技术领域
[0001] 本
发明大体上涉及新颖的类型的
太阳能电池。
[0002] 背景
[0003] 有机-无机
钙钛矿类是待被用作太阳能电池中的光收集器的有吸引
力的材料。待在太阳能电池中被使用的有前景的有机-无机钙钛矿类是有机铅卤化物钙钛矿类。它们具有直接带隙、大的吸收系数[1、2]和高的载流子迁移率[3]。它们的
电子性质可以被调节，允许分层的材料的形成，以根据所采用的有机部件的结构控制无机片材之间的距离和电子耦合。分层的钙钛矿类在干燥空气中具有高的
稳定性。
[0004] 多种研究报道使用CH3NH3PbI3钙钛矿
纳米晶体作为具有液体
电解质的
光电子化学电池中的敏化剂[4-6]。然而，这些系统的性能由于钙钛矿的溶解快速地下降。
[0005] Snaith等人[7]和 等人[8]报道基于中-超结构化的有机卤化物钙钛矿、获得超过10％的
功率转换效率的高效率的混合有机-无机太阳能电池。
[0006] 此外，Etgar等人[9]报道不含空穴导体的钙钛矿
异质结太阳能电池的用途。作者发现，除了其作为吸收剂的功能性之外，铅卤化物钙钛矿可以传输空穴，实现具有在低的光强度下的多于7％的功率转换效率的优良的光伏性能。Etgar等人还公开了介观的CH3NH3PbI3/TiO2
异质结太阳能电池，其包含通过将来自CH3NH3I和PbI2在γ-丁内酯中的溶液的钙钛矿纳米颗粒沉积在TiO2(锐钛矿)纳米片材的400nm厚的膜上来生产的介观的甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿/TiO2。TiO2的存在被发现是关键的，因为作者认为需要TiO2作为骨架主要地以便增加表面积。
[0007] 参考文献
[0008] [1]Akihiro Kojima；Masashi Ikegami；KenjiroTeshima；和Tsutomu Miyasaka.Highly Luminescent Lead Bromide Perovskite Nanoparticles Synthesized withPorous Alumina Media Chem.Lett.2012，41，397。
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[0017] 发明概述
[0018] 目前已知的基于有机-无机钙钛矿类的太阳能电池或异质结利用骨架层(例如TiO2层)，所述骨架层被认为是这样的电池中的关键的部件。骨架层典型地位于钙钛矿层和玻璃
基板(glass substrate)之间。这主要地是由于以下事实，即骨架层增加表面积并且因此辅助减少或削弱复合过程且因此增加装置效率。
[0019] 本发明是基于以下的惊人的发现，即高效率的
钙钛矿太阳能电池可以从钙钛矿材料生产而不需要在太阳能电池中包括增加表面的骨架结构层。
[0020] 因此，本发明提供可以在光电子装置中被利用的新颖的堆叠层元件，其中装置不含增加表面的骨架结构/层。这些装置是改进的光电子装置/异质结/光伏电池。如将在下文中进一步证实，本发明的堆叠层呈现以下的特性中的一个或更多个：
[0021] 1.堆叠层具有简单的结构，并且作为消除增加表面的骨架部件的结果，允许建造有成本效益并且容易建造的装置。
[0022] 2.堆叠层在低的
温度下的形成和/或简单的沉积步骤，因为过程避免应用增加表面的骨架结构，并且因此提供有成本效益的装置。
[0023] 3.堆叠层是柔性的和/或被沉积在柔性基板和/或热敏表面上，因此拓宽可以被使用的基板和最终应用的选择。
[0024] 4.被电荷载流子复合较少地影响的堆叠层，因为异质结/光伏电池/装置的耗尽层非常靠近于表面。
[0026] 因此，本发明在其各方面中的一个中提供一种元件，所述元件包括(或由以下组成)基板、至少一个钙钛矿层(例如有机-无机的)、导电层和任选地至少一个另外的层，其中所述至少一个钙钛矿层被设置在所述基板上，直接地在所述基板上或在被
定位在所述基板上的所述至少一个另外的层上，其中所述至少一个另外的层不同于骨架结构层。
[0027] 在某些实施方案中，所述基板是钙钛矿层被设置在其顶部上的最底层；并且导电层被设置在所述钙钛矿层的顶部上。所述至少一个另外的层，不是骨架结构层，可以是在上文提到的基板、钙钛矿和导电层中的任一个之间的
中间层，或作为在所述导电层的顶部上的最顶层。
[0028] 本发明还提供一种元件，所述元件包括基板、至少一个钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层，其中所述元件没有(或不含)骨架结构层。
[0029] 本发明还提供一种元件，所述元件包括基板、至少一个钙钛矿层、导电层、任选地至少一个另外的层和另外地任选地至少一个骨架结构层，其中所述钙钛矿层被直接地设置在所述基板上。
[0030] 本发明还提供一种元件，所述元件包括基板、至少一个钙钛矿层、导电层、和任选地至少一个另外的层，其中在所述基板上的所述至少一个钙钛矿层提供平面结；即骨架结构层不被设置在所述基板和所述钙钛矿层之间。
[0031] 本发明还提供一种元件，所述元件包括基板、至少一个钙钛矿层、导电层、和任选地至少一个另外的层，其中所述至少一个钙钛矿层被直接地定位在所述基板上。
[0032] 如可以从本文提供的公开内容理解的，本发明的要旨是提供可以被用作光电子装置或被实施至光电子装置的元件，其中元件不含骨架结构层。如本领域中已知的，骨架层增加光电池(例如太阳能电池)的表面积并且因此可以提供非平面结。实施不具有骨架层的电池的能力因此是惊人的。在基于钙钛矿的电池中，骨架层典型地被定位在基板表面和钙钛矿层之间。在本发明的元件和装置中不需要这样的骨架层，并且因此，元件或装置没有增加钙钛矿层被应用至其上的层的有效表面(即增加表面积)的层。
[0033] 在某些实施方案中，在至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在的情况下，另外的层不是增加基板的有效表面积的那种，即至少一个另外的层以以下中的一个或更多个为特征：
[0034] -层不是多孔层或包含精细的粉末的层；
[0035] -层不是纳米结构的和/或纳米多孔的；
[0036] -层不包含以纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)；典型地具有在几百至几纳米的范围内的直径(在某些实施方案中，纳米颗粒大小是在1nm和500nm之间；在某些实施方案中，纳米颗粒大小是在1nm和300nm之间；在某些实施方案中，纳米颗粒大小是在3nm和300nm之间；在某些实施方案中，纳米颗粒大小是在3nm和200nm之间)；以及
[0037] -层把基板表面的或与钙钛矿层(直接)
接触的表面的表面积每体积增加了小于1.1或1.2或1.25或1.5或1.75或2或2.5或3或3.5或4或4.5或5。
[0038] 至少一个另外的层被认为不“增加所述至少一个另外的层被定位至其上的基板的表面积”。相似地，本发明的元件不含“增加基板的表面积”的骨架层。换句话说，在其中本发明的元件的基板被把基板与钙钛矿层分开的中间层(例如至少一个另外的层)包覆或分层的实施方案中，中间层可以不是增加元件基板的总表面积的层。在某些实施方案中表面积是基板或另外的层的总表面积。在某些实施方案中，表面积是基板或另外的层的一个或更多个面(例如顶部)，其中一个或更多个面是钙钛矿层被设置在其上的面。在某些实施方案中，表面积是与钙钛矿层(直接)接触的表面。面积是指基板表面的完全的或部分的或连续的或被间隔开的区域。
