(57)【要約】【課題】ペロブスカイト光活性層をプロセシングするための方法を提供する。【解決手段】前記方法は、鉛塩前駆体を基板上に堆積して鉛塩薄膜を形成し、第２の塩前駆体鉛塩薄膜状に堆積し、基板をアニーリングしてペロブスカイト材料を形成することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト光活性層をプロセシングするための方法であって、以下：
鉛塩前駆体を基板上に堆積して鉛塩薄膜を形成するステップ；
第２の塩前駆体を鉛塩薄膜上に堆積するステップ；および
基板をアニーリングしてペロブスカイト材料を形成するステップ、
を含み、
ここで、アニーリングは、０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以上２０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以下の絶対湿度での制御された湿度環境中で生じる、
方法。
【請求項２】
鉛塩前駆体を、スピンコーティング、スロットダイ印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、熱的蒸発、またはスプレーコーティングにより堆積する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の塩前駆体を、スピンコーティング、スロットダイ印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、熱的蒸発、またはスプレーコーティングにより堆積する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
鉛塩前駆体が、ヨウ化鉛（ＩＩ）、チオシアン酸鉛（ＩＩ）、塩化鉛（ＩＩ）、臭化鉛（ＩＩ）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択された１種またはそれより多い鉛塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第２の塩が、ヨウ化ホルムアミジン、チオシアン酸ホルムアミジン、またはチオシアン酸グアニジンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
鉛塩前駆体が、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、アルキル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジアルキルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、アルキルピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択された１種またはそれより多い溶媒を含む溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
鉛塩前駆体が、アミノ酸、５−アミノ吉草酸ヨウ化水素酸塩、１，８−ジヨードオクタン、１，８−ジチオオクタン、ホルムアミジニウムハロゲン化物、酢酸、トリフルオロ酢酸、メチルアンモニウムハロゲン化物、水およびこれらの組み合わせからなる群から選択された１種またはそれより多い添加剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第２の塩前駆体が、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、アルキル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジアルキルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、アルキルピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルムおよびこれらの組み合わせからなる群から選択された１種またはそれより多い溶媒を含む溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
アニーリングが、５０℃以上３００℃以下の温度で生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
制御された湿度環境中でのアニーリングが、４〜７ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気の絶対湿度で生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
鉛塩前駆体を実質的に水を含まない雰囲気中で乾燥して、鉛塩薄膜を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
２０℃〜３００℃の温度で鉛塩薄膜をアニーリングすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基板をアニーリングすることが、１２５℃で生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ペロブスカイト光活性層をプロセシングするための方法であって、以下：
ＰｂＩ２前駆体を基板上に堆積してＰｂＩ２薄膜を形成するステップであって、ここで、ＰｂＩ２前駆体は、無水ＤＭＦ中に溶解されたＰｂＣｌ２に対するＰｂＩ２の９０：１０のモル比を含むステップ；
ヨウ化ホルムアミジン前駆体をＰｂＩ２薄膜上に堆積するステップであって、ここで、ヨウ化ホルムアミジン前駆体は、無水イソプロピルアルコール中に溶解された、２５〜６０ｍｇ／ｍＬの濃度のヨウ化ホルムアミジンを含むステップ；および
５０℃以上３００℃以下の温度で、０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以上２０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以下の絶対湿度での制御された湿度環境中で基板をアニーリングして、ホルムアミジニウムヨウ化鉛（ＦＡＰｂＩ３）ペロブスカイト材料を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項１５】
制御された湿度環境が、４〜７ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気を有する環境を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
基板をアニーリングすることが、１２５℃で生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ＰｂＩ２前駆体が、５−アミノ吉草酸ヨウ化水素酸塩、１，８−ジヨードオクタン、１，８−ジチオオクタン、ホルムアミジニウムハロゲン化物、酢酸、トリフルオロ酢酸、メチルアンモニウムハロゲン化物、水およびこれらの組み合わせからなる群から選択された１種またはそれより多い添加剤をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
実質的に水を含まない雰囲気中で１時間ＰｂＩ２前駆体を乾燥することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
５０℃の温度で１０分間、ＰｂＩ２薄膜をアニーリングすることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
ヨウ化ホルムアミジン前駆体を、２５℃〜１２５℃の温度で堆積する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
太陽エネルギーまたは放射線から電力を発生させる光電池（Photovoltaics）（ＰＶ）の使用は、例えば、電源、低または無公害、送電網と無関係の発電、耐久的物理的構造（可動部なし）、安定的で高信頼性のシステム、モジュラー構造、比較的迅速な設置、安全な製造および使用、ならびに使用についての良好な世論および容認を含めて、多くの利点を提供し得る。
【発明の概要】
【０００２】
本開示の特徴および利点は、当業者には容易に明らかであろう。多くの変更が当業者によってなされてもよい一方で、このような変更は本発明の趣旨の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本開示の一部の実施形態によるＤＳＳＣの様々な層を描くＤＳＳＣ設計の例示である。
【図２】本開示の一部の実施形態によるＤＳＳＣの様々な層を描くＤＳＳＣ設計の別の例示である。
【図３】本開示の一部の実施形態によるＢＨＪデバイス設計の例示的な例である。
【図４】本開示の一部の実施形態による活性層を含む典型的な光起電力セルの概略図である。
【図５】本開示の一部の実施形態による典型的な固体ＤＳＳＣデバイスの概略図である。
【図６】本開示の一部の実施形態によるＰＶデバイスの例の構成要素を例示する定型図を描いたものである。
【図７】本開示の一部の実施形態によるＰＶデバイス例の構成要素を示す定型図である。
【図８】本開示の一部の実施形態によるＰＶデバイスの例を示す定型図である。
【図９】本開示の一部の実施形態によるＰＶデバイス例の構成要素を示す定型図である。
【図１０】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１１】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１２】水あり（上側）および水なし（下側）で作製されたペロブスカイトＰＶを比較する、断面からの走査電子顕微鏡画像を示す。
【図１３】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１４】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１５】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１６】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１７】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１８】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図１９】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図２０】一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。
【図２１】本開示の一部の実施形態によるヨウ化鉛（ＩＩ）についてのｘ線回折パターンである。
【図２２】本開示の一部の実施形態による立方晶系ホルムアミジニウムヨウ化鉛ペロブスカイト材料についてのシミュレーションされたｘ線回折パターンである。
【図２３】本開示の一部の実施形態によるホルムアミジニウムヨウ化鉛ペロブスカイト材料についてのｘ線回折パターンである。
【図２４】本開示の一部の実施形態による立方晶系ホルムアミジニウムヨウ化鉛ペロブスカイト材料の結晶構造の例示である。
【図２５】本開示の一部の実施形態による鉛についてのｘ線回折パターンである。
【０００４】
好ましい実施形態の詳細な説明
有機、非有機、および／またはハイブリッドＰＶに適合するＰＶ技術の様々な実施形態における改善は、有機ＰＶおよび他のＰＶの両方の費用をさらに低くすることを約束する。例えば、一部の太陽電池、例えば、固体色素増感太陽電池などは、新規の費用対効果のある高安定性代替構成要素、例えば、固体電荷輸送材料（または、口語的には、「固体電解質」）などを利用してもよい。さらに、様々な種類の太陽電池が、とりわけ、現在存在している従来の選択肢よりも費用対効果および耐久性があり得る界面材料および他の材料を有利には含んでもよい。
【０００５】
本開示は概して、太陽放射から電気エネルギーを生成させる際の光起電力セルにおける、物質の組成物、装置、および材料の使用方法に関する。より具体的には、本開示は、物質の光活性組成物および他の組成物、ならびに装置、使用方法、および物質のかかる組成物の形成に関する。
【０００６】
これらの物質の組成物の例には、例えば、ホール輸送材料、および／または例えば、界面層（ＩＦＬｓ）、色素、および／またはＰＶデバイスの他の要素などとしての使用に適切であり得る材料が含まれてもよい。このような化合物は、様々なＰＶデバイス、例えば、ヘテロ接合セル（例えば、二層およびバルクなど）、ハイブリッドセル（例えば、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＺｎＯナノロッドまたはＰｂＳ量子ドットを有する有機物など）、およびＤＳＳＣ（色素増感太陽電池など）に展開されてもよい。後者であるＤＳＳＣは、３つの形態、すなわち、溶媒ベース電解質、イオン液体電解質、および固体ホール輸送体（または固体ＤＳＳＣ、すなわち、ＳＳ−ＤＳＳＣ）の形態で存在する。一部の実施形態によるＳＳ−ＤＳＳＣ構造は、電解質を実質的に含まず、むしろ例えば、スピロ−ＯＭｅＴＡＤ、ＣｓＳｎＩ３、および他の活物質などのホール輸送材料を含んでもよい。
【０００７】
本開示の一部の実施形態に従う材料の一部またはすべてはまた、あらゆる有機または他の電子デバイスで有利に使用されてもよく、一部の例には、これに限定されないが、バッテリ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、非線形光学デバイス、メモリスタ、キャパシタ、整流器、および／または整流アンテナが含まれる。
【０００８】
一部の実施形態において、本開示は、ＰＶおよび他の同様のデバイス（例えば、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、マルチ接合ＰＶ、ＦＥＴ、ＬＥＤなど）を提供し得る。このようなデバイスには、一部の実施形態において、改良活物質、界面層、および／または１種若しくは複数のペロブスカイト材料が含まれてもよい。ペロブスカイト材料は、様々なＰＶまたは他のデバイスの１つまたはそれより多い側面（aspect）に組み込まれてもよい。一部の実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣＭＸ３のものであってもよく、ここで、Ｃは、１種またはそれより多いカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、第１族金属、第２族金属、および／または他のカチオン若しくはカチオン様化合物）を含み；Ｍは、１種またはそれより多い金属（例には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、およびＺｒが含まれる）を含み；Ｘは、１種またはそれより多いアニオンを含む。様々な実施形態によるペロブスカイト材料は、以下でより詳細に検討される。
【０００９】
光起電力セルおよび他の電子デバイス
一部のＰＶ実施形態が、図１、図３、図４、および図５に示されるとおりの太陽電池の様々な例示的描写を参照することによって説明されてもよい。例えば、一部の実施形態によるＰＶアーキテクチャの例は、実質的に基板−アノード−ＩＦＬ−活性層−ＩＰＬ−カソードの形態のものであってもよい。一部の実施形態の活性層は、光活性であってもよく、および／またはそれは、光活性材料を含んでもよい。他の層および材料は、当該技術分野で知られているようにセルで用いられてもよい。さらに、用語「活性層」の使用は、あらゆる他の層の特性を、いかなる意味においても、明示的または非明示的に、限定しまたはそうでなければ定義するように意味されず、例えば、一部の実施形態において、ＩＦＬのいずれかまたは両方が、それらが半導体性であり得る限り、やはり活性であってもよいことが留意されるべきである。特に、図４を参照すると、定型化された一般的ＰＶセル２６１０が描かれ、ＰＶ内の一部の層の高度に界面的な性質を例示する。ＰＶ２６１０は、例えば、ペロブスカイト材料  ＰＶ実施形態などの、いくつかのＰＶデバイスに適用可能な一般的アーキテクチャを表す。
【００１０】
