(57)【要約】  光活性ペロブスカイト材料の調製方法。当該方法は、    ハロゲン化鉛と第１の溶媒を第１の容器に導入し、前記ハロゲン化鉛を前記第１の溶媒と接触させて前記ハロゲン化鉛を溶解し、ハロゲン化鉛溶液を形成するステップ、    １族金属ハロゲン化物と第２の溶媒を第２の容器に導入し、前記１族金属ハロゲン化物を前記第２の溶媒と接触させて前記１族金属ハロゲン化物を溶解し、１族金属ハロゲン化物溶液を形成するステップ、及び    前記ハロゲン化鉛溶液を前記１族金属ハロゲン化物溶液と接触させて、薄膜前駆体インクを形成するステップ、を含む。当該方法は、    前記薄膜前駆体インクを基板上に堆積させるステップと、    前記薄膜前駆体インクを乾燥させて薄膜を形成するステップと、    前記薄膜をアニールするステップと；及び    前記薄膜を塩溶液でリンスするステップと；をさらに含む。
2020520086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップ：
薄膜前駆体インクを調製するステップであって、前記薄膜前駆体インクを調製するステップは、以下のステップ：
ハロゲン化鉛を第1の容器に導入するステップ；
第１の溶媒を前記第１の容器に導入するステップ；
前記ハロゲン化鉛を前記第１の溶媒と接触させて前記ハロゲン化鉛を溶解し、ハロゲン化鉛溶液を形成するステップ；
１族金属ハロゲン化物を第２の容器に導入するステップ；
第２の溶媒を前記第２の容器に導入するステップ；及び
前記１族金属ハロゲン化物を前記第２の溶媒と接触させて前記１族金属ハロゲン化物を溶解し、１族金属ハロゲン化物溶液を形成するステップ；
を含む、ステップと；
前記薄膜前駆体インクを基板上に堆積させるステップと；
前記薄膜前駆体インクを乾燥させて薄膜を形成するステップと；
前記薄膜をアニールするステップと；及び
前記薄膜を、第３の溶媒と、ハロゲン化メチルアンモニウム、ハロゲン化ホルムアミジニウム、ハロゲン化グアニジニウム、ハロゲン化エテンテトラミン、ハロゲン化イミダゾリウム、ハロゲン化１，２，２−トリアミノビニルアンモニウム、及び５−アミノ吉草酸ハロゲン化水素からなる群から選択される塩とを含む塩溶液で、リンスするステップと；
を含む方法。
【請求項２】
前記ハロゲン化鉛がヨウ化鉛（ＩＩ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化セシウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化ルビジウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化ナトリウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化カリウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒が、乾燥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（ＤＭＦ）、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、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の溶媒が乾燥ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の溶媒がジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の溶媒が、ジメチルホルムアミド、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、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜前駆体インクが、前記１族金属ハロゲン化物のモル濃度、すなわち前記ハロゲン化鉛のモル濃度の１％から２５％の間、を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜をアニールするステップが、約４０℃から約６０℃の間の温度で約５分から約３０分間行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記塩がヨウ化ホルムアミジニウムを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記塩がヨウ化メチルアンモニウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜をリンスするステップは、前記塩溶液に少なくとも部分的に浸すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
以下のステップ：
薄膜前駆体インクを調製するステップであって、前記薄膜前駆体インクを調製するステップは、以下のステップ：
ハロゲン化鉛を第1の容器に導入するステップ；
第１の溶媒を前記第１の容器に導入するステップ；
前記ハロゲン化鉛を前記第１の溶媒と接触させて前記ハロゲン化鉛を溶解し、ハロゲン化鉛溶液を形成するステップ；
１族金属ハロゲン化物を第２の容器に導入するステップ；
第２の溶媒を前記第２の容器に導入するステップ；及び
前記１族金属ハロゲン化物を前記第２の溶媒と接触させて前記１族金属ハロゲン化物を溶解し、１族金属ハロゲン化物溶液を形成するステップ；
を含む、ステップと；
前記薄膜前駆体インクを基板上に堆積させるステップと；
前記薄膜前駆体インクを乾燥させて薄膜を形成するステップと；
前記薄膜をアニールするステップと；及び
前記薄膜を、第３の溶媒と、ハロゲン化メチルアンモニウム、ハロゲン化ホルムアミジニウム、ハロゲン化グアニジニウム、ハロゲン化エテンテトラミン、ハロゲン化イミダゾリウム、ハロゲン化１，２，２−トリアミノビニルアンモニウム、及び５−アミノ吉草酸ハロゲン化水素からなる群から選択される塩とを含む塩溶液で、リンスするステップと；
を含むプロセスにより調製されたペロブスカイト材料。
【請求項１７】
前記ハロゲン化鉛がヨウ化鉛（ＩＩ）を含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項１８】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化セシウムを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項１９】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化ルビジウムを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２０】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化ナトリウムを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２１】
前記１族金属ハロゲン化物がヨウ化カリウムを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２２】
前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒が、乾燥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（ＤＭＦ）、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、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２３】
前記第１の溶媒が乾燥ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２４】
前記第２の溶媒がジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２５】
前記第３の溶媒が、ジメチルホルムアミド、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、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２６】