[0039] 在某些实施方案中，至少一个另外的层被定位在基板和钙钛矿层之间，至少一个另外的层包含不增加基板表面的表面积的半导电材料或金属
氧化物材料。
[0040] 如本领域中已知的，“钙钛矿层”或“钙钛矿材料”是指包含一种或更多种钙钛矿物质或由一种或更多种钙钛矿物质组成的材料，包括本领域中已知的任何钙钛矿结构。
[0041] 钙钛矿材料典型地以结构模序AMX3为特征，具有共用
角落的MX6八面体的三维网络，其中M是可以采用X阴离子的八面体配位的金属阳离子，并且其中A是典型地位于MX6八面体之间的12倍配位空穴中的阳离子。
[0042] 在某些实施方案中，A和M是金属阳离子，即，钙钛矿材料是金属氧化物钙钛矿材料。在其他的实施方案中，A是有机阳离子并且M是金属阳离子，即，钙钛矿材料是有机-无机钙钛矿材料。
[0043] 有机-无机钙钛矿材料是有机-无机混合结构。有机-无机材料包括作为交替的片材的自组装布置，其中片材之间的电子耦合和它们距彼此的距离控制电子性质。本发明的有机-无机钙钛矿结构包括本领域中已知的任何这样的结构。
[0044] 有机部件可以由多个片材组成，一个或更多个，每个包含有机阳离子。在某些实施方案中，有机部件包含单个的有机片材(例如单铵)，阳离子和卤素在一个无机片材中，使有机基团延伸到在无机片材之间的空间中。在其他的实施方案中，在有机部件包含两个片材(例如二铵阳离子)的情况下，分子延伸到有机片材之间的距离中，这意指没有范德华力在片材之间存在。
[0045] 有机基团可以包括烷基链或单环芳香族基团。这些简单的有机层帮助定义无机片材之间的相互作用的程度和在无机片材中发展的性质。这些重要的改性可以是改变在被用于生长膜或晶体的前体溶液中的有机盐和无机盐的化学计量或组成的结果。描述的分层的(多个片材)钙钛矿证明无机片材可以决定单个的结晶层的形成，这将实现较高的迁移率(较高的电子和空穴迁移率)。
[0046] 在某些实施方案中，有机-无机钙钛矿类的结构相似于多层结构，使半导电的无机片材与有机片材交替。有机片材可以具有大的
能隙。
[0047] 在某些实施方案中，无机片材的导带大体上低于有机片材的导带，并且无机片材的
价带可以相似地高于有机片材的价带，形成I型带结构。在某些实施方案中，有机和无机片材的带隙可以在交错的构造中，形成II型带结构。
[0048] 在某些实施方案中，钙钛矿材料是三维材料。在某些实施方案中，钙钛矿材料是二维材料。
[0049] 在某些实施方案中，钙钛矿材料具有式AMX3或AMX4或A2MX4或A3MX5或A2A'MX5或AMX3-nX'n，其中
[0050] A和A'独立地选自有机阳离子、金属阳离子和这样的阳离子的任何组合；
[0051] M是金属阳离子或金属阳离子的任何组合；
[0052] X和X'独立地选自阴离子和阴离子的任何组合；并且
[0053] n在0至3之间。
[0054] 在上文的钙钛矿式(例如A2MX4中的A2或X4)中的任何中的重复的或多个的元素可以是相同的或不同的。例如，A2MX4可以实际上具有结构AA'MXX'X”X”'。
[0055] 阳离子和阴离子部分可以是在任何价数中。在某些实施方案中，阳离子和/或阴离子具有1或2或3或4或5或6或7的价数。在某些实施方案中，阳离子和/或阴离子是一价
原子。在某些实施方案中，阳离子和/或阴离子是二价原子。在某些实施方案中，阳离子和/或阴离子是三价原子。
[0056] 金属阳离子可以选自元素周期表的d区的第IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB、IIB、IIIA、IVA和VA族的金属元素。
[0057] 在某些实施方案中，金属阳离子是Li或Mg或Na或K或Rb或Cs或Be或Ca或Sr或Ba、Sc或Ti或V或Cr或Fe或Ni或Cu或Zn或Y或La或Zr或Nb或Tc或Ru或Mo或
Rh或W或Au或Pt或Pd或Ag或Co或Cd或Hf或Ta或Re或Os或Ir或Hg或B或Al或
Ga或In或Tl或C或Si或Ge或Sn或Pb或P或As或Sb或Bi或O或S或Se或Te或Po
或其任何组合。
[0058] 在某些实施方案中，金属阳离子是选自周期表的d区的第IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB和IIB族的过渡金属。在某些实施方案中，过渡金属是选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Mn、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir和Hg或其任何组合的金属。
[0059] 在某些实施方案中，金属阳离子是选自第IIIA、IVA和VA族的后过渡金属。在某些实施方案中，金属阳离子是Al或Ga或In或Tl或Sn或Pb或Bi或其任何组合。
[0060] 在某些实施方案中，金属阳离子是选自第IIIA、IVA、VA和VIA族的半金属。在某些实施方案中，金属阳离子是B或Si或Ge或As或Sb或Po或其任何组合。
[0061] 在某些实施方案中，金属阳离子是选自第IA族的
碱金属。在某些实施方案中，金属阳离子是碱金属Li或Mg或Na或K或Rb或Cs。
[0062] 在某些实施方案中，金属阳离子是选自第IIA族的碱土金属。在某些实施方案中，金属阳离子是Be或Ca或Sr或Ba。
[0063] 在某些实施方案中，金属阳离子是镧系元素例如Ce或Pr或Gd或Eu或Tb或Dy或Er或Tm或Nd或Yb或其任何组合。
[0064] 在某些实施方案中，金属阳离子是锕系元素例如Ac或Th或Pa或U或Np或Pu或Am或Cm或Bk或Cf或Es或Fm或Md或No或Lr或其任何组合。
[0065] 在某些实施方案中，金属阳离子是二价金属阳离子。二价金属的非限制性实例包+2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2括Cu 、Ni 、Co 、Fe 、Mn 、Cr 、Pd 、Cd 、Ge 、Sn 、Pb 、Eu 和Yb 。
[0066] 在某些实施方案中，金属阳离子是三价金属阳离子。三价金属的非限制性实例包+3 +3括Bi 和Sb 。
[0067] 在某些实施方案中，金属阳离子是Pb+2。
[0068] 有机阳离子是包含至少一个有机部分(含有一个或更多个
碳链或
烃链或一个或更多个有机基团)的阳离子。
[0069] 有机部分可以选自被取代的或未被取代的烷基、被取代的或未被取代的烯基、被取代的或未被取代的炔基、被取代的或未被取代的环烷基、被取代的或未被取代的环烯基、被取代的或未被取代的环炔基、被取代的或未被取代的芳基、被取代的或未被取代的杂芳基、被取代的或未被取代的杂环基、被取代的或未被取代的-NR1R2、被取代的或未被取代的-OR3、被取代的或未被取代的-SR4、被取代的或未被取代的-S(O)R5、被取代的或未被取代的亚烷基-COOH、和被取代的或未被取代的酯。
[0070] 通过“R”表示的可变的基团是指选自如本文定义的以下的一个或更多个基团：氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、亚烷基-COOH、酯、-OH、-SH、和-NH、或其任何组合。在某些实施方案中，R基团的数目可以是0或1或2或3或4或5或6或7或8或9或20。如本文所使用，基团R一般地是指在本文中使用的