ＰＶセル２６１０は、太陽放射線２６１４が層を通って伝播することを可能にするガラス（または太陽放射線に対して同様に透明である材料）の透明層２６１２を含む。一部の実施形態の透明層はまた、（例えば、図１の基板層１５０７と同様に）基板と称されてもよく、種々の剛性または可撓性材料、例えば、ガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、カプトン、石英、アルミ箔、金箔、または鋼などのいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。光活性層２６１６は、電子ドナーまたはｐ型材料２６１８、および／または電子アクセプターまたはｎ型材料２６２０、および／またはｐおよびｎ材料特性の両方を示す二極性半導体から構成される。活性層または、図４に示されるように、光活性層２６１６は、２つの導電性電極層２６２２と２６２４の間に挟まれている。図４において、電極層２６２２は、スズドープインジウム酸化物（ＩＴＯ材料）である。前に述べたとおり、一部の実施形態の活性層は、図４に示されるデバイス中にはあるが、必ずしも光活性である必要はない。電極層２６２４は、アルミニウム材料である。当該技術分野で知られているとおり、他の材料が使用されてもよい。セル２６１０は、ＺｎＯ材料として図４の例において示される界面層（ＩＦＬ）２６２６も含む。ＩＦＬは、電荷分離を補助し得る。一部の実施形態において、ＩＦＬ２６２６は、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）としてまたは薄膜として、本開示による有機化合物を含んでもよい。他の実施形態において、ＩＦＬ２６２６は、以下でより詳細に検討される複数層のＩＦＬを含んでもよい。電極２６２４に隣接するＩＦＬ２６２７がまた存在してもよい。一部の実施形態において、電極２６２４に隣接するＩＦＬ２６２７は、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）としてまたは薄膜として、本開示による有機化合物を、また含んでもよく、または代わりに含んでもよい。他の実施形態において、電極２６２４に隣接するＩＦＬ２６２７は、複数層のＩＦＬ（この場合もやはり、以下でより詳細に検討される）をまた含んでもよく、または代わりに含んでもよい。一部の実施形態によるＩＦＬは、半導体性の特性を有してもよく、およびｐ型またはｎ型のいずれであってもよく、または誘電特性を有してもよい。一部の実施形態において、デバイスのカソード側上のＩＦＬ（例えば、図４に示されるとおりのＩＦＬ２６２７）は、ｐ型であってもよく、デバイスのアノード側上のＩＦＬ（例えば、図４に示されるとおりのＩＦＬ２６２６）は、ｎ型であってもよい。しかしながら、他の実施形態において、カソード側ＩＦＬはｎ型であってもよく、アノード側ＩＦＬはｐ型であってもよい。セル２６１０は、リード２６３０および放電ユニット２６３２、例えば、バッテリなどに結合している。
【００１１】
なおさらなる実施形態を、図３を参照することにより説明することができ、これは、定型ＢＨＪデバイス設計を描き、ガラス基板２４０１；ＩＴＯ（スズドープインジウム酸化物）電極２４０２；界面層（ＩＦＬ）２４０３；光活性層２４０４；およびＬｉＦ／Ａｌカソード２４０５を含む。言及されるＢＨＪ構築の材料は、単なる例であり；当該技術分野で知られるあらゆる他のＢＨＪ構築が、本開示と合致して使用されてもよい。一部の実施形態において、光活性層２４０４は、図４のデバイスの活性または光活性層２６１６が含み得る、いずれか１種またはそれより多い材料を含んでもよい。
【００１２】
図１は、このようなＰＶ例のアセンブリを例示するためにここで言及される、一部の実施形態によるＤＳＳＣ  ＰＶの簡易化された例示である。図１で示されるとおりのＤＳＳＣ例は、以下に従って構築されてもよい：電極層１５０６（フッ素ドープ酸化スズ、ＦＴＯとして示す）を基板層１５０７（ガラスとして示す）上に堆積させる。メソポーラス層ＭＬ１５０５（一部の実施形態ではＴｉＯ２であってもよい）を電極層１５０６上に堆積させ、次いで、光電極（これまで基板層１５０７、電極層１５０６、およびメソポーラス層１５０５を含むもの）を溶媒（図示せず）および色素１５０４に浸漬する。これにより、ＭＬの表面に結合した色素１５０４が残される。基板層１５０１（やはりガラスとして示す）および電極層１５０２（Ｐｔ／ＦＴＯとして示す）を含む別個の対電極を作製する。光電極および対電極を組み合わせ、図１に示すとおりに２つの基板層１５０１と基板層１５０７の間に種々の層１５０２〜１５０６を挟み、電極層１５０２および電極層１５０６を、それぞれ、カソードおよびアノードとして用いることが可能となる。
【００１３】
電解質１５０３の層は、色素層１５０４の後に完成された光電極上に直接か、またはデバイスの開口部、典型的には対電極基板１５０１におけるサンドブラストによって事前に開けた穴を通してかのいずれかで堆積させる。セルをまた、リードおよび放電ユニット、例えば、バッテリ（図示せず）などに結合してもよい。基板層１５０７および電極層１５０６、ならびに／または基板層１５０１および電極１５０２は、光活性色素１５０４まで太陽放射線が通過することを可能にするのに十分な透明性を有するものでなければならない。一部の実施形態において、対電極および／または光電極は剛性であってもよい一方で、他のものでは、いずれかまたは両方が可撓性であってもよい。様々な実施形態の基板層は、ガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、カプトン、石英、アルミ箔、金箔、および鋼の１種またはそれより多いものを含んでもよい。ある特定の実施形態において、ＤＳＳＣは、図２に示すように、デバイスの光活性層を通る光路長を増加させる（それにより、光が光活性層で吸収される可能性を増加させる）ために、入射光を散乱させる集光層１６０１をさらに含んでもよい。
【００１４】
他の実施形態において、本開示は、固体ＤＳＳＣを提供する。一部の実施形態による固体ＤＳＳＣは、液体電解質を含むＤＳＳＣに影響を与え得る漏出および／または腐食の問題がないことなどの利点を提供し得る。さらに、固体電荷キャリアは、より速いデバイス物理特性（例えば、より速い電荷輸送など）を提供し得る。その上、固体電解質は、一部の実施形態において、光活性であり、したがって、固体ＤＳＳＣデバイスに由来する電力に寄与し得る。
【００１５】
固体ＤＳＳＣの一部の例は、図５を参照することにより説明することができ、これは典型的な固体ＤＳＳＣの定型略図である。例えば、図４で描かれた太陽電池の例により、第１および第２の活性（例えば、導電性および／または半導体性）材料（それぞれ、２８１０および２８１５）からなる活性層は、電極２８０５および電極２８２０（それぞれ、Ｐｔ／ＦＴＯおよびＦＴＯとして図５に示す）の間に挟まれている。図５に示す実施形態において、第１の活性材料２８１０は、ｐ型活性材料であり、固体電解質を含む。ある特定の実施形態において、第１の活性材料２８１０は、例えば、スピロ−ＯＭｅＴＡＤおよび／若しくはポリ（３−ヘキシルチオフェン）などの有機材料、無機二元、三元、四元、若しくはそれを超える複合体、あらゆる固体半導体材料、またはそれらのあらゆる組合せを含んでもよい。一部の実施形態において、第１の活性材料は、酸化物および／または硫化物、および／またはセレン化物、および／またはヨウ化物（例えば、ＣｓＳｎＩ３）を、さらにまたは代わりに含んでもよい。したがって、例えば、一部の実施形態の第１の活性材料は、固体ｐ型材料を含んでもよく、これは、硫化銅インジウムを含んでもよく、一部の実施形態において、それは、セレン化銅インジウムガリウムを含んでもよい。
【００１６】
図５に示される第２の活性材料２８１５は、ｎ型活性材料であり、色素でコーティングされたＴｉＯ２を含む。一部の実施形態において、第２の活性材料は、例えば、スピロ−ＯＭｅＴＡＤなどの有機材料、無機二元、三元、四元、若しくはそれを超える複合体、またはそれらのあらゆる組合せを同様に含んでもよい。一部の実施形態において、第２の活性材料は、例えば、アルミナなどの酸化物を含んでもよく、および／またはそれは、硫化物を含んでもよく、および／またはそれはセレン化物を含んでもよい。したがって、一部の実施形態において、第２の活性材料は、硫化銅インジウムを含んでもよく、一部の実施形態において、それは、セレン化銅インジウムガリウム金属を含んでもよい。一部の実施形態の第２の活性材料２８１５は、メソポーラス層を構成してもよい。さらに、活性であることに加えて、第１および第２の活性材料２８１０および２８１５のいずれかまたは両方は、光活性であってもよい。他の実施形態において（図５に示さず）、第２の活性材料は、固体電解質を含んでもよい。さらに、第１および第２の活性材料２８１０および２８１５のいずれかが固体電解質を含む実施形態において、ＰＶデバイスは、有効量の液体電解質を有しなくもよい。ｐ型であると図５に示され、言及されるが、固体層（例えば、固体電解質を含む第１の活性材料）は、一部の実施形態において代わりにｎ型半導体性であってもよい。このような実施形態において、次いで、色素でコーティングされた第２の活性材料（例えば、図５に示されるとおりのＴｉＯ２（または他のメソポーラス材料））は、ｐ型半導体性であってもよい（図５に示され、それに関して検討されるｎ型半導体性とは反対のもの）。
【００１７】
基板層２８０１および２８２５（両方ともガラスとして図５に示す）は、図５の例のセルのそれぞれ外側の最上層および最下層を形成する。これらの層は、色素、第１および第２の活性および／または光活性材料２８１０および２８１５、例えば、ガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、カプトン、石英、アルミ箔、金箔、および／または鋼を含む活性／光活性層まで太陽放射線が通過することを可能にするのに十分な透明性を有するあらゆる材料を含んでもよい。さらに、図５に示す実施形態において、電極２８０５（Ｐｔ／ＦＴＯとして示す）はカソードであり、電極２８２０はアノードである。図４に描かれた太陽電池の例と同様に、太陽放射線は、基板層２８２５および電極２８２０を通って活性層中へ進入し、その際、太陽放射線の少なくとも一部は吸収されて、１つまたはそれより多い励起子を生じ、電気発生を可能にする。
【００１８】
一部の実施形態による固体ＤＳＳＣは、図１で定型化されたとおりに描かれたＤＳＳＣに関して上に記載したものと実質的に同様のやり方で構築されてもよい。図５に示す実施形態において、ｐ型活性材料２８１０は、図１の電解質１５０３に対応し；ｎ型活性材料２８１５は、図１の色素１５０４とＭＬ１５０５との両方に対応し；電極２８０５および２８２０は、それぞれ図１の電極層１５０２および１５０６に対応し；基板層２８０１および２８２５は、それぞれ、基板層１５０１および１５０７に対応する。
【００１９】
本開示の様々な実施形態は、とりわけ、活性材料（ホール輸送層および／または電子輸送層を含む）、界面層、およびデバイス設計全体を含めて、太陽電池および他のデバイスの様々な側面における改良された材料および／または設計を提供する。
【００２０】
界面層
一部の実施形態における本開示は、薄いコーティングのＩＦＬを含めて、ＰＶ内の１つまたはそれより多い界面層の有利な材料および設計を提供する。薄いコーティングのＩＦＬは、本明細書で検討される様々な実施形態によるＰＶの１つまたはそれより多いＩＦＬで用いられてもよい。
【００２１】
様々な実施形態によれば、デバイスはいかなる界面層も含む必要はないが、デバイスは、任意にあらゆる２つの他の層および／または材料間の界面層を含んでもよい。例えば、ペロブスカイト材料デバイスは、０、１、２、３、４、５つ、またはそれを超える界面層を含んでもよい（例えば、図７のデバイス例であり、これは、５つの界面層３９０３、３９０５、３９０７、３９０９、および３９１１を含む）。界面層は、２つの層または材料間に電荷輸送および／または収集の増強のためのあらゆる適切な材料を含んでもよく；それはまた、いったん電荷が界面層に隣接する材料の１つから離れて輸送されると、電荷再結合の可能性を妨げまたは減少させることを助け得る。界面層はさらに、物理的および電気的にその基板層を均質化して、様々な基板層の粗さ、誘電定数、接着性、欠陥の創出または消滅（例えば電荷捕獲、表面状態など）を創出し得る。好適な界面材料には、Ａｌ；Ｂｉ；Ｃｏ；Ｃｕ；Ｆｅ；Ｉｎ；Ｍｎ；Ｍｏ；Ｎｉ；Ｐｔ；Ｓｉ；Ｓｎ；Ｔａ；Ｔｉ；Ｖ；Ｗ；Ｎｂ；Ｚｎ；Ｚｒ；前述の金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニアなど）；前述の金属のいずれかの硫化物；前述の金属のいずれかの窒化物；官能化されたまたは非官能化されたアルキルシリル基；黒鉛；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；本明細書の他の箇所で検討されたあらゆるメソポーラス材料および／または界面材料；ならびにそれらの組合せ（一部の実施形態において、組み合わせられた材料の二層、三層または複数層を含む）の１種またはそれより多いものが含まれてもよい。一部の実施形態において、界面層は、ペロブスカイト材料を含んでもよい。さらに、界面層は、本明細書において言及されたあらゆる界面材料のドープされた実施形態を含んでもよい（例えばＹドープされたＺｎＯ、Ｎドープされた単層カーボンナノチューブなど）。界面層はまた、上記の材料の３種を有する化合物（例えばＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４など）または上記の材料の４種を有する化合物（例えばＣｏＮｉＺｎＯなど）を含んでもよい。
【００２２】
第１に、前に述べられたとおりに、１つまたはそれより多いＩＦＬ（例えば、図４に示すとおりのＩＦＬ２６２６および２６２７のいずれかまたは両方）は、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）としてまたは薄膜として本開示の光活性有機化合物を含んでもよい。本開示の光活性有機化合物がＳＡＭとして塗布される場合、それは、結合基を含んでもよく、結合基を介してアノードおよびカソードのいずれかまたは両方の表面に共有結合的にまたはそれとは別に結合してもよい。一部の実施形態の結合基は、ＣＯＯＨ、ＳｉＸ３（式中、Ｘは、三元ケイ素化合物、例えば、Ｓｉ（ＯＲ）３およびＳｉＣｌ３の形成に適したあらゆる部位であってもよい）、ＳＯ３、ＰＯ４Ｈ、ＯＨ、ＣＨ２Ｘ（式中、Ｘは、第１７族のハロゲン化物を含んでもよい）、およびＯのいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。結合基は、電子求引部位、電子供与部位、および／またはコア部位に共有結合的にまたはそれとは別に結合してもよい。結合基は、単分子（または、一部の実施形態において、複数分子）の厚さの方向付けられた組織化層（例えば、複数の光活性有機化合物がアノードおよび／またはカソードに結合している場合など）を形成するようなやり方で電極表面に結合してもよい。述べられたとおりに、ＳＡＭは、共有結合性相互作用によって結合してもよいが、一部の実施形態において、イオン性、水素結合性、および／または分散力（すなわち、ファンデルワールス）相互作用によって結合してもよい。
【００２３】
さらに、ある特定の実施形態において、光曝露の際に、ＳＡＭは、双性イオン性励起状態となり、それにより、高度に分極されたＩＦＬを生成してもよく、これは、電荷キャリアを活性層から電極（例えば、アノードまたはカソードのいずれか）中に向かわせてもよい。この強化された電荷キャリアの注入は、一部の実施形態において、活性層の断面を電子的に分極させ（poling）、これにより、それらのそれぞれの電極に向けて（例えば、ホールをアノードへ；電子をカソードへ）電荷キャリア駆動速度を増加させることによって達成されてもよい。一部の実施形態のアノード用途のための分子は、コア部位に結合した一次電子ドナー部位を含む調整可能な化合物を含んでもよく、そして次に、コア部位は電子求引部位に結合し、そして次に、電子求引部位は結合基に結合する。一部の実施形態によるカソード用途において、ＩＦＬ分子は、コア部位に結合した電子不足部位を含む調整可能な化合物を含み、そして次に、コア部位は電子供与部位に結合し、そして次に、電子供与部位は結合基に結合する。光活性有機化合物がＩＦＬとして用いられる場合、このような実施形態によれば、それは、光活性特性を保持してもよいが、一部の実施形態において、それは光活性である必要はない。
【００２４】
光活性有機化合物ＳＡＭ  ＩＦＬに加えてまたはそれに代えて、一部の実施形態によるＰＶは、このような実施形態の第１または第２の活性材料（例えば、図５に示すとおりの第１または第２の活性材料２８１０または２８１５）のいずれかの少なくとも一部の上にコーティングされた薄い界面層（「薄いコーティングの界面層」または「薄いコーティングのＩＦＬ」）を含んでもよい。そして、その次に、薄いコーティングのＩＦＬの少なくとも一部が色素でコーティングされてもよい。薄いコーティングのＩＦＬは、Ｎ型またはＰ型のいずれであってもよく；一部の実施形態において、それは、下部材料（例えば、ＴｉＯ２または他のメソポーラス材料、例えば、第２の活性材料２８１５のＴｉＯ２）と同じタイプのものであってもよい。第２の活性材料は、アルミナ（例えば、Ａｌ２Ｏ３など）を含む薄いコーティングのＩＦＬでコーティングされたＴｉＯ２（図５に示さず）を含んでもよく、そして次に、これは色素でコーティングされる。ＴｉＯ２および／またはチタニアへの本明細書での言及は、本明細書に記載されるこのような酸化チタン化合物中のチタンと酸化物との比を限定することを意図しない。
【００２５】
すなわち、チタニア化合物は、その様々な酸化状態（例えば、チタンＩ、チタンＩＩ、チタンＩＩＩ、チタンＩＶなど）のいずれか１つまたはそれより多いチタンを含んでもよく、したがって、様々な実施形態は、チタンおよび酸化物の化学量論的および／または非化学量論的量を含んでもよい。したがって、様々な実施形態は、（ＴｉＯ２の代わりにまたはそれに加えて）ＴｉｘＯｙを含んでもよく、式中、ｘは、１〜１００の、あらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｘは、およそ０．５〜３であってもよい。同様に、ｙは、およそ１．５〜４であってもよい（そして、やはり、整数である必要はない）。したがって、一部の実施形態は、例えば、ＴｉＯ２および／またはＴｉ２Ｏ３を含んでもよい。さらに、チタンと酸化物の間のどのような比または比の組合せであってもチタニアは、アナターゼ、ルチル、および非晶質のいずれか１つまたはそれより多いものを含めて、一部の実施形態においていずれか１つまたはそれより多い結晶構造のものであってもよい。
