲化镉、硫化镉、硒化镉、硒化铜铟镓、砷化镓、磷化锗铟、半导体聚合物、其他光活性材料)和界面材料。这些活性层组分中的任何一种或多种可以包括一种或多种钙钛矿材料。在一些实施方案中，一些或全部活性层组分可以全部或部分布置在子层中。例如，活性层可以包含以下中的任何一种或多种：包括界面材料的界面层、包括中孔材料的中孔层、包括电荷传输材料的电荷传输层。在一些实施方案中，诸如染料的光活性材料可以涂覆在或者以其他方式设置在这些层中的任何一个或多个上。在某些实施方案中，任何一层或多层可以涂覆有液体电解质。此外，根据一些实施方案，界面层可以被包括在活性层的任何两个或更多个其他层之间，和/或在层与涂层之间(诸如在染料与中孔层之间)，和/或在两个涂层之间(诸如在液体电解质与染料之间)，和/或在活性层部件与电极之间。本文中对于层的提及可以包括最终布置(例如，可在装置内分别定义的每种材料的基本上分离的部分)，和/或对于层的提及可以指在装置的构造期间的布置，尽管有可能随后在每一层中混合一种或多种材料。在一些实施方案中，层可以是分离的并且包含基本上连续的材料(例如，层可以如在图1中的样式所示)。在其他实施方案中，各层可以基本上相互混合(例如，在BHJ、混合和一些DSSC电池的情况下)，其示例由图4中的光活性层2616中的第一活性材料2618和第二活性材料2620示出。在一些实施方案中，装置可以包含这两种层的混合物，也由图4的装置所示，其除了包含第一活性材料2618和第二活性材料2620的混合层的光活性层2616之外，还含有分离的连续
(contiguous)层2627、2626和2622。在任何情况下，在某些实施方案中，任何种类的任何两层或更多层可以以实现高的接触表面积的方式彼此相邻(和/或彼此混合)地设置。在某些实施方案中，可以将包含钙钛矿材料的层与一个或多个其他层相邻设置，以实现高的接触表面积(例如，在钙钛矿材料展现出低的电荷迁移率的地方)。在其他实施方案中，可能不需要高的接触表面积(例如，在钙钛矿材料展现出高的电荷迁移率的地方)。

[0069] 根据一些实施方案，钙钛矿材料装置可以任选地包括一个或多个衬底。在一些实施方案中，第一电极和第二电极中的任何一个或两者可以被涂覆或以其他方式设置在衬底上，使得电极基本上设置在衬底与活性层之间。在各种实施方案中，装置的组成材料(例如，衬底、电极、活性层和/或活性层组分)可以全部或部分为刚性或柔性的。在一些实施方案中，电极可以充当衬底，从而不需要单独的衬底。

[0070] 此外，根据某些实施方案的钙钛矿材料装置可以任选地包括集光材料(例如，在集光层中，诸如图2中展示的示例性PV中所描绘的集光层1601)。另外，钙钛矿材料装置可以包括任何一种或多种添加剂，诸如以上关于本公开的一些实施方案所讨论的任何一种或多种添加剂。

[0071] 钙钛矿材料装置中可以包括的各种材料中的一些的描述将部分地参考图7进行。图7是根据一些实施方案的钙钛矿材料装置3900的程式化图。尽管装置3900的各种部件被例示为包含连续材料的分离层，但是应当理解，图7是程式化图；因此，与本文先前讨论的“层”的用法一致，根据其的实施方案可以包括这样的分离层和/或基本上混合的非连续层。
装置3900包括第一衬底3901和第二衬底3913。第一电极3902设置在第一衬底3901的内表面上，并且第二电极3912设置在第二衬底3913的内表面上。活性层3950夹在两个电极3902与
3912之间。活性层3950包括中孔层3904、第一光活性材料3906和第二光活性材料3908、电荷传输层3910和几个界面层。图7还例示了根据以下实施方案的示例装置3900，其中活性层
3950的子层由界面层分开，并且进一步其中界面层设置在电极3902和3912的每一个上。特别地，第二界面层3905、第三界面层3907和第四界面层3909分别设置在中孔层3904、第一光活性材料3906、第二光活性材料3908和电荷传输层3910的每者之间。第一界面层3903和第五界面层3911分别设置在(i)第一电极3902与中孔层3904之间以及(ii)电荷传输层3910与第二电极3912之间。因此，图7中所描绘的示例装置的构造可以表征为：衬底-电极-活性层-电极-衬底。活性层3950的构造可以表征为：界面层-中孔层-界面层-光活性材料-界面层-光活性材料-界面层-电荷传输层-界面层。如前所述，在一些实施方案中，不需要存在界面层；或者，一个或多个界面层可以仅被包括在某些但不是全部活性层的部件和/或装置的部件的之间。

[0072] 衬底，诸如第一衬底3901和第二衬底3913中的任一个或两者，可以是柔性的或刚性的。如果包括两个衬底，则至少一个衬底对于电磁(EM)辐射(诸如，例如UV、可见或IR辐射)应该是透明的或半透明的。如果包括一个衬底，则其可以是类似透明的或半透明的，尽管不是必须的，只要装置的一部分允许EM辐射接触活性层3950。合适的衬底材料包括玻璃、蓝宝石、氧化镁(MgO)、云母、聚合物(例如PET、PEG、聚丙烯、聚乙烯等)、陶瓷、织物(例如棉、丝绸、羊毛)、木、石膏板(drywall)、金属及其组合中的任何一种或多种。