任何特定的R，除非特定的定义被提供；换句话说，上文提到的定义是指R基团中的任何，例如，R'、R”、R”'、R””、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8等等，除非另外具体地注释。
[0071] 在某些实施方案中，钙钛矿材料是钙钛矿材料的单种物质。在其他的实施方案中，钙钛矿材料是不同的钙钛矿材料的两种或更多种(若干种)不同的物质的组合。在某些实施方案中，不同的钙钛矿材料的不同的物质的数目可以是2或3或4或5或6或7或8或9或10种钙钛矿不同的钙钛矿物质。
[0072] 在某些实施方案中，钙钛矿层是分层的钙钛矿材料的多层结构，其中每个层是不同的并且包含钙钛矿材料的不同的物质，或钙钛矿材料的若干种不同的物质的不同的混合物。在某些实施方案中，钙钛矿多层中的每个层由不同的组合或相同的组合但具有不同的钙钛矿材料比率制造。
[0073] 在某些实施方案中，在钙钛矿层呈多层的钙钛矿材料的形式的情况下，钙钛矿层可以各自具相同的钙钛矿材料或具有不同的钙钛矿材料。在某些实施方案中，多层钙钛矿包括2或3或4或5或6或7或8或9或10个钙钛矿层。
[0074] 在某些实施方案中，钙钛矿层包含2或3或4或5或6或7或8或9或10种不同的钙钛矿材料，每个如上文选择和定义。
[0075] 在某些实施方案中，钙钛矿层包含以1:1或1:2或1:3或1:4或1:5的比率的两种钙钛矿材料。
[0076] 在构成有机-无机混合材料的有机部分中，以下的定义是适用的：
[0077] -“烷基”、“烯基”和“炔基”碳链，如果不被
指定，是指各自含有从1至20个碳、或1或2至16个碳的碳链，并且是直链的或支链的。每个这样的基团可以被取代。在某些实施方案中，碳链含有1至10个碳原子。在某些实施方案中，碳链含有1至6个碳原子。在某些实施方案中，碳链含有2至6个碳原子。烯基碳链可以含有从2至20个碳、或2至18
个碳、或2至16个碳、或2至14个碳、或2至12个碳、或2至10个碳、或2至8个碳、或2
至6个碳、或2至4个碳。烯基碳链可以相似地含有1至8个双键、或1至7个双键、或1
至6个双键、或1至5个双键、或1至4个双键、或1至3个双键、或1个双键、或2个双键。
炔基碳链可以含有从2至20个碳、或2至18个碳、或2至16个碳、或2至14个碳、或2至
12个碳、或2至10个碳、或2至8个碳、或2至6个碳、或2至4个碳。炔基碳链可以相似
地含有1至8个三键、或1至7个三键、或1至6个三键、或1至5个三键、或1至4个三
键、或1至3个三键、或1个三键、或2个三键。示例性的烷基、烯基和炔基包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异己基、烯丙基(丙烯基)和炔丙基(丙炔基)。
[0078] -“环烷基”是指饱和的单环环体系或多环环体系，在某些实施方案中具有3至10个碳原子，在其他的实施方案中具有3至6个碳原子；环烯基和环炔基是指分别地包含至少一个双键和至少一个三键的单环环体系或多环环体系。环烯基和环炔基，在某些实施方案中，可以含有3至10个之间的碳原子，在另外的实施方案中，可以含有4至7个之间的碳原子并且环炔基，在另外的实施方案中，含有8至10个碳原子。环烷基、环烯基和环炔基的环体系可以包含一个环或可以以稠合、桥接或螺环连接方式连接在一起的两个或更多个环。
[0079] -“芳基”是指含有从6至10个碳原子的芳香族单环基团或多环基团。芳基包括但不限于诸如未被取代的或被取代的芴基、未被取代的或被取代的苯基、和未被取代的或被取代的
萘基的基团。
[0080] -“杂芳基”是指单环或多环的芳香族环体系，在某些实施方案中，具有约5至约15个成员，其中环体系中的原子中的一个或更多个，在某些实施方案中1至3个，是杂原子，即除了碳的元素，包括例如氮、氧或硫。杂芳基可以任选地稠合于苯环。杂芳基包括但不限于呋喃基、咪唑基、嘧啶基、四唑基、噻吩基、吡啶基、吡咯基、噻唑基、异噻唑基、噁唑基、异噁唑基、三唑基、喹啉基和异喹啉基。
[0081] -“杂环基”是指饱和的单环环体系或多环环体系，在一个实施方案中具有3至10个成员，在另一个实施方案中具有4至7个成员，在另外的实施方案中具有5至6个成员，其中环体系中的原子中的一个或更多个，在某些实施方案中1至3个，是杂原子，即除了碳的元素，包括但不限于氮、氧或硫。在其中杂原子是氮的实施方案中，氮任选地被以下取代：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、芳烷基、杂芳烷基、环烷基、杂环基、环烷基烷基、杂环基烷基、酰基、胍，或氮可以被季铵化以形成铵基团，其中取代基如上文地选择。
[0082] -“-NR1R2”是指胺基团，其中R1和R2独立地选自氢、烷基、烯基、烯基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、酯和羰基，每个如本文所定义或可选择地如在本领域中所已知。
[0083] -“-OR3”是指羟基或烷氧基或衍
生物，其中R3选自氢、烷基、烯基、烯基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、亚磺酰基、酯和羰基。
[0084] -“-SR4”是指硫醇基团或硫醚基团或衍生物，其中R4选自氢、烷基、烯基、烯基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、亚磺酰基、酯和羰基。
[0085] -“-S(O)R5”是指亚磺酰基，其中R5选自氢、烷基、烯基、烯基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、亚磺酰基、酯和羰基。
[0086] -“酯”是指-C(O)OR8，其中R8选自氢、烷基、烯基、烯基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、-NR1R2、亚磺酰基、羰基、-OR3、SR4、-S(O)R5-OH、-SH和-NH。
[0087] 术语“被取代”是指如本文在上文定义的任何基团或任何配体具有(被进一步取代)一个或更多个取代基，其中取代基是如本文在上文定义的配体。在某些实施方案中，取代基选自烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂环基、卤素、亚烷基-COOH、酯、-OH、-SH、和-NH。在某些实施方案中，在某个配体上的取代基的数目是0或1或2或3或4或5或6或7或8或9或20个取代基。
[0088] 阴离子可以是简单的阴离子或卤化物阴离子或硫族化物阴离子或有机阴离子或含氧阴离子或其任何组合。
[0089] 在某些实施方案中，阴离子是简单的阴离子，例如O-2、N-3、S-2或其任何组合。
[0090] 在某些实施方案中，阴离子是卤化物阴离子，其中卤化物可以是F、Cl、Br、I、At或其任何组合。
[0091] 在某些实施方案中，阴离子选自以下原子的阴离子，所述原子选自S、Se、Te和其任何组合。
[0092] 在某些实施方案中，阴离子选自有机阴离子例如乙酸根(CH3COO-)、
甲酸根- -2 -
(HCOO)、
草酸根(C2O4 )、氰根(CN)或其任何组合。
[0093] 在某些实施方案中，阴离子是含氧阴离子例如AsO4-3、AsO3-3、CO3-2、HCO3-、OH-、NO3-、- -3 -2 -2 - -2 -2 - - - - - - - -2NO2、PO4 、HPO4 、SO4 、HSO4、S2O3 、SO3 、ClO4、ClO3、ClO2、OCl、IO3、BrO3、OBr、CrO4 、-2