【００２６】
一部の実施形態の薄いコーティングのＩＦＬにおける使用のための他の金属酸化物の例には、半導体性金属酸化物、例えば、ＮｉＯ、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、またはＭｏＯ３などが含まれてもよい。Ａｌ２Ｏ３を含む薄いコーティングのＩＦＬでコーティングされたＴｉＯ２を第２の（例えば、ｎ型の）活性材料が含む実施形態は、例えば、Ａｌ２Ｏ３をＴｉＯ２上に堆積させ、続いて、熱アニーリングおよび色素コーティングすることに適した、例えばＡｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏなどの前駆体材料、またはあらゆる他の材料によって形成され得る。ＭｏＯ３コーティングが代わりに使用される実施形態例において、コーティングは、例えば、Ｎａ２Ｍｏ４・２Ｈ２Ｏなどの前駆体材料で形成されてもよく；一方で一部の実施形態によるＶ２Ｏ５コーティングは、例えば、ＮａＶＯ３などの前駆体材料で形成されてもよく；一部の実施形態によるＷＯ３コーティングは、ＮａＷＯ４・Ｈ２Ｏなどの前駆体材料で形成されてもよい。
【００２７】
前駆体材料（例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏなど）の濃度は、ＴｉＯ２または他の活性材料上に堆積される（ここでは、Ａｌ２Ｏ３の）最終膜厚さに影響を与え得る。したがって、前駆体材料の濃度の変更は、最終膜厚が制御されてもよい方法であってもよい。例えば、より大きな膜厚は、より大きな前駆体材料濃度から生じ得る。より大きな膜厚は、金属酸化物コーティングを含むＰＶデバイスにおいてより大きなＰＣＥを必ずしももたらし得なくてもよい。したがって、一部の実施形態の方法は、およそ０．５〜１０．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆体材料を使用してＴｉＯ２（または他のメソポーラス）層をコーティングすることを含んでもよく；他の実施形態は、およそ２．０〜６．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆体材料で層をコーティングすることを含んでもよく；または他の実施形態ではおよそ２．５〜５．５ｍＭである。
【００２８】
さらに、本明細書でＡｌ２Ｏ３および／またはアルミナと称されるが、アルミニウムと酸素との様々な比がアルミナの形成で使用されてもよいことが留意されるべきである。したがって、本明細書で検討される一部の実施形態はＡｌ２Ｏ３に言及して説明されるが、このような説明は、酸素におけるアルミニウムの必要な比を定義することは意図されない。むしろ、実施形態は、任意の１種またはそれより多い酸化アルミニウム化合物を含んでもよく、それぞれ、ＡｌｘＯｙ（式中、ｘは、およそ１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい）に従う酸化アルミニウム比を有する。一部の実施形態において、ｘは、およそ１〜３（そして、やはり、整数である必要はない）であってもよい。同様に、ｙは、０．１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｙは、２〜４（そして、やはり、整数である必要はない）であってもよい。さらに、ＡｌｘＯｙの様々な結晶形態は、様々な実施形態、例えば、アルファ、ガンマ、および／または非晶質の形態のアルミナとして存在してもよい。
【００２９】
同様に、本明細書でＭｏＯ３、ＷＯ３、およびＶ２Ｏ５と称されるが、このような化合物は、代わりにまたはさらに、それぞれ、ＭｏｘＯｙ、ＷｘＯｙ、およびＹｘＯｙと表されてもよい。ＭｏｘＯｙおよびＷｘＯｙのそれぞれに関して、ｘは、およそ０．５〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよく；一部の実施形態において、それは、およそ０．５〜１．５であってもよい。同様に、ｙは、およそ１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｙは、およそ１〜４のあらゆる値であってもよい。ＶｘＯｙに関して、ｘは、およそ０．５〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよく；一部の実施形態において、それは、およそ０．５〜１．５であってもよい。同様に、ｙは、およそ１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよく；ある特定の実施形態において、それは、およそ１〜１０の整数または非整数の値であってもよい。
【００３０】
同様に、ＣｓＳｎＩ３への本明細書での一部の例示の実施形態における言及は、様々な実施形態によるセシウム−スズ−ヨウ素化合物における成分元素の比を限定することを意図しない。一部の実施形態は、スズおよびヨウ素の化学量論的および／または非化学量論的量を含んでもよく、したがって、このような実施形態は、いずれか１種またはそれより多いセシウム−スズ−ヨウ素化合物などの、セシウム、スズ、およびヨウ素の様々な比を代わりにまたはさらに含んでもよく、それぞれは、ＣｓｘＳｎｙＩｚの比を有する。このような実施形態において、ｘは、０．１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｘは、およそ０．５〜１．５であってもよい（そして、やはり、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｙは、およそ０．５〜１．５であってもよい（そして、やはり、整数である必要はない）。同様に、ｚは、０．１〜１００のあらゆる値（整数または非整数）であってもよい。一部の実施形態において、ｚは、およそ２．５〜３．５であってもよい。さらに、ＣｓＳｎＩ３は、他の材料、例えば、ＳｎＦ２で、間のすべての値（整数または非整数）を含めて、０．１：１〜１００：１の範囲のＣｓＳｎＩ３：ＳｎＦ２の比で、ドープされまたはそれと配合され得る。
【００３１】
さらに、薄いコーティングのＩＦＬは、二層を含んでもよい。したがって、薄いコーティングのＩＦＬが金属酸化物（例えば、アルミナなど）を含む例に戻ると、薄いコーティングのＩＦＬは、ＴｉＯ２−プラス−金属酸化物を含んでもよい。このような薄いコーティングのＩＦＬは、メソポーラスＴｉＯ２または他の活性材料単独と比較して電荷再結合に抵抗するより大きい能力を有し得る。さらに、ＴｉＯ２層の形成において、二次ＴｉＯ２コーティングが、本開示の一部の実施形態によって、ＴｉＯ２粒子の十分な物理的相互接続を提供するためにしばしば必要である。二層の薄いコーティングのＩＦＬをメソポーラスＴｉＯ２（または他のメソポーラス活性材料）上にコーティングすることは、金属酸化物とＴｉＣｌ４の両方を含む化合物を使用するコーティングの組合せを含み、金属酸化物と二次ＴｉＯ２コーティングとの組合せを含む二層の薄いコーティングのＩＦＬをもたらし、これは、それ自体でいずれか一方の材料の使用に対する性能改善を提供し得る。
【００３２】
一部の実施形態において、ＩＦＬは、チタネートを含んでもよい。一部の実施形態によるチタネートは、一般式Ｍ’ＴｉＯ３であってもよく、式中；Ｍ’は、あらゆる２＋のカチオンを含む。一部の実施形態において、Ｍ’は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、またはＰｂのカチオン形態を含んでもよい。一部の実施形態において、ＩＦＬは、チタネートの単一種を含んでもよく、他の実施形態において、ＩＦＬは、チタネートの２種または３種以上の異なる種を含んでもよい。一実施形態において、チタネートは、式ＳｎＴｉＯ３を有する。別の実施形態において、チタネートは、式ＢａＴｉＯ３を有してもよい。なお別の実施形態において、チタネートは、式ＣａＴｉＯ３を有してもよい。
【００３３】
説明の意味で、およびいかなる限定も意図せず、チタネートは、ペロブスカイト結晶構造を有し、ＭＡＰｂＩ３成長変換プロセスを強力にシードする（strongly  seed）。チタネートはまた一般的に、例えば強誘電性挙動、十分な電荷キャリア移動度、光透過性、エネルギーレベルのマッチング、および高誘電定数などの他のＩＦＬ要件を満たす。
【００３４】
本明細書において検討されるあらゆる界面材料は、ドープされた組成物をさらに含んでもよい。界面材料の特性（例えば電気的、光学的、機械的特性など）を変更するために、化学量論的または非化学量論的材料を、１種またはそれより多い元素（例えばＮａ、Ｙ、Ｍｇ、Ｎ、Ｐなど）を１ｐｐｂ〜５０ｍｏｌ％の範囲の量でドープしてもよい。界面材料の一部の例には：ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭＯ３、ＺｎＯ、グラフェンおよびカーボンブラックが含まれる。これらの界面材料についての可能なドーパントの例には：Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ｃ、Ｓ、Ａｓ、ハロゲン化物、擬ハロゲン化物(例えばシアン化物、シアネート、イソシアネート、フルミネート、チオシアネート、イソチオシアネート、アジド、テトラカルボニルコバルテート、カルバモイルジシアノメタニド、ジシアノニトロソメタニド、ジシアナミド、およびトリシアノメタニド)、およびあらゆるその酸化状態にあるＡｌが含まれる。本明細書におけるドープされた界面材料への言及は、界面材料化合物中の成分元素の比を限定することを意図しない。
【００３５】
図１０は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス４４００の定型図である。デバイス４４００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１０は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス４４００は、第１および第２の基板４４０１および４４０７を含む。第１の電極（ＩＴＯ）４４０２は、第１の基板４４０１の内側表面上に配置され、第２の電極（Ａｇ）４４０６は、第２の基板４４０７の内側表面上に配置される。活性層４４５０は、２つの電極４４０２と４４０６の間に挟まれている。活性層４４５０は、第１のＩＦＬ（例えばＳｒＴｉＯ３など）４４０３、光活性材料（例えばＭＡＰｂＩ３など）４４０４、および電荷輸送層（例えばスピロ−ＯＭｅＴＡＤなど）４４０５を含む。
【００３６】
前に検討された薄いコーティングのＩＦＬおよびそれらをＴｉＯ２上にコーティングする方法は、一部の実施形態において、液体電解質を含むＤＳＳＣにおいて用いられてもよい。したがって、薄いコーティングのＩＦＬの例に戻り、一例として図１に戻って参照すると、図１のＤＳＳＣは、メソポーラス層１５０５の上にコーティングされた上に記載されたとおりの薄いコーティングのＩＦＬをさらに含み得る（すなわち、薄いコーティングのＩＦＬは、メソポーラス層１５０５と色素１５０４の間に挿入される）。
【００３７】
一実施形態において、ペロブスカイト材料デバイスを、ＰｂＩ２をＳｒＴｉＯ３コーティングされたＩＴＯ基板上にキャストすることにより処方してもよい。ＰｂＩ２を、浸漬プロセスによりＭＡＰｂＩ３に変換してもよい。このプロセスを、以下でより詳細に説明する。この変換プロセスは、ＳｒＴｉＯ３なしの基板の調製と比較して（光学分光法により観察されるとおり）より完全である。
【００３８】
一部の実施形態において、ＤＳＳＣの文脈で前に検討された薄いコーティングのＩＦＬは、例えば、ＰＶ（例えば、ハイブリッドＰＶまたは他のＰＶ）、電界効果トランジスタ、発光ダイオード、非線形光学デバイス、メモリスタ、キャパシタ、整流器、整流アンテナなどの半導体デバイスのあらゆる界面層で使用されてもよい。さらに、一部の実施形態の薄いコーティングのＩＦＬは、これに限定されないが、本開示の様々な実施形態の以下、すなわち、活性材料および添加剤（例えば、一部の実施形態において、ケノデオキシコール酸または１，８−ジヨードオクタン）などの固体ホール輸送材料のいずれか１種またはそれより多いものを含めて、本開示で検討される他の化合物と組み合わせて様々なデバイスのいずれかにおいて用いられてもよい。
【００３９】
一部の実施形態において、異なる材料から作製された複数のＩＦＬは、互いに隣接して配列されて複合体ＩＦＬを形成してもよい。この配置は、２種の異なるＩＦＬ、３種の異なるＩＦＬ、またはより多い数の異なるＩＦＬすらも関係する。得られる複数層のＩＦＬまたは複合体ＩＦＬを、単一材料ＩＦＬの代わりに使用してもよい。例えば、図４の例に示されるとおり、複合体ＩＦＬを、セル２６１０中でＩＦＬ２６２６としておよび／またはＩＦＬ２６２７として使用してもよい。複合体ＩＦＬは単一材料ＩＦＬとは異なる一方で、複数層のＩＦＬを有するペロブスカイト材料ＰＶのアセンブリは、単一材料ＩＦＬのみを有するペロブスカイト材料ＰＶのアセンブリとは実質的に異ならない。
【００４０】
一般に、複合体ＩＦＬは、ＩＦＬに好適な、本明細書において検討されたあらゆる材料を使用して作製してもよい。一実施形態において、ＩＦＬは、Ａｌ２Ｏ３の層およびＺｎＯまたはＭ：ＺｎＯ（ドープされたＺｎＯ、例えばＢｅ：ＺｎＯ、Ｍｇ：ＺｎＯ、Ｃａ：ＺｎＯ、Ｓｒ：ＺｎＯ、Ｂａ：ＺｎＯ、Ｓｃ：ＺｎＯ、Ｙ：ＺｎＯ、Ｎｂ：ＺｎＯなど）の層を含む。一実施形態において、ＩＦＬは、ＺｒＯ２の層およびＺｎＯまたはＭ：ＺｎＯの層を含む。ある特定の施形態において、ＩＦＬは複数の層を含む。一部の実施形態において、複数層のＩＦＬは一般に、導体層、誘電体層、および半導体層を有する。特定の実施形態において、層は、例えば導体層、誘電体層、半導体層、誘電体層、および半導体層などを繰り返してもよい。複数層のＩＦＬの例には、ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、および第２のＡｌ２Ｏ３層を有するＩＦＬ；ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、第２のＡｌ２Ｏ３層、および第２のＺｎＯ層を有するＩＦＬ；ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、第２のＡｌ２Ｏ３層、第２のＺｎＯ層、および第３のＡｌ２Ｏ３層を有するＩＦＬ；および所望される性能特性を達成するために必要な数の層を有するＩＦＬが含まれる。前に検討したとおり、ある化学量論比への言及は、様々な実施形態によるＩＦＬ層中の成分元素の比を限定することを意図しない。
【００４１】
複合体ＩＦＬとして２つまたはそれより多い隣接するＩＦＬを配列させることは、各ＩＦＬ材料からの貢献が単一ＩＦＬ中で強化され得るペロブスカイト材料ＰＶセル中の単一ＩＦＬより高い性能を有し得る。例えば、ＩＴＯが導体電極である、ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、およびＺｎＯ層を有するアーキテクチャにおいて、Ａｌ２Ｏ３は誘電材料であり、ＺｎＯはｎ型半導体であり、ＺｎＯは良好な性能の電子輸送特性（例えば移動度など）を有する電子アクセプターとして作用する。さらに、Ａｌ２Ｏ３は、ＩＴＯに良好に付着する物理的に堅牢な材料であり、表面の欠陥をキャッピングすること（例えば電荷捕獲など）により表面を均質化し、暗電流の抑制によりデバイスダイオード特性を改善する。
【００４２】
図１１は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス４５００の定型図である。デバイス４５００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１１は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス４５００は、第１および第２の基板４５０１および４５０８を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）４５０２は、第１の基板４５０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）４５０７は、第２の基板４５０８の内側表面上に配置される。活性層４５５０は、２つの電極４５０２と４５０７の間に挟まれている。活性層４５５０は、第１のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）４５０３、第２のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）４５０４、光活性材料（例えばＭＡＰｂＩ３など）４５０５、および電荷輸送層（例えばスピロ−ＯＭｅＴＡＤなど）４５０６を含む、複合体ＩＦＬを含む。
【００４３】