[0073] 如前所述，电极(例如，图7的电极3902和3912中的一个)可以是阳极或阴极的任一个。在一些实施方案中，一个电极可以起到阴极的作用，而另一个可以起到阳极的作用。电极3902和3912中的任一个或两者可以连接至引线、电缆、电线或其他能够实现往返于装置3900的电荷传输的装置。电极可以指定任何导电材料，并且至少一个电极对于EM辐射应该是透明的或半透明的，和/或以允许EM辐射接触活性层3950的至少一部分的方式布置。合适的电极材料可以包括以下任何一种或多种：氧化铟锡或掺杂锡的氧化铟(ITO)、掺杂氟的氧化锡(FTO)、氧化镉(CdO)、氧化锌铟锡(ZITO)、氧化铝锌(AZO)、铝(Al)、金(Au)、钙(Ca)、镁(Mg)、钛(Ti)、钢、碳(及其同素异形体)及其组合。

[0074] 中孔材料(例如，包括在图7的中孔层3904中的材料)可以包括任何含孔的材料。在一些实施方案中，孔的直径可以在约1至约100nm的范围内；在其他实施方案中，孔的直径可以在约2至约50nm的范围内。合适的中孔材料包括以下任何一种或多种：本文中其他地方讨论的任何界面材料和/或中孔材料、铝(Al)、铋(Bi)、铟(In)、钼(Mo)、铌(Nb)、镍(Ni)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锌(Zn)、锆(Zr)、上述金属的任何一种或多种的氧化物(例如氧化铝、二氧化铈、氧化钛、氧化锌、氧化锆等)、上述金属中的任何一种或多种的硫化物、上述金属中的任何一种或多种的氮化物及其组合。

[0075] 光活性材料(例如，图7的第一光活性材料3906或第二光活性材料3908)可以包含任何光活性化合物，诸如硅(在一些情况下为单晶硅)、碲化镉、硫化镉、硒化镉、硒化铜铟镓、砷化镓、磷化锗铟、一种或多种半导体聚合物及其组合中的任何一种或多种。在某些实施方案中，光活性材料可以替代地或另外包含染料(例如，N719、N3、其他基于钌的染料)。在一些实施方案中，可以将染料(任何组成)涂覆在另一层(例如，中孔层和/或界面层)上。在一些实施方案中，光活性材料可以包括一种或多种钙钛矿材料。含钙钛矿材料的光活性物质可以是固体形式，或者在一些实施方案中，其可以采取包括包含钙钛矿材料的悬浮液或溶液的染料的形式。这样的溶液或悬浮液可以以类似于其他染料的方式涂覆在其他装置的部件上。在一些实施方案中，可以通过任何合适的方式(例如气相沉积、溶液沉积、固体材料的直接放置等)来沉积含固体钙钛矿的材料。根据各种实施方案，装置可以包括一种、两种、三种或更多种光活性化合物(例如一种、两种、三种或更多种钙钛矿材料、染料或其组合)。在包括多种染料或其他光活性材料的某些实施方案中，两种或更多种染料或其他光活性材料的每一种可以由一个或多个界面层分开。在一些实施方案中，多种染料和/或光活性化合物可以至少部分地混合。

[0076] 电荷传输材料(例如，图7中的电荷传输层3910的电荷传输材料)可以包括固态电荷传输材料(即，被俗称为固态电解质)，或者其可以包括液体电解质和/或离子液体。液体电解质、离子液体和固态电荷传输材料中的任何一种都可以被称为电荷传输材料。如本文所用，“电荷传输材料”指能够收集电荷载流子和/或输送电荷载流子的任何材料、固体，液体或其他。例如，根据一些实施方案，在PV装置中，电荷传输材料可以有能力将电荷载流子传输至电极。电荷载流子可以包括空穴(空穴的传输可以使电荷传输材料就像被合适地贴上“空穴传输材料”标签一样)和电子。取决于电荷传输材料相对于PV或其他装置中的阴极或阳极的任一个的位置，可以将空穴向阳极传输，将电子向阴极传输。根据一些实施方案的电荷传输材料的合适示例可以包括以下任何一种或多种：钙钛矿材料、I-/I3-、Co配合物、聚噻吩(例如聚(3-己基噻吩)及其衍生物或P3HT)、咔唑基共聚物诸如聚十七烷基咔唑二噻吩基苯并噻二唑(polyheptadecanylcarbazole dithienylbenzothiadiazole)及其衍生物(例如，PCDTBT)、其他共聚物诸如聚环戊二噻吩-苯并噻二唑(polycyclopentadithiophene-benzothiadiazole)及其衍生物(例如，PCPDTBT)、聚(三芳基胺)化合物及其衍生物(例如，PTAA)、螺-OMeTAD、富勒烯和/或富勒烯衍生物(例如C60、PCBM)及其组合。在某些实施方案中，电荷传输材料可以包括能够收集电荷载流子(电子或空穴)和/或能够传输电荷载流子的任何固体或液体材料。因此，一些实施方案的电荷传输材料可以是n型或p型活性和/或半导体材料。可以将电荷传输材料设置为靠近装置的电极之一。在一些实施方案中，其可以相邻电极设置，尽管在其他实施方案中，可以将界面层设置在电荷传输材料与电极之间(例如，如在具有第五界面层3911的图7中所示)。在某些实施方案中，可以基于电荷传输材料所靠近的电极来选择电荷传输材料的类型。例如，如果电荷传输材料收集和/或传输空穴，则其可以靠近阳极，以便将空穴传输至阳极。然而，电荷传输材料可以替代地被放置为靠近阴极，并且被选择或构造为将电子输送到阴极。