Cr2O7 或其任何组合。
[0094] 在某些实施方案中，阴离子可以选自Br-、I-、NCS-、CN-、和NCO-。在另外的实施方-3 -3 -3 -3案中，阴离子可以选自IBr 、Cl2I 、Br2I 和I2Cl 。
[0095] 在某些实施方案中，钙钛矿结构是有机-无机钙钛矿结构。在某些实施方案中，有-1 -1 -1机-无机钙钛矿结构选自(R-NH3)2MX4和(NH-R-NH)MX；(其中X可以是Cl 、Br 、或I )，钙钛矿结构在图1中示意性地描绘。无机层可以由共用角落的金属卤化物八面体的片材组成。M阳离子可以是满足电荷平衡并且采用八面体阴离子配位的二价或三价金属。
[0096] 无机层，通常被称为钙钛矿片材，源自三维AMX3钙钛矿结构，通过典型地沿着三维晶格的<100>方向制造一层厚的切口。结构改性可以通过改变起始溶液中的有机盐和无机盐的组成被实现以使得能够调节电子的、光学的和
磁性的性质。
[0097] 在某些实施方案中，有机阳离子是有机一价阳离子。
[0098] 在某些实施方案中，有机阳离子是有机伯铵化合物、有机仲铵化合物、有机叔铵化合物或有机季铵化合物，包括含有N的杂环和环体系。
[0099] 在某些实施方案中，有机阳离子是包含一个或更多个杂原子的碳(烃)链。杂原子可以选自N、O和S。在某些实施方案中，杂原子的数目是1或2或3。
[0100] 在某些实施方案中，杂原子是氮原子。
[0101] 在某些实施方案中，碳链包含一个或更多个卤素。
[0102] 在某些实施方案中，碳链包含杂环基和/或杂芳基。
[0103] 在某些实施方案中，有机阳离子是一价的或二价的阳离子或任何其他的价数，其可以是具有两个带正电荷的氮原子的有机伯铵化合物、有机仲铵化合物、有机叔铵化合物或有机季铵化合物。
[0104] 在某些实施方案中，在如上文定义的钙钛矿结构中，阳离子(A或A')是选自+
(RR'R”R”')的有机阳离子，其中R基团中的每个可以被独立地选择，如本文所定义。在某些实施方案中阳离子选自RNH3、RR'NH2、RR'R”NH、NH3RNH3或其任何组合。在某些实施方案中，阳离子选自RNH＝R'、NH2＝R、RN＝R'R”、R'＝N＝R、RR'N＝R＝NR”R”'、H2N＝R+
＝NH2、RR'N＝CHNR”R”'。在某些实施方案中，阳离子是(H2N＝CHNH2)或其任何组合。
[0105] 在某些实施方案中，钙钛矿材料具有式AMX3。
[0106] 在另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式AMX'X2。
[0107] 在又另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式RNH3MX'X2。
[0108] 在某些实施方案中，钙钛矿材料包含或选自CH3NH3PbF3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbBrI2、CH3NH3PbBrCl2、CH3NH3PbIBr2、CH3NH3PbICl2、CH3NH3PbClBr2和CH3NH3PbI2Cl。在某些实施方案中，钙钛矿材料包含或选自CH3NH3SnICl2、CH3NH3SnBrI2、CH3NH3SnBrCl2、CH3NH3SnF2Br、CH3NH3SnIBr2、CH3NH3SnF2I、CH3NH3SnClBr2、CH3NH3SnI2Cl 和CH3NH3SnF2Cl。
[0109] 在另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式RNH3MX3。在某些实施方案中，钙钛矿材料包含或选自CH3NH3PbF3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3。在某些实施方案中，钙钛矿材料是CH3NH3PbI3。
[0110] 在另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式(NH2＝CH-NH2)MX3。在某些实施方案中，钙钛矿材料包含或选自(NH2＝CH-NH2)PbBr3、(NH2＝CH-NH2)PbI3、(NH2＝CH-NH2)PbCl3、(NH2＝ CH-NH 2)PbFCl2、(NH2＝CH-NH 2)PbBrCl2、(NH2＝ CH-NH 2)PbICl2、(NH2＝ CH-NH 2)PbFCl2、(NH2＝CH-NH2)PbFBr2、(NH2＝CH-NH2)PbFI2和(NH2＝CH-NH2)PbIBr2。
[0111] 在另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式AMX3，其中M是金属阳离子，即，M'MX3。在另外的实施方案中，钙钛矿材料具有式M'MX'X2。在某些实施方案中，所述钙钛矿材料包含或选自CsPbI2Cl、CsPbICl2、CsPbI2F、CsPbIF2、CsPbI2Br和CsPbIBr2。
[0112] 在某些实施方案中，钙钛矿材料包含或选自CsSnI2F、CsSnIF2、CsSnI2Cl、CsSnICl2、CsSnI2Br和CsSnIBr2。
[0113] 在根据本发明的光伏电池中的钙钛矿层具有对于最终应用足够的带隙。在某些实施方案中，带隙是在可见区中。在某些实施方案中，带隙是在IR区中。在某些实施方案中，带隙是在近IR区中。
[0114] 在某些实施方案中，带隙低于3eV。在某些实施方案中，带隙低于2.5eV。在某些实施方案中，带隙低于2eV。在某些实施方案中，带隙在0.1至3eV之间。在某些实施方案中，带隙在0.5至3eV之间。在某些实施方案中，带隙在1至3eV之间。在某些实施方案中，带隙在1至2.5eV之间。在某些实施方案中，带隙在1至2.0eV之间。
[0115] 钙钛矿层的厚度特别地取决于钙钛矿材料、总体的层内的层的数目、层之间的相互作用的程度、和其他的参数。钙钛矿层的厚度可以由期望的应用决定。对于某些最终应用，钙钛矿层的厚度可以在微米区中(1至1000微米)。对于某些应用，钙钛矿层的厚度可以在纳米区中(1至1000nm)。
[0116] 因此，在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在10nm至100μm之间。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在100nm至10μm之间。
[0117] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1000μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于100μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1μm。
[0118] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于500μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于50μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于5μm。