図１３〜２０は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの定型図である。デバイスの様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１３〜１８は定型図であり；したがって、それらに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイスの例は、本開示を通して説明される層および材料を含む。デバイスは、基板層（例えばガラスなど）、電極層（例えばＩＴＯ、Ａｇなど）、複合体ＩＦＬであってもよい界面層（例えばＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ：ＺｎＯ、および／またはＮｂ：ＺｎＯなど）、光活性層（例えばＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３、５−ＡＶＡ・ＨＣｌ：ＭＡＰｂＩ３、および／またはＣＨＰ：ＭＡＰｂＩ３など）、および電荷輸送層（例えばスピロ−ＯＭｅＴＡＤ、ＰＣＤＴＢＴ、ＴＦＢ、ＴＰＤ、ＰＴＢ７、Ｆ８ＢＴ、ＰＰＶ、ＭＤＭＯ−ＰＰＶ、ＭＥＨ−ＰＰＶ、および／またはＰ３ＨＴなど）を含んでもよい。
【００４４】
図１３は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６１００の定型図である。デバイス６１００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１３は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６１００は、基板（例えばガラスなど）６１０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６１０２は、基板６１０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６１０７は、２つの電極６１０２と６１０７の間に挟まれた活性層６１５０の最上部上に配置される。活性層６１５０は、第１のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６１０３、第２のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６１０４、光活性材料（例えばＭＡＰｂＩ３など）６１０５、および電荷輸送層（例えばスピロ−ＯＭｅＴＡＤなど）６１０６を含む、複合体ＩＦＬを含む。
【００４５】
図１４は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６２００の定型図である。デバイス６２００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１４は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６２００は、基板（例えばガラスなど）６２０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６２０２は、基板６２０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６２０６は、２つの電極６２０２と６２０６の間に挟まれた活性層６２５０の最上部上に配置される。活性層６２５０は、ＩＦＬ（例えばＹ：ＺｎＯなど）６２０３、光活性材料（例えばＭＡＰｂＩ３など）６２０４、および電荷輸送層（例えばＰ３ＨＴなど）６２０５を含む。
【００４６】
図１５は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６３００の定型図である。デバイス６３００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１５は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６３００は、基板（例えばガラスなど）６３０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６３０２は、基板６３０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６３０９は、２つの電極６３０２と６３０９の間に挟まれた活性層６３５０の最上部上に配置される。活性層６３５０は、第１のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６３０３、第２のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６３０４、第３のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６３０５、および第４のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６３０６、光活性材料（例えばＭＡＰｂＩ３など）６３０７、および電荷輸送層（例えばＰＣＤＴＢＴなど）６３０８を含む、複合体ＩＦＬを含む。
【００４７】
図１６は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６４００の定型図である。デバイス６４００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１６は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６４００は、基板（例えばガラスなど）６４０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６４０２は、基板６４０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６４０９は、２つの電極６４０２と６４０９の間に挟まれた活性層６４５０の最上部上に配置される。活性層６４５０は、第１のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６４０３、第２のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６４０４、第３のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６４０５、および第４のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６４０６、光活性材料（例えば５−ＡＶＡ−ＨＣｌ：ＭＡＰｂＩ３など）６４０７、および電荷輸送層（例えばＰＣＤＴＢＴなど）６４０８を含む、複合体ＩＦＬを含む。
【００４８】
図１７は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６５００の定型図である。デバイス６５００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１７は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６５００は、基板（例えばガラスなど）６５０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６５０２は、基板６５０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６５０６は、２つの電極６５０２と６５０６の間に挟まれた活性層６５５０の最上部上に配置される。活性層６５５０は、ＩＦＬ（例えばＮｂ：ＺｎＯなど）６５０３、光活性材料（例えばＦＡＰｂＩ３など）６５０４、および電荷輸送層（例えばＰ３ＨＴなど）６５０５を含む。
【００４９】
図１８は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６６００の定型図である。デバイス６６００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１８は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６６００は、基板（例えばガラスなど）６６０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６６０２は、基板６６０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｇなど）６６０６は、２つの電極６６０２と６６０６の間に挟まれた活性層６６５０の最上部上に配置される。活性層６６５０は、ＩＦＬ（例えばＹ：ＺｎＯなど）６６０３、光活性材料（例えばＣＨＰ；ＭＡＰｂＩ３など）６６０４、および電荷輸送層（例えばＰ３ＨＴなど）６６０５を含む。
【００５０】
図１９は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６７００の定型図である。デバイス６７００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１９は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６７００は、基板（例えばガラスなど）６７０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６７０２は、基板６７０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｌなど）６７０７は、２つの電極６７０２と６７０７の間に挟まれた活性層６７５０の最上部上に配置される。活性層６７５０は、ＩＦＬ（例えばＳｒＴｉＯ３など）６７０３、光活性材料（例えばＦＡＰｂＩ３など）６７０４、第１の電荷輸送層（例えばＰ３ＨＴなど）６７０５および第２の電荷輸送層（例えばＭｏＯｘなど）６７０６を含む。
【００５１】
図２０は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６８００の定型図である。デバイス６８００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図１６は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されなければならない。デバイス６８００は、基板（例えばガラスなど）６８０１を含む。第１の電極（例えばＩＴＯなど）６８０２は、基板６８０１の内側表面上に配置され、第２の電極（例えばＡｌなど）６８１１は、２つの電極６８０２と６８１１の間に挟まれた活性層６８５０の最上部上に配置される。活性層６８５０は、第１のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６８０３、第２のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６８０４、第３のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６８０５、第４のＩＦＬ（例えばＺｎＯなど）６８０６、および第５のＩＦＬ（例えばＡｌ２Ｏ３など）６８０７、光活性材料（例えばＦＡＰｂＩ３など）６８０８、第１の電荷輸送層（例えばＰ３ＨＴなど）６８０９および第２の電荷輸送層（例えばＭｏＯｘなど）６８１０を含む、複合体ＩＦＬを含む。
【００５２】
ペロブスカイト材料
ペロブスカイト材料は、ＰＶまたは他のデバイスの１つまたはそれより多い側面に組み込まれてもよい。一部の実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣＭＸ３［ここで、Ｃは、１種またはそれより多いカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、第１族金属、第２族金属、および／または他のカチオン若しくはカチオン様化合物）を含み；Ｍは、１種またはそれより多い金属（例は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、およびＺｒを含む）を含み；Ｘは、１種またはそれより多いアニオンを含む］のものであってもよい。一部の実施形態において、Ｃは、１種またはそれより多い有機カチオンを含んでもよい。
【００５３】
ある特定の実施形態において、Ｃは、アンモニウム、一般式［ＮＲ４］＋（式中、Ｒ基は、同じかまたは異なる基であり得る）の有機カチオンを含んでもよい。好適なＲ基には、これに限定されないが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基またはその異性体；あらゆるアルカン、アルケン、またはアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝１〜４２であり、環状、分岐または直鎖である）；アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝０〜４２であり、ｚ＝１〜４２であり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである）；あらゆる芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレンなど）；少なくとも１個の窒素が環内に含まれる環状複合体（例えば、ピリジン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、テトラヒドロキノリンなど）；あらゆる硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィドなど）；あらゆる窒素含有基（窒素酸化物、アミン）；あらゆるリン含有基（ホスフェート）；あらゆるホウ素含有基（例えば、ボロン酸など）；あらゆる有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸など）；およびそれらのエステルまたはアミド誘導体；アルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、あらゆる（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸など）；あらゆるケイ素含有基（例えば、シロキサンなど）；ならびにあらゆるアルコキシ基、−ＯＣｘＨｙ（式中、ｘ＝０〜２０であり、ｙ＝１〜４２である）が含まれる。
【００５４】
ある特定の実施形態において、Ｃは、ホルムアミジニウム、一般式［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋（式中、Ｒ基は、同じかまたは異なる基であり得る）の有機カチオンを含んでもよい。好適なＲ基には、これに限定されないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基またはその異性体；あらゆるアルカン、アルケン、またはアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝１〜４２であり、環状、分岐または直鎖）；アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝０〜４２であり、ｚ＝１〜４２であり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである）；あらゆる芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレンなど）；少なくとも１個の窒素が環内に含まれる環状複合体（例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ジヒドロピリミジン、（アゾリジニリデンメチル）ピロリジン、トリアゾールなど）；あらゆる硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィドなど）；あらゆる窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；あらゆるリン含有基（ホスフェート）；あらゆるホウ素含有基（例えば、ボロン酸など）；あらゆる有機酸（酢酸、プロパン酸）およびそれらのエステルまたはアミド誘導体；アルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、あらゆるアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸など）；あらゆるケイ素含有基（例えば、シロキサンなど）；ならびにあらゆるアルコキシ基、−ＯＣｘＨｙ（式中、ｘ＝０〜２０であり、ｙ＝１〜４２である）が含まれる。
【化１】
2018190997.tif 000003
【００５５】
式１は、上記のとおり［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋の一般式を有するホルムアミジニウムカチオンの構造を例示する。式２は、ペロブスカイト材料中でカチオン「Ｃ」をとして作用し得るいくつかのホルムアミジニウムカチオンの構造の例を例示する。
【化２】
2018190997.tif 000004
【００５６】