[0077] 如先前所指出的，根据各个实施方案，装置可以任选地包括在任何两个其他层和/或材料之间的界面层，尽管根据一些实施方案的装置不需要含有任何界面层。因此，例如，钙钛矿材料装置可以含有零、一、二、三、四、五或更多个界面层(诸如图7的示例装置，其含有五个界面层3903、3905、3907、3909和3911)。界面层可以包括根据本文先前讨论的实施方案的薄涂层界面层(例如，包含根据如本文其他地方所讨论的薄涂层界面层的氧化铝和/或其他金属氧化物颗粒，和/或氧化钛/金属氧化物双层，和/或其他化合物)。根据一些实施方案的界面层可以包括用于增强两个层或材料之间的电荷传输和/或收集的任何合适的材料；一旦电荷已经从与界面层相邻的一种材料被传输离开，其还可以帮助防止或减少电荷复合的可能性。合适的界面材料可以包括以下任何一种或多种：本文其他地方讨论的任何中孔材料和/或界面材料、Al、Bi、In、Mo、Ni、铂(Pt)、Si、Ti、V、Nb、Zn、Zr、任何上述金属的氧化物(例如氧化铝、二氧化硅、氧化钛)、任何上述金属的硫化物、任何上述金属的氮化物、官能化或非官能化的烷基甲硅烷基、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管及其组合(在一些实施方案中包括组合材料的双层)。在一些实施方案中，界面层可以包括钙钛矿材料。

[0078] 在一些实施方案中，根据图7的程式化表示的装置可以是PV，诸如DSSC、BHJ或混合太阳能电池。在一些实施方案中，根据图7的装置可以构成并联或串联的多电池PV、蓄电池、混合PV蓄电池、FET、LED和/或本文讨论的任何其他装置。例如，一些实施方案的BHJ可以包括与电极3902和3912相对应的两个电极，以及在异质结界面中包含至少两种材料的活性层(例如，活性层3950的材料和/或层中的任何两种)。在某些实施方案中，其他装置(诸如混合PV蓄电池、并联或串联的多电池PV等)可以包含包括钙钛矿材料的活性层，其对应于图7的活性层3950。简而言之，图7的示例性装置的描绘的程式化基本性质决不应该限制根据图7的各种实施方案的装置的允许结构或构造。

[0079] 钙钛矿装置的另外的、更具体的示例实施方案将根据示例装置的进一步的程式化描绘来讨论。这些描绘(图8-9)的程式化基本性质类似地并非意图限制装置的类型，其在一些实施方案中可以根据图8-9中的任何一个或多个来构造。即，根据任何合适的方式(包括在本文其他地方明确讨论的那些，以及受益于本公开，对于本领域技术人员来说将是显而易见的其他合适方式)，在图8-9中展示的构造可以修改以便提供本公开的其他实施方案的BHJ、蓄电池、FET、混合PV蓄电池、串联多电池PV、并联多电池PV和其他类似装置。

[0080] 图8描绘了根据各种实施方案的示例装置4100。装置4100例示了包括第一玻璃衬底4101和第二玻璃衬底4109的实施方案。每个玻璃衬底具有布置在其内表面上的FTO电极(分别为第一电极4102和第二电极4108)，并且每个电极具有沉积在其内表面上的界面层：TiO2第一界面层4103沉积在第一电极4102上，Pt第二界面层4107沉积在第二电极4108上。
夹在两个界面层之间的是：中孔层4104(包含TiO2)、光活性材料4105(包含钙钛矿材料MAPbI3)以及电荷传输层4106(此处包含CsSnI3)。

[0081] 图9描绘了省略中孔层的示例装置4300。装置4300包括夹在第一界面层4303与第二界面层4305(分别包含氧化钛和氧化铝)之间的钙钛矿材料光活性化合物4304(包含MAPbI3)。氧化钛界面层4303被涂覆在FTO第一电极4302上，该FTO第一电极4302又被设置在玻璃衬底4301的内表面上。螺-OMeTAD电荷传输层4306被涂覆在氧化铝界面层4305上并且被设置在金第二电极4307的内表面上。

[0082] 受益于本公开的本领域普通技术人员将显而易见的是，各种其他实施方案是可能的，诸如具有多个光活性层的装置(例如由图7的示例装置的光活性层3906和3908所例示的)。在一些实施方案中，如上所讨论的，每个光活性层可以被界面层隔开(如图7中的第三界面层3907所示)。此外，可将中孔层设置在电极上，诸如图7中所示，中孔层3904被设置在第一电极3902上。尽管图7描绘了设置在两者之间的插入的界面层3903，但在一些实施方案中，中孔层可以直接设置在电极上。