[0119] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1000nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于100nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度是小于1nm。
[0120] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于500nm。
[0121] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在约100nm和500nm之间。
[0122] 钙钛矿层被直接地或间接地设置在“基板”上，所述“基板”可以是柔性的或刚性的基板，可以是大体上二维的(薄的平坦的基板)或三维的弯曲的(非平坦的)表面。基板可以具有任何平滑度。在最一般的情况下，基板可以具有固体材料，例如玻璃、纸、无机的或有机的
半导体、
聚合物材料或陶瓷表面。表面材料是钙钛矿层在其上被形成的基板，可以不一定具有与钙钛矿层在其表面上被生产的物体的主体相同的材料。
[0123] 在某些实施方案中，基板是柔性的。
[0124] 在某些实施方案中，基板是导电的。
[0125] 在某些实施方案中，基板是透明的。
[0126] 在某些实施方案中，基板对于在最终应用中使用的所有的
波长是透明的。在某些实施方案中，基板对于在太阳能电池中使用的所有的波长是透明的。在某些实施方案中，基板在可见
光谱区中是透明的。在某些实施方案中，基板在NIR和/或IR光谱区中是透明的。在某些实施方案中，基板在可见-IR光谱区中是透明的。
[0127] 在某些实施方案中，基板是导电的并且透明的。
[0128] 在某些实施方案中，基板是选自以下的无机半导体材料：
硅、
锡、
硼的化合物、碲、锗、镓、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、碲化镉(CdTe)、镓
铝砷(GaAlAs)、磷化铟(InP)、磷砷化镓(GaAsP)、硫化镉(CdS)、
铜铟镓二硒(CIGS)、碲镉汞(HgCdTe)、和铜铟硫或铜铟硒。
[0129] 在某些实施方案中，基板可以选自玻璃、多孔玻璃、
石英、氧化铟锡(ITO)、氟化氧化锡(FTO)、锑掺杂的氧化锡(ATO)、
云母、SrGeO3或氧化锌。在另外的实施方案中，基板可以选自SnO2:F、SnO2:Sb、In2SO3:Sn、ZnO:Al、ZnO:Al2O3、ZnO:Ga2O3。
[0130] 在某些实施方案中，基板是氧化铟锡(ITO)或氟化氧化锡(FTO)。
[0131] 在某些实施方案中，基板由聚合物材料(导电聚合物)形成，例如聚薁类、聚亚苯基类、聚芘类、聚萘类、聚酯(PET)、聚酰亚胺、聚(吡咯)类、(PPY)、聚(噻吩)类(PT)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚氮杂 类、聚吲哚类、聚咔唑类、聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)、聚(乙炔)类(PAC)、聚(对亚苯硫醚)(PPS)、聚-3-己基噻吩(P3HT)和聚苯胺类。
[0132] 在某些实施方案中，基板是碳基板或HOPG(
石墨)。
[0133] 在某些实施方案中，基板是或包含金属。
[0134] 在某些实施方案中，基板包含选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Mn、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg和其任何组合的过渡金属。
[0135] 在某些实施方案中，基板是由选自金、
银、铜、铂、镍、钯、钛、铱和其任何组合的金属制造的金属基板。
[0136] 在某些实施方案中，基板是玻璃或包含被导电材料例如SnO2:F(FTO)或金属纳米颗粒(例如，Au和/或Ag纳米颗粒)包覆的玻璃材料的塑料基板。
[0137] 在本发明的元件中，导电层被设置在钙钛矿层的顶部上。在某些实施方案中，导电层是或包含金属，纯的形式或金属
合金。
[0138] 在某些实施方案中，导电层包含选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Mn、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg和其任何组合的过渡金属。
[0139] 在另外的实施方案中，导电层包含金属，例如金、银、铜、铂、镍、钯、钛、铱或其任何组合。
[0140] 在又另外的实施方案中，导电层包含Au和/或Ag。
[0141] 在某些实施方案中，导电层是碳基板或HOPG(石墨)。
[0142] 在某些实施方案中，导电层是无机半导体材料，包括但不限于硅、锡、硼的化合物、碲、锗、镓、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、碲化镉(CdTe)、镓铝砷(GaAlAs)、磷化铟(InP)、磷砷化镓(GaAsP)、硫化镉(CdS)、铜铟镓二硒(CIGS)、碲镉汞(HgCdTe)、和铜铟硫或铜铟硒。
[0143] 在某些实施方案中，导电层是柔性的。
[0144] 在某些实施方案中，导电层是透明的。
[0145] 在某些实施方案中，导电层对于在最终应用中使用的所有的波长是透明的。在某些实施方案中，导电层对于在太阳能电池中使用的所有的波长是透明的。在某些实施方案中，导电层在可见光谱区中是透明的。在某些实施方案中，导电层在NIR和/或IR光谱区中是透明的。在某些实施方案中，导电层在可见-IR光谱区中是透明的。
[0146] 在某些实施方案中，基板可以选自玻璃、多孔玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、氟化氧化锡(FTO)和云母。
[0147] 在某些实施方案中，导电层是聚合物(导电聚合物)，例如聚薁类、聚亚苯基类、聚芘类、聚萘类、聚酯(PET)、聚酰亚胺、聚(吡咯)类、(PPY)、聚(噻吩)类(PT)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚氮杂 类、聚吲哚类、聚咔唑类、聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)、聚(乙炔)类(PAC)、聚(对亚苯硫醚)(PPS)、聚-3-己基噻吩(P3HT)、和聚苯胺类。
[0148] 钙钛矿层的厚度可以由期望的应用决定。对于某些最终应用，钙钛矿层的厚度可以在微米区中(1至1000微米)。对于某些应用，钙钛矿层的厚度可以在纳米区中(1至1000nm)。
[0149] 因此，在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在10nm和100μm之间。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在100nm和10μm之间。
[0150] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1000μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于100μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1μm。