ある特定の実施形態において、Ｃは、グアニジニウム、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋（式中、Ｒ基は、同じかまたは異なる基であり得る）の有機カチオンを含んでもよい。好適なＲ基には、これに限定されないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基またはその異性体；あらゆるアルカン、アルケン、またはアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝１〜４２であり、環状、分岐または直鎖）；アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝０〜４２であり、ｚ＝１〜４２であり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである）；あらゆる芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレンなど）；少なくとも１個の窒素が環内に含まれる環状複合体（例えば、オクタヒドロピリミド［１，２−ａ］ピリミジン、ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン、ヘキサヒドロイミダゾ［１，２−ａ］イミダゾール、ヘキサヒドロピリミジン−２−イミンなど）；あらゆる硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィドなど）；あらゆる窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；あらゆるリン含有基（ホスフェート）；あらゆるホウ素含有基（例えば、ボロン酸など）；あらゆる有機酸（酢酸、プロパン酸）およびそれらのエステルまたはアミド誘導体；アルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、あらゆるアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸）；あらゆるケイ素含有基（例えば、シロキサンなど）；ならびにあらゆるアルコキシ基、−ＯＣｘＨｙ（式中、ｘ＝０〜２０であり、ｙ＝１〜４２である）が含まれる。
【化３】
2018190997.tif 000005
【００５７】
式３は、上記のとおり［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋の一般式を有するグアニジニウムカチオンの構造を例示する。式４は、ペロブスカイト材料中でカチオン「Ｃ」をとして作用し得るいくつかのグアニジニウムカチオンの構造の例を例示する。
【化４】
2018190997.tif 000006
【００５８】
ある特定の実施形態において、Ｃは、エテンテトラミンカチオン、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝Ｃ（ＮＲ２）２］＋（式中、Ｒ基は、同じかまたは異なる基であり得る）の有機カチオンを含んでもよい。好適なＲ基には、これに限定されないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基またはその異性体；あらゆるアルカン、アルケン、またはアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝１〜４２であり、環状、分岐または直鎖）；アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝０〜４２であり、ｚ＝１〜４２であり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである）；あらゆる芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレンなど）；少なくとも１個の窒素が環内に含まれる環状複合体（例えば、２−ヘキサヒドロピリミジン−２−イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３−ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３−ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３−ｂ］キノキサリンなど）；あらゆる硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィドなど）；あらゆる窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；あらゆるリン含有基（ホスフェート）；あらゆるホウ素含有基（例えば、ボロン酸など）；あらゆる有機酸（酢酸、プロパン酸）およびそれらのエステルまたはアミド誘導体；アルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、あらゆるアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸）；あらゆるケイ素含有基（例えば、シロキサンなど）；ならびにあらゆるアルコキシ基、−ＯＣｘＨｙ（式中、ｘ＝０〜２０であり、ｙ＝１〜４２である）が含まれる。
【化５】
2018190997.tif 000007
【００５９】
式５は、上記のとおり、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝Ｃ（ＮＲ２）２］＋を有するエテンテトラミンカチオンの構造を例示する。式６は、ペロブスカイト材料中でカチオン「Ｃ」として作用し得る、いくつかのエテンテトラミニオンの構造の例を例示する。
【化６】
2018190997.tif 000008
【００６０】
ある特定の実施形態において、Ｃは、イミダゾリウムカチオン、一般式［ＣＲＮＲＣＲＮＲＣＲ］＋（式中、Ｒ基は、同じかまたは異なる基であり得る）の芳香族性、環状有機カチオンを含んでもよい。好適なＲ基には、これに限定されないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基またはその異性体；あらゆるアルカン、アルケン、またはアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝１〜４２であり、環状、分岐または直鎖）；アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（ｘ＝１〜２０であり、ｙ＝０〜４２であり、ｚ＝１〜４２であり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである）；あらゆる芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレンなど）；少なくとも１個の窒素が環内に含ま7れる環状複合体（例えば、２−ヘキサヒドロピリミジン−２−イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３−ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３−ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３−ｂ］キノキサリンなど）；あらゆる硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィドなど）；あらゆる窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；あらゆるリン含有基（ホスフェート）；あらゆるホウ素含有基（例えば、ボロン酸など）；あらゆる有機酸（酢酸、プロパン酸）およびそれらのエステルまたはアミド誘導体；アルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、あらゆるアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸）；あらゆるケイ素含有基（例えば、シロキサンなど）；ならびにあらゆるアルコキシ基、−ＯＣｘＨｙ（式中、ｘ＝０〜２０であり、ｙ＝１〜４２である）が含まれてもよい。
【化７】
2018190997.tif 000009
【００６１】
一部の実施形態において、Ｘは、１種またはそれより多いハロゲン化物を含んでもよい。ある特定の実施形態において、Ｘは、第１６族アニオンを代わりにまたはさらに含んでもよい。ある特定の実施形態において、第１６族アニオンは硫化物またはセレン化物であってもよい。ある特定の実施形態において、Ｘは、１種またはそれより多い擬ハロゲン化物（シアン化物、シアネート、イソシアネート、フルミネート、チオシアネート、イソチオシアネート、アジド、テトラカルボニルコバルテート、カルバモイルジシアノメタニド、ジシアノニトロソメタニド、ジシアナミド、およびトリシアノメタニド）を代わりにまたはさらに含んでもよい。ある特定の実施形態において、各有機カチオンＣは、各金属Ｍより大きくてもよく、各アニオンＸは、カチオンＣと金属Ｍの両方と結合することができてもよい。様々な実施形態によるペロブスカイト材料の例には、ＣｓＳｎＩｚ（本明細書で前に検討されたもの）およびＣｓｘＳｎｙＩｚ（ｘ、ｙ、およびｚは、前の検討に従って変化するもの）が含まれる。他の例には、一般式ＣｓＳｎＸ３（式中、Ｘは、Ｉ３、Ｉ２．９５Ｆ０．０５；Ｉ２Ｃｌ；ＩＣｌ２；およびＣＩ３のいずれか１個またはそれより多いものであってもよい）の化合物が含まれる。他の実施形態において、Ｘは、ＣｓおよびＳｎと比較したＸの合計の比がＣｓＳｎＸ３の一般的化学量論をもたらすような量でＩ、Ｃｌ、Ｆ、およびＢｒのいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。一部の実施形態において、Ｘを構成する元素の合わせた化学量論は、ＣｓｘＳｎｙＩｚに関して前に検討されたとおり、Ｉｚと同じ規則に従ってもよい。さらに他の例には、一般式ＲＮＨ３ＰｂＸ３［ここで、Ｒは、ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎは、０〜１０の範囲である）であってもよい］の化合物が含まれ、Ｘは、カチオンＲＮＨ３および金属Ｐｂと比較したＸの合計の比が、ＲＮＨ３ＰｂＸ３の一般的化学量論をもたらすような量でＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩのいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。さらに、Ｒの一部の具体例には、Ｈ、アルキル鎖（例えば、ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２など）、およびアルファ、ベータ、ガンマ、およびより大きい誘導体を含む、アミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５−アンモニウム吉草酸など）が含まれる。
【００６２】
複合体ペロブスカイト材料デバイス設計
一部の実施形態において、本開示は、１種またはそれより多いペロブスカイト材料を含む、ＰＶおよび他の類似のデバイス（例えばバッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤ、非線形光学デバイス（ＮＬＯ）、導波管など）の複合体設計を提供してもよい。例えば、１種またはそれより多いペロブスカイト材料は、一部の実施形態の第１および第２の活性材料のいずれかまたは両方（例えば、図５の活性材料２８１０および２８１５など）として作用してもよい。より一般的に言えば、本開示の一部の実施形態は、１種またはそれより多いペロブスカイト材料を含む活性層を有するＰＶまたは他のデバイスを提供する。このような実施形態において、ペロブスカイト材料（すなわち、いずれか１種またはそれより多いペロブスカイト材料（単数または複数）を含む材料）は、様々なアーキテクチャの活性層で用いられてもよい。さらに、ペロブスカイト材料は、活性層のいずれか１種またはそれより多い成分（例えば、電荷輸送材料、メソポーラス材料、光活性材料、および／または界面材料などであり、これらのそれぞれは、以下により詳細に検討される）の機能（単数または複数）を果たし得る。
【００６３】
一部の実施形態において、同じペロブスカイト材料は、複数のこのような機能を果たし得るが、他の実施形態において、複数のペロブスカイト材料がデバイスに含まれてもよく、各ペロブスカイト材料は１つまたはそれより多いこのような機能を果たす。ある特定の実施形態において、ペロブスカイト材料がどのような役割を果たし得るとしても、それは、様々な状態でデバイス中で調製されおよび／またはそこに存在してもよい。例えば、一部の実施形態においてそれは実質的に固体であってよい。他の実施形態において、それは溶液であってもよく（例えば、ペロブスカイト材料は、液体に溶解されて、その個別のイオン性サブ種で前記液体中に存在するなどしてもよく）；またはそれは、懸濁液（例えば、ペロブスカイト材料粒子のものなど）であってもよい。溶液または懸濁液は、コーティングされてもいてもよく、またはそうでなければデバイス内で（例えば、メソポーラス、界面、電荷輸送、光活性、若しくは他の層などのデバイスの別の構成要素上に、および／または電極上に）堆積されてもよい。一部の実施形態におけるペロブスカイト材料は、デバイスの別の構成要素の表面上に（例えば、薄膜固体としての蒸着によるなどして）その場で形成されてもよい。ペロブスカイト材料を含む固体または液体層を形成するあらゆる他の適切な手段が用いられてもよい。
【００６４】
一般的に、ペロブスカイト材料デバイスは、第１の電極、第２の電極、および第１と第２の電極の間に少なくとも部分的に配置された、ペロブスカイト材料を含む活性層を含んでもよい。一部の実施形態において、第１の電極は、アノードおよびカソードの一方であってもよく、第２の電極は、アノードおよびカソードの他方であってもよい。ある特定の実施形態による活性層は、電荷輸送材料；液体電解質；メソポーラス材料；光活性材料（例えば、色素、ケイ素、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ゲルマニウムインジウム、半導体ポリマー、他の光活性材料など）；および界面材料のいずれか１種またはそれより多いものを含む、いずれか１種またはそれより多い活性層成分を含んでもよい。これらの活性層成分のいずれか１種またはそれより多いものは、１種またはそれより多いペロブスカイト材料を含んでもよい。一部の実施形態において、活性層成分の一部またはすべては、サブ層に全体的または部分的に配列されていてもよい。例えば、活性層は、界面材料を含む界面層；メソポーラス材料を含むメソポーラス層；および電荷輸送材料を含む電荷輸送層のいずれか１つまたはそれより多いものを含んでもよい。
【００６５】
一部の実施形態において、例えば色素などの光活性材料は、これらの層のいずれか１つまたはそれより多いものの上にコーティングされても、またはそうでなければ、配置されてもよい。ある特定の実施形態において、いずれか１つまたはそれより多い層は、液体電解質でコーティングされてもよい。さらに、界面層は、一部の実施形態による活性層のいずれか２つ以上の他の層の間に、および／または層とコーティングの間（色素とメソポーラス層の間など）に、および／または２つのコーティングの間（液体電解質と色素の間など）に、および／または活性層成分と電極の間に含まれてもよい。本明細書での層（複数）への言及は、最終配列（例えば、デバイス内に別個に定義できる各材料の実質的な個別の部分）のいずれかを含んでもよく、および／または層（単数）への言及は、各層における材料（単数または複数）のその後の混合の可能性にかかわらず、デバイスの構築中の配列を意味してもよい。層は、一部の実施形態において個別的であっても、実質的に隣接する材料を含んでもよい（例えば、層は、図１に定型的に例示されたとおりであってもよい）。他の実施形態において、層は、実質的に混合されていてもよく（例えば、ＢＨＪ、ハイブリッド、および一部のＤＳＳＣセルの場合におけるように）、この例は、図４における光活性層２６１６内の第１および第２の活性材料２６１８および２６２０により示される。
【００６６】
一部の実施形態において、第１および第２の活性材料２６１８および２６２０の混合層を含む光活性層２６１６に加えて、個別的隣接層２６２７、２６２６、および２６２２を含む、図４のデバイスによっても示されるとおりのデバイスは、これらの２種類の層の混合物を含んでもよい。いずれの場合でも、どのような種類であってもいずれか２つ以上の層は、ある特定の実施形態において、大きな接触表面積を達成するようなやり方で互いに隣接して（および／または互いと混合されて）配置されてもよい。ある特定の実施形態において、ペロブスカイト材料を含む層は、大きな接触表面積を達成するように１つまたはそれより多い他の層に隣接して配置されてもよい（例えば、ここで、ペロブスカイト材料は、低い電荷移動度を示す）。他の実施形態において、大きな接触表面積は、必ずしも必要でなくてもよい（例えば、ここで、ペロブスカイト材料は、高い電荷移動度を示す）。
【００６７】
一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、１つまたはそれより多い基板を任意に含んでもよい。一部の実施形態において、第１および第２の電極のいずれか一方または両方は、基板上にコーティングされても、またはそうでなければ配置されてもよく、それにより、電極は、実質的に基板と活性層の間に配置される。デバイスの構成の材料（例えば、基板、電極、活性層および／または活性層の成分）は、様々な実施形態において全体的または部分的に剛性または可撓性のいずれかであってもよい。一部の実施形態において、電極は、基板として作用し、それにより、別個の基板に対する必要性をなくしてもよい。