[0083] 其他钙钛矿材料装置的例子

[0084] 受益于本公开，其他示例钙钛矿材料装置的构造对于本领域技术人员来说将是显而易见的。示例包括但不限于含有具有任何以下构造的活性层的装置：(1)液体电解质-钙钛矿材料-中孔层；(2)钙钛矿材料-染料-中孔层；(3)第一钙钛矿材料-第二钙钛矿材料-中孔层；(4)第一钙钛矿材料-第二钙钛矿材料；(5)第一钙钛矿材料-染料-第二钙钛矿材料；(6)固态电荷传输材料-钙钛矿材料；(7)固态电荷传输材料-染料-钙钛矿材料-中孔层；(8)固态电荷传输材料-钙钛矿材料-染料-中孔层；(9)固态电荷传输材料-染料-钙钛矿材料-中孔层；以及(10)固态电荷传输材料-钙钛矿材料-染料-中孔层。每个示例构造的各部件(例如，中孔层、电荷传输材料等)可以与以上针对每个部件的讨论一致。此外，下面更详细地讨论每个示例构造。

[0085] 作为一些上述活性层的特定示例，在一些实施方案中，活性层可以包括液体电解质、钙钛矿材料和中孔层。这些实施方案的某些的活性层可以基本上具有以下构造：液体电解质-钙钛矿材料-中孔层。任何液体电解质都可以是合适的；并且任何中孔层(例如TiO2)都可以是合适的。在一些实施方案中，钙钛矿材料可以沉积在中孔层上，并随后用液体电解质涂覆。一些这样的实施方案的钙钛矿材料可以至少部分地充当染料(因此，其可以是光活性的)。

[0086] 在其他示例实施方案中，活性层可以包括钙钛矿材料、染料和中孔层。这些实施方案的某些的活性层可以基本上具有以下构造：钙钛矿材料-染料-中孔层。可以将染料涂覆在中孔层上，并且可以将钙钛矿材料设置在涂覆了染料的中孔层上。在这些实施方案的某些中，钙钛矿材料可以起到空穴传输材料的作用。

[0087] 在此外的其他示例实施方案中，活性层可以包括第一钙钛矿材料、第二钙钛矿材料和中孔层。这些实施方案的某些的活性层可以基本上具有以下构造：第一钙钛矿材料-第二钙钛矿材料-中孔层。第一和第二钙钛矿材料可以各自包含相同的钙钛矿材料，或者它们可以包含不同的钙钛矿材料。第一和第二钙钛矿材料中的任一种都可以是光活性的(例如，这种实施方案的第一和/或第二钙钛矿材料可以至少部分地起到染料的作用)。

[0088] 在某些示例实施方案中，活性层可以包括第一钙钛矿材料和第二钙钛矿材料。这些实施方案的某些的活性层可以基本上具有以下构造：第一钙钛矿材料-第二钙钛矿材料。第一和第二钙钛矿材料可以各自包含相同的钙钛矿材料，或者它们可以包含不同的钙钛矿材料。第一和第二钙钛矿材料中的任一种都可以是光活性的(例如，这种实施方案的第一和/或第二钙钛矿材料可以至少部分地起到染料的作用)。另外，第一和第二钙钛矿材料中的任一个都可以能够起到空穴传输材料的作用。在一些实施方案中，第一和第二钙钛矿材料中的一个起到电子传输材料的作用，而第一和第二钙钛矿材料中的另一个起到染料的作用。在一些实施方案中，第一和第二钙钛矿材料可以以在第一钙钛矿材料与第二钙钛矿材料之间实现高的界面面积的方式设置在活性层中，诸如在图5中分别针对第一活性材料
2810和第二活性材料2815所示的布置中(或者如在图4中分别由p型材料2618和n型材料
2620类似地示出的)。

[0089] 在另外的示例实施方案中，活性层可以包括第一钙钛矿材料、染料和第二钙钛矿材料。这些实施方案的某些的活性层可基本上具有以下构造：第一钙钛矿材料-染料-第二钙钛矿材料。第一和第二钙钛矿材料中的任一个都可以起到电荷传输材料的作用，并且第一和第二钙钛矿材料中的另一个可以起到染料的作用。在一些实施方案中，第一和第二钙钛矿材料两者都可以至少部分地起到重叠、相似和/或相同的作用(例如，两者都可以用作染料和/或两者都可以用作空穴传输材料)。

[0090] 在一些其他示例实施方案中，活性层可以包括固态电荷传输材料和钙钛矿材料。这些实施方案的某些的活性层可基本上具有以下构造：固态电荷传输材料-钙钛矿材料。例如，钙钛矿材料和固态电荷传输材料可以以实现高的界面面积的方式设置在活性层中，诸如在图5中分别针对第一活性材料2810和第二活性材料2815所示的布置中(或者如在图4中分别由p型材料2618和n型材料2620类似地示出的)。