[0151] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于500μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于50μm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于5μm。
[0152] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1000nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于100nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于10nm。在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于1nm。
[0153] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度小于500nm。
[0154] 在某些实施方案中，钙钛矿层的厚度在约100nm和500nm之间。
[0155] 如上文定义的本发明的元件包括基板、至少一个钙钛矿层和导电层，其中钙钛矿层和导电层被直接地堆叠(设置、应用)在彼此上。换句话说，两个层彼此紧密接触而没有任何中间层或材料。在中间层存在的情况下，其不是骨架结构层，例如，TiO2。
[0156] 不是骨架结构层(例如TiO2层)并且在某些实施方案中可以被定位在钙钛矿层和基板之间的中间层(在本文中被称为“另外的层”)可以是一个或更多个另外的层，所述一个或更多个另外的层通常是辅助优化元件(太阳能电池)在最终应用(当被集成在装置中时)的操作或功能的一个或更多个层。
[0157] 在某些实施方案中，至少一个另外的层不是如本文定义的骨架结构。
[0158] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少另外的层不是大体上增加基板的有效表面积的那种，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0159] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不是多孔层或包含精细的粉末的层，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0160] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不是纳米结构的和/或纳米多孔的，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0161] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0162] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以具有在几百至几纳米的范围内的直径的纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0163] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以具有在1nm和500nm之间的纳米颗粒大小的纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0164] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以具有在1nm和300nm之间的纳米颗粒大小的纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0165] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以具有在3nm和300nm之间的纳米颗粒大小的纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0166] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层不包含以具有在3nm和200nm之间的纳米颗粒大小的纳米颗粒的形式的粉末(颗粒)，并且任选地至少一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0167] 在某些实施方案中，至少一个另外的层包含金属氧化物或特别地TiO2，其中至少一个另外的层把基板表面的或与钙钛矿层(直接)接触的表面的表面积每体积增加了小于1.1或1.2或1.25或1.5或1.75或2或2.5或3或3.5或4或4.5或5，并且任选地至少
一个另外的层在基板和钙钛矿层之间存在。
[0168] 在本发明的元件中的另外的层的数目是无限制的。在某些实施方案中，另外的层的数目在1和100之间。在其他的实施方案中，另外的层的数目在1和50之间。在另外的实施方案中，另外的层的数目在1和10之间。在另外的实施方案中，另外的层的数目是1或2或3或4或5或6或7或8或9或10。
[0169] 在某些实施方案中，另外的层是柔性的。
[0170] 在某些实施方案中，另外的层是导电的。
[0171] 在某些实施方案中，另外的层是透明的。
[0172] 在某些实施方案中，另外的层对于在最终应用中使用的所有的波长是透明的。在某些实施方案中，另外的层对于在太阳能电池中使用的所有的波长是透明的。在某些实施方案中，另外的层在可见光谱区中是透明的。在某些实施方案中，另外的层在NIR和/或IR光谱区中是透明的。在某些实施方案中，另外的层在可见-IR光谱区中是透明的。
[0173] 在某些实施方案中，至少一个另外的层被定位在钙钛矿层和基板之间。在某些实施方案中，至少一个另外的层被定位在钙钛矿层和导电层之间。在某些实施方案中，至少一个另外的层被定位在(多层钙钛矿层中的)至少两个钙钛矿层之间。在某些实施方案中，至少两个另外的层被设置在每个层或基板上(例如，在钙钛矿(多)层下方、上方和之间)。
[0174] 在某些实施方案中，另外的层是保护层。保护层可以由具有宽的带隙的薄的无机材料或另外的金属氧化物层制造，用于阻挡从钙钛矿至金属接点的逆反应的目的。
[0175] 在某些实施方案中，保护层是抗反射层。在某些实施方案中，保护层具有介电材料。
[0176] 在另外的实施方案中，保护层是金属氧化物，例如SiO、SiO2、Si3N4、TiO2、Ta2O5、Al2O3、ZrO2、Nd2O3、MgF2、MgO、SrF2、ZnO、MoO3、In-ZnO和Hf2O。在保护层具有骨架结构材料例如TiO2的情况下，其不被定位在基板和钙钛矿材料之间。
[0177] 在某些实施方案中，保护层是
水分屏障以保护水分诱发的不稳定性。在其他的实施方案中，保护层是热导体以辅助最小化热点热降解。
[0178] 在某些实施方案中，保护层包含氟化的聚合物。