【００６８】
さらに、ある特定の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、集光材料（例えば、図２に表される例のＰＶで描かれたとおりの集光層１６０１などの、集光層におけるもの）を任意で含んでもよい。さらに、ペロブスカイト材料デバイスは、いずれか１種またはそれより多い添加剤、例えば、本開示の一部の実施形態に関して上で検討された添加剤のいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。
【００６９】
ペロブスカイト材料デバイスに含まれてもよい様々な材料の一部の説明は、図７を参照して部分的に行われる。図７は、一部の実施形態によるペロブスカイト材料デバイス３９００の定型図である。デバイス３９００の様々な構成要素が、隣接材料を含む個別的層として例示されるが、図７は定型図であり；したがって、それに従う実施形態は、本明細書で前に検討された「層」の使用と一致して、このような個別的層、および／または実質的に混合された非隣接層を含んでもよいことが理解されるべきである。デバイス３９００は、第１および第２の基板３９０１および３９１３を含む。第１の電極３９０２は、第１の基板３９０１の内側表面上に配置され、第２の電極３９１２は、第２の基板３９１３の内側表面上に配置される。活性層３９５０は、２つの電極３９０２と３９１２の間に挟まれている。活性層３９５０は、メソポーラス層３９０４；第１および第２の光活性材料３９０６および３９０８；電荷輸送層３９１０、およびいくつかの界面層を含む。
【００７０】
図７は、活性層３９５０のサブ層が界面層によって分離され且つさらには界面層が各電極３９０２および３９１２上に配置される実施形態によるデバイス３９００の例をさらに例示する。特に、第２、第３、および第４の界面層３９０５、３９０７、および３９０９は、それぞれ、メソポーラス層３９０４、第１の光活性材料３９０６、第２の光活性材料３９０８、および電荷輸送層３９１０のそれぞれの間に配置される。第１および第５の界面層３９０３および３９１１は、それぞれ、（ｉ）第１の電極３９０２とメソポーラス層３９０４の間；および（ｉｉ）電荷輸送層３９１０と第２の電極３９１２の間に配置される。したがって、図７に描かれるデバイスの例のアーキテクチャは、基板−電極−活性層−電極−基板として特徴付けられてもよい。活性層３９５０のアーキテクチャは、界面層−メソポーラス層−界面層−光活性材料−界面層−光活性材料−界面層−電荷輸送層−界面層として特徴付けられてもよい。前に述べられたとおりに、一部の実施形態において、界面層は存在することを必要としないか；または１つ若しくはそれより多い界面層は、すべてではないが、ある特定の、活性層の構成要素間、および／またはデバイスの構成要素間のみに含まれてもよい。
【００７１】
基板、例えば、第１および第２の基板３９０１および３９１３のいずれか一方または両方は、可撓性または剛性であってもよい。２つの基板が含まれる場合、少なくとも一方は電磁（ＥＭ）放射線（例えば、ＵＶ、可視、またはＩＲ放射線など）に対して透明または半透明であるべきである。１つの基板が含まれる場合、それは同様に透明または半透明であってもよいが、それは、デバイスの一部がＥＭ放射線を活性層３９５０と接触させる限り、そうである必要はない。好適な基板材料には、ガラス；サファイア；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；マイカ；ポリマー（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）；セラミック；ファブリック（例えば、綿、絹、羊毛など）；木材；壁板；金属；およびそれらの組合せのいずれか１種またはそれより多いものが含まれる。
【００７２】
前に述べられたとおり、電極（例えば、図７の電極３９０２および３９１２の一方）は、アノードまたはカソードのいずれであってもよい。一部の実施形態において、一方の電極はカソードとして機能してもよく、他方はアノードとして機能してもよい。電極３９０２および３９１２のいずれか一方または両方は、リード、ケーブル、ワイヤ、またはデバイス３９００へおよび／またはデバイス３９００からの電荷輸送を可能にする他の手段に連結されていてもよい。電極は、あらゆる導電性材料を構成してもよく、少なくとも一方の電極は、ＥＭ放射線に対して透明若しくは半透明であるべきであり、および／またはＥＭ放射線が活性層３９５０の少なくとも一部と接触させることが可能であるように配列されるべきである。好適な電極材料には、酸化インジウムスズまたはスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）；フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）；酸化カドミウム（ＣｄＯ）；酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）；酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）；アルミニウム（Ａｌ）；金（Ａｕ）；カルシウム（Ｃａ）；マグネシウム（Ｍｇ）；チタン（Ｔｉ）；鋼；炭素（およびその同素体）；およびそれらの組合せのいずれか１種またはそれより多いものが含まれてもよい。
【００７３】
メソポーラス材料（例えば、図７のメソポーラス層３９０４に含まれる材料など）は、あらゆる孔含有材料を含んでもよい。一部の実施形態において、孔は、約１〜約１００ｎｍの範囲の直径を有してもよく；他の実施形態において、孔直径は、約２〜約５０ｎｍの範囲であってもよい。好適なメソポーラス材料には、本明細書で他の箇所にて検討されたあらゆる界面材料および／またはメソポーラス材料；アルミニウム（Ａｌ）；ビスマス（Ｂｉ）；インジウム（Ｉｎ）；モリブデン（Ｍｏ）；ニオブ（Ｎｂ）；ニッケル（Ｎｉ）；ケイ素（Ｓｉ）；チタン（Ｔｉ）；バナジウム（Ｖ）；亜鉛（Ｚｎ）；ジルコニウム（Ｚｒ）；前述の金属のいずれか１種またはそれより多い酸化物（例えば、アルミナ、セリア、チタニア、酸化亜鉛、ジルコニアなど）；前述の金属のいずれか１種またはそれより多いものの硫化物；前述の金属のいずれか１種またはそれより多いものの窒化物；ならびにそれらの組合せのいずれか１種またはそれより多いものが含まれる。
【００７４】
光活性材料（例えば、図７の第１または第２の光活性材料３９０６または３９０８など）は、あらゆる光活性化合物、例えば、ケイ素（場合によっては、単結晶シリコン）、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ゲルマニウムインジウム、１種またはそれより多い半導体ポリマー、およびそれらの組合せのいずれか１種またはそれより多いものを含んでもよい。ある特定の実施形態において、光活性材料は、色素（例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、他のルテニウム系色素など）を代わりにまたはそれに加えて含んでもよい。一部の実施形態において、色素（どのような組成のものであっても）は、別の層（例えば、メソポーラス層および／または界面層）の上にコーティングされてもよい。一部の実施形態において、光活性材料は、１種またはそれより多いペロブスカイト材料を含んでもよい。ペロブスカイト材料含有光活性物質は、固体形態のものであってもよく、または一部の実施形態において、それは、ペロブスカイト材料を含む懸濁液または溶液を含む色素の形態であってもよい。このような溶液または懸濁液は、他の色素と同様なやり方で他のデバイス構成要素の上にコーティングされてもよい。一部の実施形態において、固体ペロブスカイト含有材料は、あらゆる適切な手段（例えば、蒸着、溶液堆積、固体材料の直接配置など）によって堆積されてもよい。様々な実施形態によるデバイスは、１種、２種、３種、またはそれより多い光活性化合物（例えば、１種、２種、３種、またはそれより多いペロブスカイト材料、色素、またはそれらの組合せ）を含んでもよい。複数の色素または他の光活性材料を含むある特定の実施形態において、２種以上の色素または他の光活性材料のそれぞれは、１つまたはそれより多い界面層によって分離されていてもよい。一部の実施形態において、複数の色素および／または光活性化合物は、少なくとも部分的に混合されてもよい。
【００７５】
電荷輸送材料（例えば、図７における電荷輸送層３９１０の電荷輸送材料）は、固体電荷輸送材料（すなわち、口語的には標識固体電解質）を含んでもよく、またはそれは、液体電解質および／またはイオン液体を含んでもよい。液体電解質、イオン液体、および固体電荷輸送材料のいずれも、電荷輸送材料と称されてもよい。本明細書で使用されるとおり、「電荷輸送材料」は、電荷キャリアを収集しおよび／または電荷キャリアを輸送することができる、固体、液体、またはそうでないもののあらゆる材料を指す。例えば、一部の実施形態によるＰＶデバイスにおいて、電荷輸送材料は、電荷キャリアを電極に輸送することができてもよい。電荷キャリアには、ホール（この輸送は、電荷輸送材料をまさに「ホール輸送材料」と適切に名付けられるようにさせ得る）および電子が含まれてもよい。ＰＶまたは他のデバイスにおけるカソードまたはアノードのいずれかに関連する電荷輸送材料の配置に応じて、ホールはアノードに向けて、電子はカソードに向けて輸送されてもよい。一部の実施形態による電荷輸送材料の好適な例には、ペロブスカイト材料；Ｉ−／Ｉ３−；Ｃｏ複合体；ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）およびその誘導体、またはＰ３ＨＴなど）；ポリヘプタデカニルカルバゾールジチエニルベンゾチアジアゾールおよびその誘導体（例えば、ＰＣＤＴＢＴなど）などのカルバゾール系コポリマー；ポリシクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾールおよびその誘導体（例えば、ＰＣＰＤＴＢＴなど）、ポリベンゾジチオフェニル−チエノチオフェンジイルおよびその誘導体（例えば、ＰＴＢ６、ＰＴＢ７、ＰＴＢ７−ｔｈ、ＰＣＥ−１０など）などの他のコポリマー；ポリ（トリアリールアミン）化合物およびその誘導体（例えば、ＰＴＡＡなど）；スピロ−ＯＭｅＴＡＤ；ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体（例えば、ＭＤＭＯ−ＰＰＶ、ＭＥＨ−ＰＰＶなど）；フラーレンおよび／またはフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０、ＰＣＢＭなど）；ならびにそれらの組合せの１種またはそれより多いものが含まれてもよい。
【００７６】
ある特定の実施形態において、電荷輸送材料は、電荷キャリア（電子またはホール）を収集することができ、および／または電荷キャリアを輸送することができる固体または液体の、あらゆる材料が含まれてもよい。したがって、一部の実施形態の電荷輸送材料は、Ｎ型またはＰ型の活性および／または半導電体材料であってもよい。電荷輸送材料は、デバイスの電極のうち一方の最も近くに配置されてもよい。それは、一部の実施形態において、電極に隣接して配置されてもよいが、他の実施形態において、界面層は、電荷輸送材料と電極の間に配置されてもよい（例えば、第５の界面層３９１１を有する図７に示されるとおりのものなど）。ある特定の実施形態において、電荷輸送材料のタイプは、それが最も近い電極に基づいて選択されてもよい。例えば、電荷輸送材料がホールを収集しおよび／または輸送する場合、それは、ホールをアノードへ輸送するようにアノードに最も近くてもよい。しかしながら、電荷輸送材料は、代わりに、カソードの最も近くに配置され、電子をカソードへ輸送するように選択されるかまたは構築されてもよい。
【００７７】
前に述べられたとおり、様々な実施形態によるデバイスは、あらゆる２つの他の層および／または材料間に界面層を任意に含んでもよいが、一部の実施形態によるデバイスは、いかなる界面層も含む必要がない。したがって、例えば、ペロブスカイト材料デバイスは、０、１、２、３、４、５つ、またはそれを超える界面層を含んでもよい（例えば、図７のデバイス例であり、これは、５つの界面層３９０３、３９０５、３９０７、３９０９、および３９１１を含む）。界面層は、本明細書で前に検討された実施形態に従う薄いコーティングの界面層（例えば、アルミナおよび／若しくは他の金属酸化物粒子、ならびに／またはチタニア／金属酸化物二層、ならびに／または本明細書で他の箇所にて検討されたとおりの薄いコーティングの界面層に従う他の化合物を含むもの）を含んでもよい。一部の実施形態による界面層は、２つの層または材料間に電荷輸送および／または収集の増強のためのあらゆる適切な材料を含んでもよく；それはまた、いったん電荷が界面層に隣接する材料の１つから離れて輸送されると、電荷再結合の可能性を妨げまたは減少させるのを助け得る。好適な界面材料には、本明細書で他の箇所にて検討されたあらゆるメソポーラス材料および／または界面材料；Ａｌ；Ｂｉ；Ｃｏ；Ｃｕ；Ｆｅ；Ｉｎ；Ｍｎ；Ｍｏ；Ｎｉ；白金（Ｐｔ）；Ｓｉ；Ｓｎ；Ｔａ；Ｔｉ；Ｖ；Ｗ；Ｎｂ；Ｚｎ；Ｚｒ；前述の金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニアなど）；前述の金属のいずれかの硫化物；前述の金属のいずれかの窒化物；官能化されたまたは非官能化されたアルキルシリル基；黒鉛；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；ならびにそれらの組合せ（一部の実施形態において、組み合わせられた材料の二層を含む）の１種またはそれより多いものが含まれてもよい。一部の実施形態において、界面層は、ペロブスカイト材料を含んでもよい。
【００７８】
図７の定型図によるデバイスは、一部の実施形態において、ＰＶ、例えば、ＤＳＳＣ、ＢＨＪ、またはハイブリッド太陽電池であってもよい。一部の実施形態において、図７によるデバイスは、並列若しくは直列マルチセルＰＶ、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤＳ、および／または本明細書で検討されたあらゆる他のデバイスを構成してもよい。例えば、一部の実施形態のＢＨＪは、電極３９０２および３９１２に対応する２つの電極、およびヘテロ接合界面に少なくとも２種の材料（例えば、活性層３９５０の材料および／または層のいずれか２種）を含む活性層を含んでもよい。ある特定の実施形態において、他のデバイス（例えば、ハイブリッドＰＶバッテリ、並列または直列マルチセルＰＶなど）は、図７の活性層３９５０に対応する、ペロブスカイト材料を含む活性層を含んでもよい。要するに、図７のデバイス例の描写の定型化された性質は、図７に従う様々な実施形態のデバイスの許容される構造またはアーキテクチャをいかなる意味においても限定してはならない。
【００７９】
ペロブスカイトデバイスのさらなるより具体的な実施形態例は、デバイス例のさらなる定型化された描写の観点から検討される。これらの描写（図８〜図１８）の定型化された性質は、同様に、一部の実施形態において図８〜図１８のいずれか１つまたはそれより多いものに従って構築されてもよいデバイスのタイプを制限することを意図しない。すなわち、図８〜図１８で示されたアーキテクチャは、あらゆる適切な手段（本明細書で他の箇所にて明示的に検討されたものと、本開示の利益によって当業者には明らかであろう他の適切な手段との両方を含む）に従って、ＢＨＪ、バッテリ、ＦＥＴ、ハイブリッドＰＶバッテリ、直列マルチセルＰＶ、並列マルチセルＰＶ、および本開示の他の実施形態の他の同様なデバイスを提供するように適合されてもよい。
【００８０】
図８は、様々な実施形態に従うデバイス４１００の例を描く。デバイス４１００は、第１および第２のガラス基板４１０１および４１０９を含む実施形態を例示する。各ガラス基板は、その内側表面上に配置されたＦＴＯ電極（それぞれ、第１の電極４１０２および第２の電極４１０８）を有し、各電極は、その内側表面上に堆積された界面層を有し：ＴｉＯ２第１界面層４１０３は、第１の電極４１０２上に堆積され、Ｐｔ第２界面層４１０７は、第２の電極４１０８上に堆積される。これらの２つの界面層間に挟まれたものは：メソポーラス層４１０４（ＴｉＯ２を含む）；光活性材料４１０５（ペロブスカイト材料ＭＡＰｂＩ３を含む）；および電荷輸送層４１０６（ここではＣｓＳｎＩ３を含む）である。
【００８１】
図９は、メソポーラス層を省略するデバイス４３００の例を描く。デバイス４３００は、第１および第２の界面層４３０３および４３０５（それぞれ、チタニアおよびアルミナを含む）間に挟まれたペロブスカイト材料光活性化合物４３０４（ＭＡＰｂＩ３を含む）を含む。チタニア界面層４３０３は、ＦＴＯ第１電極４３０２上にコーティングされ、そして次に、これは、ガラス基板４３０１の内側表面上に配置される。スピロ−ＯＭｅＴＡＤ電荷輸送層４３０６は、アルミナ界面層４３０５上にコーティングされ、金の第２電極４３０７の内側表面上に配置される。
【００８２】