[0091] 在其他示例实施方案中，活性层可以包括固态电荷传输材料、染料、钙钛矿材料和中孔层。这些实施方案的某些的活性层可以基本上具有以下构造：固态电荷传输材料-染料-钙钛矿材料-中孔层。这些实施方案的某些其他的活性层可以基本上具有以下构造：固态电荷传输材料-钙钛矿材料-染料-中孔层。钙钛矿材料在一些实施方案中可以用作第二染料。在这样的实施方案中，钙钛矿材料可以增加由包括这样的实施方案的活性层的PV或其他装置所吸收的可见光的光谱的宽度。在某些实施方案中，同样地或替代地，钙钛矿材料可以用作染料与中孔层之间和/或染料与电荷传输材料之间的界面层。

[0092] 在一些示例实施方案中，活性层可以包括液体电解质、染料、钙钛矿材料和中孔层。这些实施方案的某些的活性层可基本上具有以下构造：固态电荷传输材料-染料-钙钛矿材料-中孔层。这些实施方案的某些其他的活性层可以基本上具有以下构造：固态电荷传输材料-钙钛矿材料-染料-中孔层。钙钛矿材料可以用作光活性材料、界面层和/或其组合。

[0093] 一些实施方案提供了包括钙钛矿材料的BHJ PV装置。例如，一些实施方案的BHJ可以包括光活性层(例如，图3的光活性层2404)，其可以包括一种或多种钙钛矿材料。同样地或替代地，这种BHJ的光活性层可以包括以上关于DSSC活性层所讨论的以上列出的示例部件中的任何一个或多个。此外，在一些实施方案中，BHJ光活性层可以具有根据以上讨论的DSSC活性层的示例性实施方案中的任何一个的构造。

[0094] 在一些实施方案中，任何PV或其他类似装置可以包括根据以上讨论的组成和/或构造中的任何一个或多个的活性层。作为另一示例实施方案，包括钙钛矿材料的活性层可以被包括在多个光活性层的PV电池中，诸如在图6的程式化图中所示的示例性电池的第一活性层3701和第二光活性层3705中的任一个或两者。这种包括具有钙钛矿材料的活性层的多个光活性层的PV电池可以进一步并入一系列电连接的多个光活性层的PV电池中。

[0095] 在一些实施方案中，包括结合到本文讨论的PV或其他装置中的钙钛矿材料的任何活性层可以进一步包括也在本文中讨论的适合包含在活性层中的各种附加材料中的任何一种。例如，包括钙钛矿材料的任何活性层可以进一步包括根据本文讨论的各种实施方案的界面层(诸如，例如薄涂层界面层)。作为进一步的示例，包括钙钛矿材料的活性层可以进一步包括集光层，诸如如图2中所展示的示例性PV中所描绘的集光层1601。

[0096] 钙钛矿材料活性层的配制剂

[0097] 如先前所讨论的，在一些实施方案中，钙钛矿材料可以具有通式CwMyXz，其中：C包含一种或多种阳离子(例如，胺、铵、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物)；M包括一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Tl、In、Sb、Sn、Pb、Bi、Ga、Ge、Ti和Zn)；X包含一种或多种阴离子；w、y和z表示1和20之间的实数。在一些实施方案中，活性层中的钙钛矿材料的配制剂为CMX3-yX’y(0≤y≤3)，其中：C包含一种或多种阳离子(例如，胺、铵、第1族金属、第2族金属和/或其他阳离子或类似阳离子的化合物)；M包括一种或多种金属(例如，Fe、Cd、Co、Ni、Cu、Hg、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、Zn和Zr)；X和X’包含一种或多种阴离子。在一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含CPbI3-yCly。在某些实施方案中，钙钛矿材料可以使用下述步骤，通过例如滴铸、旋铸、凹版涂覆、刮刀涂覆、反凹版涂覆、狭缝模印刷、丝网印刷或喷墨印刷到衬底层上而沉积为PV装置中的活性层。

[0098] 首先，形成卤化铅前体墨。可以在手套箱(即具有包括手套的孔的可控气氛箱，其允许在无空气的环境中进行材料操作)内部将一定量的卤化铅集中在洁净、干燥的瓶中。合适的卤化铅包括但不限于碘化铅(II)、溴化铅(II)、氯化铅(II)和氟化铅(II)。卤化铅可以包含单一种类的卤化铅，或者其可以包含精确比率的卤化铅混合物。在某些实施方案中，卤化铅混合物可以包含0.001-100mol％比率的任何二元、三元或四元的碘化物、溴化物、氯化物或氟化物。在一个实施方案中，卤化铅混合物可以以约10:90mol:mol的比率包含氯化铅(II)和碘化铅(II)。在其他实施方案中，卤化铅混合物可以以约5:95、约7.5:92.5或约15:85mol:mol的比率包含氯化铅(II)和碘化铅(II)。

[0099] 然后可以将溶剂添加到瓶中以溶解铅固体来形成卤化铅前体墨。合适的溶剂包括但不限于干燥的N-环己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合。在一个实施方案中，将铅固体溶解在干燥的二甲基甲酰胺(DMF)中。铅固体可以在约20℃至约150℃之间的温度下溶解。在一个实施方案中，铅固体在约85℃下溶解。可以将铅固体溶解至形成溶液所需的长时间，其可以在约72小时以内的时间段发生。所得溶液形成卤化铅前体墨的基础。在一些实施方案中，卤化铅前体墨可以具有约0.001M和约10M之间的卤化铅浓度。在一个实施方案中，卤化铅前体墨具有约1M的卤化铅浓度。在一些实施方案中，卤化铅前体墨可以进一步包含氨基酸(例如5-氨基戊酸、组氨酸、甘氨酸、赖氨酸)、氨基酸氢卤化物(例如5-氨基戊酸盐酸盐)、IFL表面改性(SAM)剂(诸如说明书中先前讨论的那些)或其组合。