[0179] 在其他的实施方案中，另外的层是空穴传输材料。空穴传输材料可以由导电聚合物制造，例如OMETAD Spiro、聚薁类、聚亚苯基类、聚芘类、聚萘类、聚酯(PET)、聚酰亚胺、聚(吡咯)类、(PPY)、聚(噻吩)类(PT)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚氮杂 类、聚吲哚类、聚咔唑类、聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)、聚(乙炔)类(PAC)、聚(对亚苯硫醚)(PPS)、聚-3-己基噻吩(P3HT)、和聚苯胺类。
[0180] 在某些实施方案中，保护层是ITO或FTO。
[0181] 参考在本文中提到的单、双或另外的多层结构中的任何使用的术语“层”被意图表示在不同的层或膜的顶部上或下方的完全的层或膜，或
覆盖不同的材料的不同的层的一种材料的一个或更多个被间隔开的区域。被间隔开的区域可以是被不同的材料或其他的层或堆叠层(包括例如不同的类型的钙钛矿层和/或钙钛矿层的布置)的原子(材料)的区域或不含材料的区域分开的材料(层和/或堆叠层)的区域。在某些实施方案中，层是部分的层。在某些实施方案中部分的层是连续的或包括分开的区域(被间隔开的，非连接的)。
[0182] 在某些实施方案中，导电层部分地覆盖钙钛矿层或一个或更多个另外的层。在某些实施方案中，钙钛矿层部分地覆盖基板。
[0183] 本发明的层(全部或某些)，包括堆叠层，可以在基板上呈某种图案。图案可以是重复的或随机的。图案可以具有任何形状，例如，重复的或非重复的立方体、环、圈、长条、栅格。图案大小可以在
纳米级中或在微米级中或在毫米级中。
[0184] 本发明的元件的厚度取决于层和基板中的每个的厚度。元件的厚度可以在毫米区或微米区或纳米区中。元件(具有或没有基板)的厚度可以在1nm和100mm之间。在某些实施方案中，元件(具有或没有基板)的厚度可以在1nm和100μm之间。在某些实施方案中，元件(具有或没有基板)的厚度可以在10nm至100μm之间。在某些实施方案中，元件(具有或没有基板)的厚度可以在10nm至10μm之间。
[0185] 在某些实施方案中，本发明的元件(包括基板)是柔性的。在其他的实施方案中，本发明的元件(不包括基板)是柔性的。
[0186] 在某些实施方案中，本发明的元件是在固态中。
[0187] 在另一个方面中，本发明提供用于形成本发明的元件的方法，所述方法包括：
[0188] -获得基板；
[0189] -任选地，把至少一个另外的层放置(或应用或沉积)在基板上；
[0190] -把至少一个钙钛矿层放置(或应用或沉积)在基板上或在至少一个另外的层上；以及
[0191] -把导电层放置(或应用或沉积)在所述钙钛矿层的顶部上或在至少一个另外的层上；
[0192] 以由此获得如定义的本发明的元件。
[0193] 构成在本发明中使用的基板、钙钛矿层、导电层和/或另外的层的材料可以在放置在基板上之前被预制造(可商购的)或合成。基板和/或至少一个钙钛矿层和/或导电层和/或至少一个另外的层可以与应用步骤相伴地形成或在应用步骤之后形成，例如，钙钛矿层可以在被应用在基板上时被形成。形成可以包括若干个步骤，例如，把钙钛矿前体应用在基板上并且随后可以被加热。
[0194] 在某些实施方案中，钙钛矿层在把其放置在基板上时或之后形成。在某些实施方案中，通过把至少一种金属前体和至少一种有机前体同时地放置(包覆)在基板上而在基板上形成钙钛矿层(钙钛矿材料或物质)。在其他的实施方案中，通过把至少一种金属前体放置(包覆)在基板上并且随后放置(包覆)至少一种有机前体或反之亦然，在基板上形成钙钛矿层。
[0195] 在某些实施方案中，基板在放置钙钛矿前体(同时地或分开地)的步骤中的至少一个之后或与放置钙钛矿前体(同时地或分开地)的步骤中的至少一个相伴地被
热处理。
[0196] 在某些实施方案中，热处理包括加热至高于50℃。在某些实施方案中，热处理包括在50℃至400℃之间加热。在某些实施方案中，热处理包括在50℃至200℃之间加热。在某些实施方案中，热处理包括在100℃至200℃之间加热。在某些实施方案中，热处理包括在100℃至150℃之间加热。在某些实施方案中，热处理包括在50℃至100℃之间加热。在某些实施方案中，热处理包括加热至70℃。
[0197] 在某些实施方案中，本发明的方法包括预处理或后处理基板或在其上的任何层的表面的一个或更多个步骤。预处理或后处理可以以非限制性的方式包括
溶剂或化学洗涤(例如，使用非液体介质例如气体)、蚀刻、加热、任选地
图案化的中间层的沉积、以及进一步的
表面处理例如
等离子体处理、UV臭氧处理或电晕放电。
[0198] 放置步骤可以通过本领域中已知的任何方案和手段进行。在某些实施方案中，用于层放置的手段是通过沉积。在某些实施方案中，沉积手段选自浸渍、
旋涂、辊涂、
喷涂、滴涂、印刷、喷墨印刷、平版印刷、
冲压、滴铸(drop casting)和其任何组合。
[0199] 在某些实施方案中，放置步骤是通过印刷。在另外的实施方案中，放置步骤是通过油墨喷射。
[0200] 因为本发明的方法可以使用多种印刷步骤，所以本发明的层以及堆叠层可以被图案化。
[0201] 在另一个方面中，本发明提供用于在基板上形成钙钛矿层的方法，所述方法包括：
[0202] -获得基板；
[0203] -把包含金属元素(或有机物质)的至少一种钙钛矿前体放置在基板上以及任选地使所述前体经受热(或前或后)处理；以及
[0204] -把包含有机物质(或金属元素)的至少一种钙钛矿前体放置在基板上；
[0205] 以由此获得钙钛矿层。
[0206] 在另一个方面中，本发明提供根据本发明的工艺形成的本发明的元件。在某些实施方案中，本发明的元件在低的温度下形成。
[0207] 在某些实施方案中，本发明的元件在低于或在600℃的温度下形成。在其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在500℃的温度下形成。在又其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在400℃的温度下形成。在又其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在300℃的温度下形成。在又其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在200℃的温度下形成。在又其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在150℃的温度下形成。在又其他的实施方案中，本发明的元件在低于或在100℃的温度下形成。
[0208] 在另一个方面中，本发明提供包含本发明的元件或由本发明的元件组成的异质结。在某些实施方案中，异质结是在固态中。
[0209] 本发明还提供一种装置，其实施或包括至少一个本发明的元件或异质结。
[0210] 在另一个方面中本发明提供一种装置，所述装置包括有源部件(例如，敏化剂或光收集器或光集中器)，所述有源部件由基板、至少一个钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层组成，其中至少一个钙钛矿层被设置在所述基板上，直接地在所述基板上或在所述至少一个另外的层上，其中所述至少一个另外的层不同于骨架结构层。
[0211] 在另一个方面中本发明提供一种装置，所述装置包括有源部件，所述有源部件由基板、至少一个钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层组成，其中所述元件没有(或不含)骨架结构层。