本開示の利益によって当業者に明らかであろうように、様々な他の実施形態、例えば、複数の光活性層（図７のデバイス例の光活性層３９０６および３９０８により例示されるとおりのもの）を有するデバイスが可能である。一部の実施形態において、上で検討されたとおり、各光活性層は、界面層で分離されてもよい（図７で第３の界面層３９０７により示されるとおり）。さらに、メソポーラス層は、第１の電極３９０２上に配置されているメソポーラス層３９０４により図７で例示されるような電極上に配置されてもよい。図７は、前記２つのものの間に配置された介在界面層３９０３を描くが、一部の実施形態において、メソポーラス層は、電極上に直接配置されてもよい。
【００８３】
追加のペロブスカイト材料デバイス例
他のペロブスカイト材料デバイスアーキテクチャ例は、本開示の利益によって当業者に明らかであろう。例には、これに限定されないが、以下のアーキテクチャ：（１）液体電解質−ペロブスカイト材料−メソポーラス層；（２）ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層；（３）第１のペロブスカイト材料−第２のペロブスカイト材料−メソポーラス層；（４）第１のペロブスカイト材料−第２のペロブスカイト材料；（５）第１のペロブスカイト材料−色素−第２のペロブスカイト材料；（６）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料；（７）固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層；（８）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層；（９）固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層；および（１０）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層のいずれかを有する活性層を含むデバイスが含まれる。各アーキテクチャ例の個別の構成要素（例えば、メソポーラス層、電荷輸送材料など）は、各構成要素についての上での検討に従ってもよい。さらに、各アーキテクチャ例は、以下により詳細に検討される。
【００８４】
前述の活性層の一部の特定の例として、一部の実施形態において、活性層は、液体電解質、ペロブスカイト材料、およびメソポーラス層を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：液体電解質−ペロブスカイト材料−メソポーラス層を有してもよい。あらゆる液体電解質が適切であり得；あらゆるメソポーラス層（例えば、ＴｉＯ２など）が適切であり得る。一部の実施形態において、ペロブスカイト材料は、メソポーラス層上に堆積され、その上に液体電解質でコーティングされてもよい。一部のこのような実施形態のペロブスカイト材料は、色素として少なくとも部分的に作用してもよい（したがって、それは、光活性であってもよい）。
【００８５】
他の実施形態例において、活性層は、ペロブスカイト材料、色素、およびメソポーラス層を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層を有してもよい。色素は、メソポーラス層上でコーティングされてもよく、ペロブスカイト材料は、色素コーティングされたメソポーラス層上に配置されてもよい。ペロブスカイト材料は、これらの実施形態のいくつかにおいてホール輸送材料として機能してもよい。
【００８６】
さらに他の実施形態例において、活性層は、第１のベロブスカイト材料、第２のペロブスカイト材料、およびメソポーラス層を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：第１のペロブスカイト材料−第２のペロブスカイト材料−メソポーラス層を有してもよい。第１および第２のペロブスカイト材料は、それぞれ同じペロブスカイト材料（単数または複数）を含んでもよく、またはそれらは異なるペロブスカイト材料を含んでもよい。第１および第２のペロブスカイト材料のいずれか一方は、光活性であってもよい（例えば、このような実施形態の第１および／または第２のペロブスカイト材料は、色素として少なくとも部分的に機能してもよい）。
【００８７】
ある特定の実施形態例において、活性層は、第１のペロブスカイト材料および第２のペロブスカイト材料を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：第１のペロブスカイト材料−第２のペロブスカイト材料を有してもよい。第１および第２のペロブスカイト材料は、それぞれ同じペロブスカイト材料（単数または複数）を含んでもよく、またはそれらは異なるペロブスカイト材料を含んでもよい。第１および第２のペロブスカイト材料のいずれか一方は、光活性であってもよい（例えば、このような実施形態の第１および／または第２のペロブスカイト材料は、色素として少なくとも部分的に機能してもよい）。さらに、第１および第２のペロブスカイト材料のいずれか一方は、ホール輸送材料として機能することができてもよい。一部の実施形態において、第１および第２のペロブスカイト材料の一方は、電子輸送材料として機能し、第１および第２のペロブスカイト材料の他方は、色素として機能する。一部の実施形態において、第１および第２のペロブスカイト材料は、図５において、それぞれ、第１および第２の活性材料２８１０および２８１５について示された配列におけるような（または図４において、それぞれ、ｐ型およびｎ型材料２６１８および２６２０によって同様に示されるような）、第１のペロブスカイト材料と第２のペロブスカイト材料の間での高い界面面積を達成するように活性層内に配置されてもよい。
【００８８】
さらなる実施形態例において、活性層は、第１のペロブスカイト材料、色素、および第２のペロブスカイト材料を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：第１のペロブスカイト材料−色素−第２のペロブスカイト材料を有してもよい。第１および第２のペロブスカイト材料のいずれか一方は、電荷輸送材料として機能してもよく、第１および第２のペロブスカイト材料の他方は、色素として機能してもよい。一部の実施形態において、第１および第２のペロブスカイト材料の両方は、重複する、同様の、および／または同一の機能に少なくとも部分的に作用してもよい（例えば、両方は、色素として作用してもよく、および／または両方は、ホール輸送材料として作用してもよい）。
【００８９】
一部の他の実施形態例において、活性層は、固体電荷輸送材料およびペロブスカイト材料を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料を有してもよい。例えば、ペロブスカイト材料および固体電荷輸送材料は、図５において、それぞれ、第１および第２の活性材料２８１０および２８１５について示された配列におけるような（または図４において、それぞれ、ｐ型およびｎ型材料２６１８および２６２０によって同様に示されたような）、高い界面面積を達成するように活性層内に配置されてもよい。
【００９０】
他の実施形態例において、活性層は、固体電荷輸送材料、色素、ペロブスカイト材料、およびメソポーラス層を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層を有してもよい。これらの実施形態のいくつかの他の活性層は、実質的にアーキテクチャ：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層を有してもよい。ペロブスカイト材料は、一部の実施形態において第２の色素として作用してもよい。ペロブスカイト材料は、このような実施形態において、このような実施形態の活性層を含むＰＶまたは他のデバイスにより吸収される可視光のスペクトルの幅を増加させ得る。ある特定の実施形態において、ペロブスカイト材料はまた、色素とメソポーラス層の間、および／または色素と電荷輸送材料の間の界面層としてまた、または、代わりに作用してもよい。
【００９１】
一部の実施形態例において、活性層は、液体電解質、色素、ペロブスカイト材料、およびメソポーラス層を含んでもよい。これらの実施形態のいくつかの活性層は、実質的にアーキテクチャ：固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層を有してもよい。これらの実施形態のいくつかの他の活性層は、実質的にアーキテクチャ：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層を有してもよい。ペロブスカイト材料は、光活性材料、界面層、および／またはそれらの組合せとして作用してもよい。
【００９２】
一部の実施形態は、ペロブスカイト材料を含むＢＨＪ  ＰＶデバイスを提供する。例えば、一部の実施形態のＢＨＪは、光活性層（例えば、図３の光活性層２４０４など）を含んでもよく、これは、１種またはそれより多いペロブスカイト材料を含んでもよい。このようなＢＨＪの光活性層は、ＤＳＳＣ活性層に関して上で検討された、上で列挙された構成要素例のいずれか１つまたはそれより多いものをまた、または、代わりに含んでもよい。さらに、一部の実施形態において、ＢＨＪ光活性層は、上で検討されたＤＳＳＣ活性層の実施形態例のいずれか１つによるアーキテクチャを有してもよい。
【００９３】
一部の実施形態において、本明細書で検討されるとおりのＰＶまたは他のデバイスに組み込まれた、ペロブスカイト材料を含む活性層のいずれかは、活性層内の包含物に適切であると本明細書でやはり検討され様々な追加の材料のいずれかをさらに含んでもよい。例えば、ペロブスカイト材料を含むあらゆる活性層は、本明細書で検討される様々な実施形態による界面層をさらに含んでもよい（例えば、薄いコーティングの界面層など）。さらなる一例として、ペロブスカイト材料を含む活性層は、図２で表されるＰＶの例において描かれたとおりの集光層１６０１などの、集光層をさらに含んでもよい。
【００９４】
ペロブスカイト材料活性層の処方
前に検討したとおり、一部の実施形態において、活性層中のペロブスカイト材料は、式ＣＭＸ３−ｙＸ’ｙ（０≧ｙ≧３）を有してもよく、ここで、Ｃは、１種またはそれより多いカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、第１族金属、第２族金属、ホルムアミジニウム、グアニジニウム、エテンテトラミンおよび／または他のカチオン若しくはカチオン様化合物）を含み；Ｍは、１種またはそれより多い金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＺｒが含まれる）を含み；ＸおよびＸ’は、１種またはそれより多いアニオンを含む。一実施形態において、ペロブスカイト材料は、ＣＰｂＩ３−ｙｙＣｌｙを含んでもよい。ある特定の実施形態において、ペロブスカイト材料を、例えば、以下に記載するステップを使用して基板層上へのドロップキャスティング、スピンキャスティング、スロットダイ印刷、スクリーン印刷、またはインクジェット印刷などにより、ＰＶデバイス中の活性層として堆積してもよい。
【００９５】
まず、鉛ハロゲン化物前駆体インクを形成する。鉛ハロゲン化物の量を、グローブボックス（すなわち、空気を含まない環境中での材料操作を可能にするのぞき窓を含む、グローブを有する制御された雰囲気のボックス）の内側の清潔で乾燥したバイアル中で秤量してもよい。好適な鉛ハロゲン化物には、これに限定されないが、ヨウ化鉛（ＩＩ）、臭化鉛（ＩＩ）、塩化鉛（ＩＩ）、およびフッ化鉛（ＩＩ）が含まれる。鉛ハロゲン化物は、鉛ハロゲン化物の単一種を含んでもよく、または正確な比の鉛ハロゲン化物混合物を含んでもよい。ある特定の実施形態において、鉛ハロゲン化物混合物は、ヨウ化物、臭化物、塩化物、またはフッ化物の０．００１〜１００ｍｏｌ％のあらゆる二元、三元、または四元比を含んでもよい。一実施形態において、鉛ハロゲン化物混合物は、約１０：９０  ｍｏｌ：ｍｏｌの比で塩化鉛（ＩＩ）およびヨウ化鉛（ＩＩ）を含んでもよい。他の実施形態において、鉛ハロゲン化物混合物は、約５：９５、約７．５：９２．５、または約１５：８５  ｍｏｌ：ｍｏｌの比で塩化鉛（ＩＩ）およびヨウ化鉛（ＩＩ）を含んでもよい。
【００９６】
代替的に、他の鉛塩前駆体を、鉛ハロゲン化物塩と組み合わせて、または代わりに使用して、前駆体インクを形成してもよい。好適な前駆体塩には、鉛（ＩＩ）または鉛（ＩＶ）および以下のアニオン：硝酸、亜硝酸、カルボン酸、酢酸、アセトニルアセトネート、ホルメート、オキシレート、スルフェート、スルファイト、チオスルフェート、ホスフェート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラ（ペルフルオロフェニル）ボレート、ヒドリド、オキサイド、ペルオキシド、ヒドロキシド、ニトリド、アルセネート、アルセナイト、ペルクロレート、カーボネート、ビカーボネート、クロメート、ジクロメート、ヨーデート、ブロメート、クロレート、クロライト、ハイポクロライト、ハイポブロミド、シアニド、シアネート、イソシアネート、フルミネート、チオシアネート、イソチオシアネート、アジド、テトラカルボニルコバルテート、カルバモイルジシアノメタニド、ジシアノニトロソメタニド、ジシアナミド、トリシアノメタニド、アミド、およびペルマンガネート、のあらゆる組み合わせが含まれてもよい。
【００９７】
前駆体インクは、上記のアニオンの塩として、以下の金属イオン：Ｆｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＺｒに対して０〜１００％のモル比の鉛（ＩＩ）または鉛（ＩＶ）塩をさらに含んでもよい。
【００９８】
溶媒を次いでバイアルに添加して、鉛固体を溶解して、鉛ハロゲン化物前駆体インクを形成してもよい。好適な溶媒は、これに限定されないが、無水Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、アルキル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジアルキルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、アルキルピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、およびこれらの組み合わせが含まれる。一実施形態において、鉛固体を、無水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中に溶解する。鉛固体を、約２０℃〜約１５０℃の温度で溶解してもよい。一実施形態において、鉛固体を、約８５℃で溶解する。鉛固体を、溶液を形成するのに必要な時間溶解してもよく、これは、約７２時間までの時間にわたって起こり得る。得られた溶液は、鉛ハロゲン化物前駆体インクのベースを形成する。一部の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約０．００１Ｍ〜約１０Ｍの鉛ハロゲン化物濃度を有してもよい。一実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約１Ｍの濃度を有する。
【００９９】
任意に、ある特定の添加剤を鉛ハロゲン化物前駆体インクに添加して、最終的なペロブスカイト結晶性および安定性に影響を与えてもよい。一部の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、アミノ酸（例えば、５−アミノ吉草酸、ヒスチジン、グリシン、リシンなど）、アミノ酸ハロゲン化水素（例えば５−アミノ吉草酸塩酸塩など）、ＩＦＬ表面改修（ＳＡＭ）剤（例えば本明細書において前に検討されたものなど）またはそれらの組み合わせをさらに含んでもよい。一実施形態において、ホルムアミジニウムクロリドを鉛ハロゲン化物前駆体インクに添加してもよい。他の実施形態において、本明細書において前に検討したあらゆるカチオンのハロゲン化物を使用してもよい。一部の実施形態において、例えばホルムアミジニウムクロリドおよび５−アミノ吉草酸塩酸塩の組み合わせなどを含む鉛ハロゲン化物前駆体インクに、添加剤の組み合わせを添加してもよい。
【０１００】
説明の意味で、および開示をメカニズムのいかなる特定の理論に限定することなく、一段階ペロブスカイトデバイス作製における添加剤または対イオンとして使用される場合には、ホルムアミジニウムクロリドおよび５−アミノ吉草酸塩酸塩がペロブスカイトＰＶデバイスの安定性を改善させることが見出された。二段階方法においてＰｂＩ２前駆体溶液に添加された場合に、ＰｂＣｂの形態の塩化物が、ペロブスカイトＰＶデバイス性能を改善することがまた見出された。ホルムアミジニウムクロリドおよび／または５−アミノ吉草酸塩酸塩を鉛ハロゲン化物前駆体溶液（例えばＰｂＩ２など）に直接添加して、単一材料により両方の利点を強化することにより、二段階ペロブスカイト薄膜堆積プロセスを改善し得ることが見出された。同様に、ホルムアミジニウムクロリドおよび５−アミノ吉草酸塩酸塩、またはＰｂＣｌ２の鉛ハロゲン化物前駆体溶液への添加により、他のペロブスカイト膜堆積プロセスを改善し得る。
【０１０１】