[0100] 然后可以将卤化铅前体墨沉积在期望的衬底上。合适的衬底层可以包括本公开中先前确定的任何衬底层。如上所述，卤化铅前体墨可通过多种方式沉积，包括但不限于滴铸、旋铸、狭缝模印刷、丝网印刷或喷墨印刷。在某些实施方案中，可以以约500rpm至约10,000rpm的速度将卤化铅前体墨旋涂到衬底上持续约5秒至约600秒的时间。在一个实施方案中，可以以约3000rpm将卤化铅前体墨旋涂到衬底上持续约30秒。可以在环境大气下以约
0％的相对湿度至约50％的相对湿度的湿度范围将卤化铅前体墨沉积在衬底上。然后可以使卤化铅前体墨在基本上无水的气氛中，即小于20％的相对湿度下干燥，以形成薄膜。

[0101] 然后可在约20℃至约300℃的温度下将薄膜热退火持续约24小时以内的时间段。在一个实施方案中，可以在约50℃的温度下将薄膜热退火约10分钟。然后钙钛矿材料活性层可以通过转化过程完成，在该过程中，将前体膜浸入溶液或用溶液冲洗，该溶液以0.001M和10M之间的浓度包含溶剂或溶剂混合物(例如DMF、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿氯苯、二甲基亚砜、水)和盐(例如，甲基碘化铵、碘化甲脒、碘化胍、1,2,2-三氨基乙烯基碘化铵、5-氨基戊酸氢碘化物)的盐溶液冲洗。在某些实施方案中，还可以与该段落的第一行中相同的方式对薄膜进行热后退火。

[0102] 在另一个实施方案中，钙钛矿材料可以包含C’CPbX3，其中C’是一种或多种第1族金属(即Li、Na、K、Rb、Cs)。在特定的实施方案中，M’可以是铯(Cs)。在另一个实施方案中，C’可以是铷(Rb)。在另一个实施方案中，C’可以是钠(Na)。在另一个实施方案中，C’可以是钾(K)。在其他实施方案中，钙钛矿材料可以包含C’vCwPbyXz，其中C’是一种或多种第1族金属，并且v、w、y和z表示1和20之间的实数。在某些实施方案中，钙钛矿材料可以使用以下步骤，通过例如滴铸、旋铸、凹版涂覆、刮刀涂覆、反凹版涂覆、狭缝模印刷、丝网印刷或喷墨印刷到衬底层上而沉积为PV装置中的活性层。

[0103] 首先，形成卤化铅溶液。可以在受控的气氛环境中将一定量的卤化铅集中在洁净、干燥的容器中。合适的卤化铅包括但不限于碘化铅(II)、溴化铅(II)、氯化铅(II)和氟化铅(II)。卤化铅可以包含单一种类的卤化铅，或者其可以包含精确比率的卤化铅混合物。在一个实施方案中，卤化铅可以包含碘化铅(II)。在某些实施方案中，卤化铅混合物可以包含0.001-100mol％比率的任何二元、三元或四元的碘化物、溴化物、氯化物或氟化物。在一个实施方案中，卤化铅混合物可以以约10:90mol:mol的比率包含氯化铅(II)和碘化铅(II)。
在其他实施方案中，卤化铅混合物可以以约5:95、约7.5:92.5或约15:85mol:mol的比率包含氯化铅(II)和碘化铅(II)。

[0104] 替代地，其他铅盐前体可以与卤化铅盐结合使用或替代卤化铅盐使用以形成铅盐溶液。合适的前体铅盐可以包含铅(II)或铅(IV)与以下阴离子的任何组合：硝酸根、亚硝酸根、羧酸根、乙酸根、甲酸根、草酸根(oxylate)、硫酸根、亚硫酸根、硫代硫酸根、磷酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、四(全氟苯基)硼酸根、氢化物、氧化物、过氧化物、氢氧化物、氮化物、砷酸根、亚砷酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氢根、铬酸根、重铬酸根、碘酸根、溴酸根、氯酸根、亚氯酸根、次氯酸根、次溴酸根、氰根、氰酸根、异氰酸根、雷酸根、硫氰酸根、异硫氰酸根、叠氮化物、四羰基钴酸根、氨基甲酰基二氰基甲烷化物(carbamoyldicyanomethanide)、二氰基亚硝基甲烷化物(dicyanonitrosomethanide)、二氰胺、三氰基甲烷化物(tricyanomethanide)、酰胺和高锰酸根。

[0105] 铅盐溶液可以以相对于以下金属离子Fe、Cd、Co、Ni、Cu、Hg、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、Zn和Zr为0至100％的摩尔比进一步包含铅(II)或铅(IV)盐，作为上述阴离子的盐。