[0212] 在另一个方面中本发明提供一种装置，所述装置包括有源部件，所述有源部件由基板、至少一个钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层组成，其中所述元件没有在基板和钙钛矿层之间的骨架结构层。
[0213] 在另一个方面中本发明提供一种装置，所述装置包括有源部件，所述有源部件由基板、至少一个钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层组成，其中至少一个钙钛矿层被直接地定位在所述基板上。
[0214] 在上文的实施方案中，本发明的元件(包括基板或不包括)可以是装置的组成部分或可以是在其处理(如叙述的)之后在装置中被实施的基板。装置可以是电子装置或光电子装置。
[0215] 本发明的元件或异质结可以被集成在需要光(包括
电磁波谱的可见、UV、IR、和/或NIR区)的透射和/或高效率的转换的装置中。这样的装置可以是电至光换能器和/或光至电换能器。
[0216] 此外，这样的装置可以是例如光电导体和/或光电
二极管和/或太阳能电池和/或发光集中器、
发光二极管(LED)和/或包括
有机发光二极管和
激光器；和/或光
传感器和/或
像素传感器、和/或专用晶体管和/或包括有机晶体管和/或无机晶体管和/或混合晶体管。
[0217] 用于利用本发明的元件的其他的应用可以涉及
印刷电子设备和/或
触摸屏和/或显示器
背板和/或大或小面积的柔性应用。
[0218] 本发明的装置可以被用于光电子应用和/或RF收音机和/或功率
整流器和/或光敏
电阻器(LDR)和/或其他。
[0219] 在某些实施方案中，本发明的元件或异质结是光伏电池(太阳能电池)装置。
[0220] 因此，本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括基板、至少一个(例如有机-无机)钙钛矿层、导电层和任选地至少一个另外的层，其中至少一个钙钛矿层被设置在所述基板上，直接地在所述基板上或在所述至少一个另外的层上，其中所述至少一个另外的层不同于骨架结构层。
[0221] 本发明的太阳能电池还可以包括是电池的对
电极并且由导电材料例如金属制造的导电层。
对电极可以直接地或通过被连接于外部电流的
集电器被连接于
导电性支撑体层(导电玻璃或塑料)。
[0222] 本发明还提供一种光伏电池，所述光伏电池不含骨架结构层。
[0223] 通过在选自以下的基板上形成如本文描述的元件可以将本发明的元件或异质结集成到电子装置特别是光伏电池中：玻璃、导电玻璃、FTO、ITO、硅(单晶的或多晶的)、导电聚合物、金属、
薄膜和
有机半导体基板，所述薄膜可以由通过诸如CVD(
化学气相沉积)、PVD(压力气相沉积)的手段沉积的半导体材料组成。
[0224] 在某些实施方案中，光伏电池被沉积在导电性玻璃基板上。
[0225] 在某些实施方案中，本发明的元件或异质结是发光日光(光)集中器并且基板可以是硅或玻璃(或任何其他的)。在某些实施方案中，光集中器是光伏电池装置中的元件。
[0226] 在某些实施方案中，本发明的元件或异质结可以被集成为在基板上的多电池阵列，获得
太阳能电池板装置。
[0227] 在某些实施方案中，本发明的装置是柔性的和/或在低的温度下形成。
[0228] 在某些实施方案中，本发明的装置在高的电流下操作。
[0230] 为了更好地理解本文公开的主题内容并且为了例示其在实践中可以被如何实施，现在将通过仅非限制性
实施例的方式，参照附图描述实施方案，在附图中：
[0231] 图1描绘了具有单铵(R-NH3+)或二铵(NH3+-R-NH3+)有机阳离子的
单层取向的钙钛+矿。二价(M2)金属通常占据金属位点。
[0232] 图2A-B提供根据本发明的示例性的钙钛矿肖特基太阳能电池的方案：图2A-是太阳能电池结构的方案；图2B-提供能级图。如示出的，光被分层的钙钛矿吸收，传导和原子价分别地允许向金属和向导电性透明基板的电子注入和空穴传输。
[0233] 图3A-B提供被沉积在FTO玻璃上的CH3NH3PbI3钙钛矿晶体的以不同的放大率(图3A-20,000的放大率并且图3B的100,000的放大率)的两个高
分辨率的SEM图像。
[0234] 实施方案的详细描述
[0235] 本领域中已知的太阳能电池通常利用包括在3-D基体中的骨架层的电池结构，增加电池的表面积，这通过增加电池的每体积单位被吸收的光和/或减少复合发生来增加电池效率。典型地，骨架结构由半导体材料提供，例如金属氧化物(钛氧化物)。骨架结构可以是大体上多孔的层或包含精细的粉末的层(可以是在数百纳米或更少的级别上的颗粒)。
[0236] 与已知的太阳能电池相比，本发明提供不需要骨架结构层以操作的太阳能电池。钙钛矿层直接地或间接地(如本文所定义)存在于基板上而没有任何介于中间的骨架结构层例如TiO2。
[0237] 制造的方式
[0238] 有机-无机钙钛矿通过旋涂至导电性透明基板上被沉积，在室温下干燥后膜改变其
颜色，这指示以固态的钙钛矿的形成。在沉积之后钙钛矿膜在氩气下在100℃下
退火15min。最后，对电极通过金属的热
蒸发被沉积。
[0239] 太阳能电池结构在图2中示出。图2A提供太阳能电池结构的方案；图2B描绘能级图，其中光被分层的钙钛矿吸收，传导和原子价应当分别地允许向金属和向导电性透明基板的电子注入和空穴传输。
[0240] 方法和装置制造
[0241] 1.CH3NH3I如早前描述地通过使30mL的甲胺(在甲醇中的40％，TCI)和32.3mL的
氢碘酸(在水中的57wt％，Aldrich)在250mL圆底烧瓶中在0℃下在搅拌下反应持续2h来合成。沉淀物通过把溶液置于
旋转蒸发仪(rotavap)上并且在50℃下小心地除去溶剂被回收。碘化甲铵(CH3NH3I)的淡黄色的粗产物用
乙醇通过搅拌混合物持续30min来洗涤。
然后混合物被过滤并且被乙醚洗涤。洗涤步骤被重复三次。在过滤之后，固体被收集并且在
真空烘箱中在60℃下干燥持续24h。
[0242] 装置制造：
[0243] 1.装置的基板是SnO2:F(FTO)导电玻璃(15Ω·cm-1，Pilkingt n)。使用二异丙氧基双(乙酰丙
酮)钛(TiDIP，在异丙醇中的75％，Aldrich)在乙醇中的溶液将阻挡层沉积在FTO玻璃上。TiDIP溶液被旋涂并且然后在450℃下退火持续35min。
[0244] 2.CH3NH3PbI3在基板表面上的合成通过二步沉积技术进行。首先，PbI2被滴落至基板上并且在多个等待时间时期(1min、1.5min、3min、或5min)之后被旋涂，随后在70℃下退火持续30min。在第二步骤中，电池在70℃下被浸渍到10mg/ml的CH3NH3I溶液中持续20秒，并且然后在70℃下退火持续另外的30min。在浸渍和退火期间，CH3NH3PbI3被形成，这通过电极的深褐色颜色指示。
[0245] 3.最终地，背接点通过在5×10-6托的压力下蒸发50nm的金被沉积。有效面积是2
0.09cm。
[0246] 图3A-B示出被沉积在FTO玻璃上的CH3NH3PbI3钙钛矿晶体的高分辨率SEM图像。图3A是低放大率，而图3B是以较高的放大率。CH3NH3PbI3晶体可以在钙钛矿的均匀并且连续的膜中清楚地观察到。
[0247] 基于由FTO玻璃、CH3NH3PbI3和作为背接点的金组成的钙钛矿电池的装置的光伏性能被测量并且被示出有前景的结果。