ホルムアミジニウムクロリドおよび／または５−アミノ吉草酸塩酸塩を含む添加剤を、得られるペロブスカイト材料の所望の特性に応じて様々な濃度で鉛ハロゲン化物前駆体インクに添加してもよい。一実施形態において、添加剤を約１ｎＭ〜約１Ｍの濃度で添加してもよい。別の実施形態において、添加剤を約１μＭ〜約１Ｍの濃度で添加してもよい。別の実施形態において、添加剤を約１μＭ〜約１ｍＭの濃度で添加してもよい。
【０１０２】
任意に、ある特定の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクに水を添加してもよい。説明の意味で、および開示をいかなる特定の理論またはメカニズムに限定することなく、水の存在は、ペロブスカイト薄膜結晶成長に影響を与える。通常の環境下で、水は空気からの蒸気として吸収されてもよい。しかしながら、特定の濃度の鉛ハロゲン化物前駆体インクに水を直接添加することによりペロブスカイトＰＶ結晶性を制御することが可能である。好適な水には、蒸留された脱イオン水、または（鉱物を含む）汚染物質を実質的に含まないあらゆる他の水源が含まれる。光Ｉ−Ｖスイープ（light  I−V  sweeps）に基づいて、ペロブスカイトＰＶの光電力変換効率が、完全に乾燥したデバイスと比較して、水の添加によりほぼ３倍となり得ることが見出された。
【０１０３】
得られるペロブスカイト材料の所望の特性に応じて、様々な濃度で鉛ハロゲン化物前駆体インクに水を添加してもよい。一実施形態において、約１ｎＬ／ｍＬ〜約１ｍＬ／ｍＬの濃度で水を添加してもよい。別の実施形態において、約１μＬ／ｍＬ〜約０．１ｍＬ／ｍＬの濃度で水を添加してもよい。別の実施形態において、約１μＬ／ｍＬ〜約２０μＬ／ｍＬの濃度で水を添加してもよい。
【０１０４】
図１２は、水ありで（５１１０）、または水なしで（５１２０）作製されたペロブスカイトＰＶを比較する、走査電子顕微鏡の断面からの画像を示す。図１２から読み取れ得るとおり、水が含まれる場合（上側）と比較して作製中に水が排除された場合（下側）には、ペロブスカイト材料層（５１１１および５１２１）のかなりの構造変化が存在する。（水により作製された）ペロブスカイト材料層５１１１は、（水なしで作製された）ペロブスカイト材料層５１２１よりかなり接触して高密度である。
【０１０５】
鉛ハロゲン化物前駆体インクを、次いで所望の基板上で堆積してもよい。好適な基板層には、本開示において前に特定されたあらゆる基板層が含まれてもよい。上で注記したとおり、鉛ハロゲン化物前駆体インクを、これに限定されないが、ドロップキャスティング、スピンキャスティング、スロットダイ印刷、スクリーン印刷、またはインクジェット印刷を含む様々な手段により堆積してもよい。ある特定の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクを、約５秒間〜６００秒間の間、約５００ｒｐｍ〜約１０，０００ｒｐｍの速度で基板上にスピンコーティングしてもよい。一実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクを、約３０秒間、約３０００ｒｐｍで基板上にスピンコーティングしてもよい。鉛ハロゲン化物前駆体インクを、約０％相対湿度〜約５０％相対湿度の範囲の湿度で周囲雰囲気で基板上に堆積してもよい。鉛ハロゲン化物前駆体インクを次いで、実質的に水を含まない雰囲気中で、すなわち、２０％未満の相対湿度中で乾燥させて、薄膜を形成してもよい。
【０１０６】
薄膜を次いで、約２０℃〜約３００℃の温度で約２４ｈまでの間、熱アニーリングしてもよい。一実施形態において、薄膜を、約５０℃の温度で約１０分間熱アニーリングしてもよい。ペロブスカイト材料活性層を次いで、変換プロセスにより完成させてもよく、前記プロセスにおいて、前駆体膜を、０．００１Ｍ〜１０Ｍの濃度で、溶媒または溶媒（例えばＤＭＦ、イソプロパノール、メタノール、エタノール、ブタノール、クロロホルム  クロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、水など）および塩（例えばヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジン、ヨウ化グアニジン、ヨウ化１，２，２−トリアミノビニルアンモニウム、５−アミノ吉草酸ヨウ化水素酸塩など）の混合物を含む溶液に浸すかまたは前記溶液で洗浄する。ある特定の実施形態において、薄膜をまた、この段落の第１行と同じやり方で熱的にポストアニーリングしてもよい。
【０１０７】
一部の実施形態において、鉛塩前駆体を基板の上に堆積して、鉛塩薄膜を形成してもよい。基板は、周囲温度におよそ等しい温度を有してもよく、または０〜５００℃の制御された温度を有してもよい。鉛塩前駆体を、これに限定されないが、スピンコーティング、スロットダイ印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、熱的蒸発、またはスプレーコーティングを含む当該技術分野における様々な既知の方法により堆積してもよい。鉛塩前駆体は、液体、気体、または固体であってもよい。一部の実施形態において、鉛塩前駆体は、１種またはそれより多い溶媒を含む溶液であってもよい。例えば、鉛塩前駆体は、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、アルキル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジアルキルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、アルキルピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルムおよびそれらの組み合わせの１種または２種以上を含んでもよい。鉛塩前駆体は、単一の鉛塩（例えばヨウ化鉛（ＩＩ）、チオシアン酸鉛（ＩＩ）など）または本明細書において開示されたこれらのあらゆる組み合わせ（例えばＰｂＩ２＋ＰｂＣｌ２；ＰｂＩ２＋Ｐｂ（ＳＣＮ）２など）を含んでもよい。鉛塩前駆体はまた、例えばアミノ酸（例えば５−アミノ吉草酸ヨウ化水素酸塩など）、１，８−ジヨードオクタン、１，８−ジチオオクタン、ホルムアミジニウムハロゲン化物、酢酸、トリフルオロ酢酸、メチルアンモニウムハロゲン化物または水などの１種またはそれより多い添加剤を含んでもよい。鉛塩前駆体インクを、実質的に水を含まない雰囲気中で、すなわち、２０％未満の相対湿度中で乾燥させて、薄膜を形成してもよい。薄膜を次いで、約２０℃〜約３００℃の温度で約２４ｈまでの間、熱アニーリングしてもよい。
【０１０８】
鉛塩前駆体が堆積された後、第２の塩前駆体（例えばヨウ化ホルムアミジン、チオシアン酸ホルムアミジン、またはチオシアン酸グアニジンなど）を鉛塩薄膜上に堆積してもよく、ここで、鉛塩薄膜は、周囲温度におよそ等しい温度を有してもよく、または０〜５００℃の制御された温度を有してもよい。第２の塩前駆体を、約２５℃〜約１２５℃の周囲温度でまたは昇温で堆積してもよい。第２の塩前駆体を、これに限定されないが、スピンコーティング、スロットダイ印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、熱的蒸発、またはスプレーコーティングを含む当該技術分野における様々な既知の方法により堆積してもよい。一部の実施形態において、第２の塩前駆体は、１種またはそれより多い溶媒を含む溶液であってもよい。例えば、第２の塩前駆体は、無水Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、アルキル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジアルキルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、アルキルピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルムおよびそれらの組み合わせの１種または２種以上を含んでもよい。
【０１０９】
鉛塩前駆体および第２の塩前駆体の堆積後に、基板をアニーリングしてもよい。基板のアニーリングが、鉛塩前駆体および第２の塩前駆体をペロブスカイト材料（例えばＦＡＰｂＩ３、ＧＡＰｂ（ＳＣＮ）３、ＦＡＳｎＩ３など）に変換してもよい。周囲圧力（例えば、標高（elevation）および雰囲気条件に応じて約１気圧など）の様々な雰囲気中で、または雰囲気または周囲未満の圧力（例えば、１ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒなど）でアニーリングを行ってもよい。アニーリング雰囲気は、周囲空気、制御された湿度環境（例えば空気の０〜１００ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３など）、純アルゴン、純窒素、純酸素、純水素、純ヘリウム、純ネオン、純クリプトン、純ＣＯ２、または前記気体のあらゆる組み合わせを含んでもよい。制御された湿度環境には、絶対湿度または相対湿度％が固定値に保持されるか、または絶対湿度または相対湿度％が所定の設定点または所定の関数により変化する環境が含まれてもよい。特定の実施形態において、アニーリングが、０％以上５０％以下の相対湿度％を有する、制御された湿度環境中で生じてもよい。他の実施形態において、アニーリングが、０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以上２０ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気以下を含む、制御された湿度環境中で生じてもよい。一部の実施形態において、アニーリングが、５０℃以上３００℃以下の温度で生じてもよい。
【０１１０】
例えば、特定の実施形態において、ＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料を、以下のプロセスにより形成してもよい。まず、無水ＤＭＦ中に溶解された、約９０：１０モルの比のＰｂＣｌ２に対するＰｂＩ２を含む鉛（ＩＩ）ハロゲン化物前駆体を、スピンコーティングまたはスロットダイ印刷により基板上に堆積してもよい。鉛ハロゲン化物前駆体インクを、実質的に水を含まない雰囲気中で、すなわち、２０％未満の相対湿度中でおよそ１時間（±１５分間）乾燥させて、薄膜を形成してもよい。薄膜を次いで、約１０分間、約５０℃（±１０℃）の温度で熱アニーリングしてもよい。他の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体を、インクジェット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、原子層堆積、熱的蒸発、またはスプレーコーティングにより堆積してもよい。次に、無水イソプロピルアルコール中に溶解された、２５〜６０ｍｇ／ｍＬ濃度のヨウ化ホルムアミジンを含むヨウ化ホルムアミジン前駆体を、スピンコーティングまたはスロットダイ印刷により鉛ハロゲン化物薄膜上に堆積してもよい。他の実施形態において、ヨウ化ホルムアミジン前駆体を、インクジェット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、スパッタリング、ＰＥ−ＣＶＤ、原子層堆積、熱的蒸発、またはスプレーコーティングにより堆積してもよい。鉛ハロゲン化物前駆体およびヨウ化ホルムアミジン前駆体を堆積した後に、約１２５℃〜２００℃で、約２５％相対湿度（約４〜７ｇ  Ｈ２Ｏ／ｍ３  空気）で基板をアニーリングして、ホルムアミジニウムヨウ化鉛（ＦＡＰｂＩ３）ペロブスカイト材料を形成してもよい。
【０１１１】
前の段落に記載されたとおりに鉛ハロゲン化物薄膜を堆積することにより、ヨウ化鉛（ＩＩ）、塩化鉛（ＩＩ）、ＤＭＦ、水、および酸素を含む鉛前駆体薄膜を形成してもよい。鉛前駆体薄膜は、図２１に示されるとおり、１２．７７±０．１、および３０．０４±０．１度でｘ線回折ピークを有する。
【０１１２】
鉛ハロゲン化物薄膜およびヨウ化ホルムアミジン薄膜を堆積して、その後、前の段落に記載のとおりにアニーリングすることにより、ＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料が形成されてもよい。上記のやり方で形成したＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料は、図２３に例示されるとおり、２Θに関し、１４．０６±０．１、１９．８４±０．１、２４．３０±０．１、２８．１５±０．１、３１．５５±０．１、３４．６３±０．１、４０．３０±０．１、４２．７８±０．１、４５．４８±０．１、４９．７７±０．１、５１．７９±０．１、５８．１３±０．１、５８．７０±０．１、６２．０２±０．１、６５．７５±０．１、６７．４３±０．１、および７２．８１±０．１度でのピークを有するｘ線回折ピークを有する。これらのピークを、それぞれ２１４７、７３０、１７１２、２３３６、１４５９、５９０、６９５、８００、５０８、７３７、４９２、４８６、４８４、５０１、５００、４８０、および４５０の測定強度を有する。これらの強度は、バックグラウンドの較正がされていない。このデータは、Ｂｒｕｋｅｒ  Ｄ８  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙの周囲条件で、５分間の積分時間で、Ｃｕ  Ｋアルファ放射線源により収集された。これらのｘ線回折ピークは、図２２から見てわかるとおり、立方晶構造に対応する。図２２は、立方晶ＦＡＰｂＩ３についてシミュレーションされたｘ線回折パターンを例示する。見てわかるとおり、シミュレーションされたｘ線回折ピークは、本明細書において記載されたプロセスにより製造されたＦＡＰｂＩ３について測定されたｘ線回折ピークに極めて近似して対応する。
【０１１３】
このｘ線回折パターンは、Ｐｍ−３ｍ空間群およびおよそａ＝６．３５Åの格子パラメータを有する、単純立方晶構造を有するＦＡＰｂＩ３に対応する。注目に値するのは、測定されたｘ線回折パターンがまた、Ｆｍ−３ｍ空間群を有する鉛（Ｐｂ）にから期待されるであろうものに対応する回折ピークを含むことである。図２５は、Ｆｍ−３ｍ空間群を有する鉛のｘ線回折パターンを例示する。Ｌｅｊａｅｇｈｅｒｅ  Ｋ．，  Ｖａｎ  Ｓｐｅｙｂｒｏｅｃｋ  Ｖ，  Ｖａｎ  Ｏｏｓｔ  Ｇ．，  Ｃｏｔｔｅｎｉｅｒ  Ｓ．，  “Ｅｒｒｏｒ  Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ：  Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｂｙ  Ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｇｒｏｕｎｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ”，  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ３９（１），  １  （２０１４）。このｘ線回折パターンは、２Θについて、ＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料から測定されたある特定のピークに対応する、およそ３０、３５、５１および６１度でピークを有する。この鉛は、ｘ線回折測定中にＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料のｘ線誘起された減衰の結果である可能性がある。
【０１１４】
図２４は、上記のステップにより形成された立方晶ＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料の結晶構造を例示する。図２４は、ＦＡ＋イオン７８０１およびヨウ化物イオン７８０２を有する立方晶ＦＡＰｂＩ３ペロブスカイト材料を例示し、ヨウ化物イオン７８０２は、鉛（ＩＩ）イオン（未ラベル）を中心とした八面体の頂点を形成する。
【０１１５】
したがって、本発明は、述べられた目的および利点ならびにそれらにおいて固有であるものを達成するように十分に適合される。本発明は、本明細書における教示の利益を有する当業者に明らかな、異なるが同等のやり方で修正または実施されてもよいので、上で開示された特定の実施形態は、単に例示的なものである。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されるもの以外に、本明細書で示される構築または設計の詳細への限定は意図されない。したがって、上で開示された特定の例示的実施形態は、変更または修正されてもよく、このような変形のすべては、本発明の範囲および趣旨の範囲内とみなされることは明らかである。特に、本明細書で開示される値のあらゆる範囲（「約ａから約ｂ」または等しく、「およそａからｂ」または等しく、「およそａ〜ｂ」の形式）は、値のそれぞれの範囲のべき集合（すべての部分集合の集合）を指すと理解されるべきであり、値のより広い範囲内に包含されるあらゆる範囲を示す。また、特許請求の範囲における用語は、特許権者による明示的におよび明瞭に定義されない限り、それらの単純な、通常の意味を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
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