[0106] 然后可以将溶剂添加到容器中以溶解卤化铅固体来形成卤化铅溶液。合适的溶剂包括但不限于干燥的N-环己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合。在一个实施方案中，将铅固体溶解在干燥的二甲基甲酰胺(DMF)中。卤化铅固体可以在约20℃至约150℃的温度下溶解。在一个实施方案中，卤化铅固体在约85℃下溶解。卤化铅固体可以溶解至形成溶液所需的长时间，其可以在约72小时以内的时间段发生。所得溶液形成卤化铅前体墨的基础。在一些实施方案中，卤化铅前体墨可以具有约0.001M和约10M之间的卤化铅浓度。在一个实施方案中，卤化铅前体墨具有约1M的卤化铅浓度。在一些实施方案中，卤化铅溶液可以进一步包含氨基酸(例如5-氨基戊酸、组氨酸、甘氨酸、赖氨酸)、氨基酸氢卤化物(例如5-氨基戊酸盐酸盐)、IFL表面改性(SAM)剂(例如说明书中先前讨论的那些)或其组合。

[0107] 接下来，形成第1族金属卤化物溶液。可以在受控的气氛环境中将一定数量的第1族金属卤化物集中在洁净、干燥的容器中。合适的第1族金属卤化物包括但不限于碘化铯、溴化铯、氯化铯、氟化铯、碘化铷、溴化铷、氯化铷、氟化铷、碘化锂、溴化锂、氯化锂、氟化锂、碘化钠、溴化钠、氯化钠、氟化钠、碘化钾、溴化钾、氯化钾、氟化钾。第1族金属卤化物可以包含单一种类的第1族金属卤化物，或者其可以包含精确比率的第1族金属卤化物混合物。在一个实施方案中，第1族金属卤化物可以包含碘化铯。在另一个实施方案中，第1族金属卤化物可以包含碘化铷。在另一个实施方案中，第1族金属卤化物可以包含碘化钠。在另一个实施方案中，第1族金属卤化物可以包含碘化钾。

[0108] 或者，其他第1族金属盐前体可与第1族金属卤化物盐结合使用或替代第1族金属卤化物盐使用以形成第1族金属盐溶液。合适的前体第1族金属盐可以包含第1族金属与以下阴离子的任何组合：硝酸根、亚硝酸根、羧酸根、乙酸根、甲酸根、草酸根、硫酸根、亚硫酸根、硫代硫酸根、磷酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、四(全氟苯基)硼酸根、氢化物、氧化物、过氧化物、氢氧化物、氮化物、砷酸根、亚砷酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氢根、铬酸根、重铬酸根、碘酸根、溴酸根、氯酸根、亚氯酸根、次氯酸根、次溴酸根、氰根、氰酸根、异氰酸根、雷酸根、硫氰酸根、异硫氰酸根、叠氮化物、四羰基钴酸根、氨基甲酰基二氰基甲烷化物、二氰基亚硝基甲烷化物、二氰胺、三氰基甲烷化物、酰胺和高锰酸根。

[0109] 然后可以将溶剂添加到容器中以溶解第1族金属卤化物固体来形成第1族金属卤化物溶液。合适的溶剂包括但不限于干燥的N-环己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合。在一个实施方案中，将铅固体溶解在干燥的二甲基亚砜(DMSO)中。第1族金属卤化物固体可以在约20℃至约150℃之间的温度下溶解。在一个实施方案中，第1族金属卤化物固体在室温(即约25℃)下溶解。第1族金属卤化物固体可以溶解至形成溶液所需的长时间，其可以在约72小时以内的时间段发生。所得溶液形成第1族金属卤化物溶液。在一些实施方案中，第1族金属卤化物溶液可以具有约0.001M和约10M之间的第1族金属卤化物浓度。在一个实施方案中，第1族金属卤化物溶液具有约1M的第1族金属卤化物浓度。在一些实施方案中，第1族金属卤化物溶液可以进一步包含氨基酸(例如5-氨基戊酸、组氨酸、甘氨酸、赖氨酸)、氨基酸氢卤化物(例如5-氨基戊酸盐酸盐)、IFL表面改性(SAM)剂(例如本说明书先前讨论的那些)或其组合。

[0110] 接下来，将卤化铅溶液与第1族金属卤化物溶液混合以形成薄膜前体墨。卤化铅溶液与第1族金属卤化物溶液可以以一定比率混合，使得所得的薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度为卤化铅的摩尔浓度的0％和25％之间。在特定的实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的1％。在特定的实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的5％。在特定实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的10％。在特定实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的15％。在特定实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的20％。在特定的实施方案中，薄膜前体墨具有的第1族金属卤化物的摩尔浓度可以为卤化铅的摩尔浓度的25％。在一些实施方案中，可以在混合期间或之后搅拌或摇动卤化铅溶液和第1族金属卤化物溶液，

[0111] 然后，可以将薄膜前体墨沉积在所期望的衬底上。合适的衬底层可以包括本公开中先前确定的任何衬底层。如上所述，可以通过多种方式沉积薄膜前体墨，包括但不限于滴铸、旋铸、凹版涂覆、刮刀涂覆、反凹版涂覆、狭缝模印刷、丝网印刷或喷墨印刷。在某些实施方案中，可以以约500rpm至约10,000rpm的速度将薄膜前体墨旋涂到衬底上持续约5秒至约600秒的时间。在一个实施方案中，可以以约3000rpm将薄膜前体墨旋涂到衬底上持续约30秒。可以在环境大气中以约0％的相对湿度至约50％的相对湿度的湿度范围将薄膜前体墨沉积在衬底上。然后可以使薄膜前体墨在基本上无水的气氛中，即小于20％的相对湿度下干燥，以形成薄膜。

[0112] 然后可在约20℃至约300℃的温度下将薄膜热退火持续约24小时以内的时间段。在一个实施方案中，可以在约50℃的温度下将薄膜热退火约10分钟。然后，钙钛矿材料活性层可以通过转化过程完成，在该过程中，将前体薄膜浸入溶液或用溶液冲洗，该溶液以在
0.001M和10M之间的浓度包含溶剂或溶剂混合物(例如DMF、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿氯苯、二甲基亚砜、水)和盐(例如，甲基碘化铵、碘化甲脒、碘化胍、1,2,2-三氨基乙烯基碘化铵、5-氨基戊酸氢碘化物)的盐。在某些实施方案中，还可以与该段落的第一行中相同的方式对钙钛矿材料薄膜进行热后退火。

[0113] 在一些实施方案中，可以通过在受控的气氛环境中将盐集中在洁净、干燥的容器中来制备盐溶液。合适的盐包括但不限于甲基碘化铵、碘化甲脒、碘化胍、碘化咪唑、碘化亚乙基四胺、1,2,2-三氨基乙烯基碘化铵和5-氨基戊酸氢碘化物。其他合适的盐可以包括上面在标题为“钙钛矿材料”的部分中描述的任何有机阳离子。盐可以包含单一种类的盐，或者其可以包含精确比率的盐混合物。在一个实施方案中，盐可以包含甲基碘化铵。在另一个实施方案中，盐可以包含碘化甲脒。然后接下来，可以将溶剂添加到容器中以溶解盐固体来形成盐溶液。合适的溶剂包括但不限于DMF、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿氯苯、二甲基亚砜、水及其组合。在一个实施方案中，将碘化甲脒盐固体溶解在异丙醇中。盐固体可以在约20℃至约150℃之间的温度下溶解。在一个实施方案中，盐固体在室温(即约25℃)下溶解。
盐固体可以溶解至形成溶液所需的长时间，其可以在约72小时以内的时间段发生。所得溶液形成盐溶液。在一些实施方案中，盐溶液可以具有约0.001M和约10M之间的盐浓度。在一个实施方案中，盐溶液具有约1M的盐浓度。

[0114] 例如，使用上述方法与碘化铅(II)溶液、碘化铯溶液和甲基碘化铵(MA)盐溶液，可以产生具有式CsiMAPbI3的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字。作为另一个示例，使用碘化铅(II)溶液、碘化铷溶液和碘化甲脒(FA)盐溶液可以产生具有式RbiFAPbI3的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字。作为另一个示例，使用碘化铅(II)溶液、碘化铯溶液和碘化甲脒(FA)盐溶液可以产生具有式CsiFAPbI3的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字。作为另一个示例，使用碘化铅(II)溶液、碘化钾溶液和碘化甲脒(FA)盐溶液可以产生具有式KiFAPbI3的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字。作为另一个示例，使用碘化铅(II)溶液、碘化钠溶液和碘化甲脒(FA)盐溶液可以产生具有式NaiFAPbI3的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字。作为另一个示例，使用碘化铅(II)-氯化铅(II)混合溶液、碘化铯溶液和碘化甲脒(FA)盐溶液可以产生具有式CsiFAPbI3-yCLy的钙钛矿材料，其中i等于0和1之间的数字，y表示0和3之间的数字。

[0115] 因此，本发明很好地适于获得所提及的目的和优点以及其中固有的目的和优点。上面公开的特定实施方案仅是例示性的，因为对于受益于本文教导的本领域技术人员来说明白的是，可以以不同但等效的方式来修改和实践本发明。此外，除了下面在权利要求书中所描述的以外，没有限制本文所示的构造或设计的细节的意图。因此，明显的是，以上公开的特定的示例性实施方案可以改变或修改，并且所有这样的变化都被认为在本发明的范围和精神内。特别地，本文公开的数值的每个范围(形式为“从约a至约b”，或等效地，“从约a至b”，或等效地，从“约a-b”)应理解为是指相应数值范围的幂集(所有子集的集合)，并列出较宽范围数值内所包含的每个范围。另外，权利要求中的术语具有其平常的普通含义，除非专利权人另外明确和清楚地定义。

标题	发布/更新时间	阅读量
钙钛矿电池	2020-05-11	424
钙钛矿薄膜的涂布装置	2020-05-12	964
钙钛矿材料及太阳电池	2020-05-12	972
一种杂化钙钛矿材料	2020-05-12	883
气体诱导钙钛矿形成	2020-05-11	786
锰基钙钛矿型无机颜料	2020-05-13	139
一种钙钛矿成膜工艺	2020-05-12	462
一种钙钛矿太阳能电池	2020-05-11	581
一种钙钛矿电池	2020-05-11	437
钙钛矿太阳能门	2020-05-11	558

混合钙钛矿材料加工

混合钙钛矿材料加工

背景技术

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：