前記薄膜前駆体インクが、前記１族金属ハロゲン化物のモル濃度、すなわち前記ハロゲン化鉛のモル濃度の１％から２５％の間、を有する、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２７】
前記薄膜をアニールするステップが、約４０℃から約６０℃の間の温度で約５分から約３０分間行われる、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項２８】
前記塩がヨウ化ホルムアミジニウムを含む、請求項１６記載のペロブスカイト材料。
【請求項２９】
前記塩がヨウ化メチルアンモニウムを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【請求項３０】
前記薄膜をリンスするステップは、前記塩溶液に少なくとも部分的に浸すことを含む、請求項１６に記載のペロブスカイト材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
太陽エネルギー又は放射線から電力を生成するために光起電力（ＰＶ）を使用することは、多くの利点、例えば、電源、低もしくはゼロエミッション、電力網から独立した電力生産、耐久性のある物理的構造（可動部品なし）、安定した信頼性のあるシステム、モジュール構成、比較的迅速な設置、安全な製造と使用、及び良好な世論と使用の受け入れなどが含まれる、多くの利点を提供することができる。
【背景技術】
【０００２】
本開示の特徴及び利点は、当業者には容易に明らかになるであろう。当業者であれば数多くの変更が可能であるが、そのような変更は本発明の精神の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本開示のいくつかの実施形態によるＤＳＳＣの様々な層を表すＤＳＳＣ設計の説明図である。
【図２】本開示のいくつかの実施形態によるＤＳＳＣの様々な層を表すＤＳＳＣ設計の別の説明図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態によるＢＨＪデバイス設計の例示的な説明図である。
【図４】本開示のいくつか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】本開示のいくつかの実施形態による典型的な固体状態の(solid  state,ソリッドステート)ＤＳＳＣデバイスの概略図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態による例示的なＰＶデバイスの構成要素を表す様式化された図である。
【図７】本開示のいくつかの実施形態による例示的なＰＶデバイスの構成要素を示す様式化された図である。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による例示的なＰＶデバイスの構成要素を示す様式化された図である。
【図９】本開示のいくつかの実施形態による例示的なＰＶ装置の構成要素を示す様式化された図である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
好ましい実施形態の詳細な説明
有機ＰＶ、非有機ＰＶ、及び／又はハイブリッドＰＶと互換性のある(compatible)ＰＶ技術の様々な態様の改善は、ＯＰＶ及び他のＰＶの両方のコストをさらに下げることを約束する。例えば、固体状態の(solid-state)色素増感太陽電池（dye-sensitized  solar  cells）のようないくつかの太陽電池は、固体状態の電荷輸送材料（又は、口語表現に言い換えれば「固体状態電解質」）のような新規な費用対効果の高い高安定性代替構成要素を利用することができる。さらに、様々な種類の太陽電池(solar  cells)は、有利には、他の利点の中で現在存在する従来の選択肢よりもコスト効率が高く、且つ、耐久性のある界面(interfacial)材料及び他の材料を含むことができる。
【０００５】
本開示は、概して、物質の組成物(compositions  of  matter)、装置及び太陽放射からの電気エネルギーを生成する際の、光電池における材料の使用方法に関する。より具体的には、本開示は、光活性及び他の物質組成物(compositions  of  matter)、ならびに装置、使用方法、及びそのような物質組成物の形成に関する。
【０００６】
これらの物質組成物の例は、例えば、正孔輸送(hole-transport)材料、及び/又は界面層（interfacial  layers）、色素、及び／又はＰＶデバイスの他の要素としての使用に好適であり得る材料を含み得る。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（例えば二重層(bilayer)及びバルク）、ハイブリッドセル（例えば、ＣＨ３ＮＨ３ＨＰｂI３を有する有機物、ＺｎＯナノロッド又はＰｂＳ量子ドット）及びＤＳＳＣ（色素増感太陽電池、dye-sensitized  solar  cells）に配備することができる。後者のＤＳＳＣは、３つの形態、すなわち溶媒系電解質、イオン性液体(ionic  liquid)電解質、及び固体状態の正孔輸送体(hole  transporters)（又は固体状態の(solid  state)ＤＳＳＣ、すなわちＳＳ−ＤＳＳＣ）において存在する。いくつかの実施形態によるＳＳ−ＤＳＳＣ構造は、電解質を実質的に含まなくてもよい。スピロ−ＯＭｅＴＡＤ、ＣｓＳｎＩ３、及び他の活物質(active  materials)のようなむしろホール輸送材料を含む。
【０００７】
本開示のいくつかの実施形態による材料の一部又は全部は、任意の有機もしくは他の電子デバイスにおいて有利に使用されてもよく、いくつかの例は、電池(batteries)、電界効果トランジスタ（field-effect  transistors,ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、非線形光学デバイス、メモリスタ（memristor）、キャパシタ、整流器、及び／又は整流アンテナ(rectifying  antennas,レクテナ)を含むことができる（但しこれらに限定されない）。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
いくつかの実施形態では、本開示は、ＰＶ及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、マルチジャンクションＰＶ、ＦＥＴ、ＬＥＤなど）を提供することができる。そのようなデバイスは、いくつかの実施形態では、改善された活物質(active  material)、界面層、及び／又は１つ以上のペロブスカイト(perovskite)材料を含み得る。ペロブスカイト材料は、ＰＶ又は他のデバイスの１以上の様々な態様に組み込むことができる。いくつか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い。式中、
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様(cation-like)化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｒを含む例）を含み；且つ、
Ｘは１以上のアニオンを含む。種々の実施形態によるペロブスカイト材料は、以下により詳細に論じられる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
光電池及び他の電子デバイス
いくつかのＰＶ実施形態は、図１、３、４及び５に示すような太陽電池の様々な例示的描写を参照して説明することができる。例えば、いくつかの実施形態による例示的なＰＶアーキテクチャは、実質的に基板(substrate)−アノード−ＩＦＬ−活性層(active  layer)−ＩＦＬ−カソードの形態であってもよい。いくつかの実施形態の活性層は光活性であってもよく、及び／又は光活性材料(photoactive  material)を含んでいてもよい。他の層及び材料は、当該技術分野において知られているように、セル内で利用されてもよい。さらに、用語「活性層」の使用は、決して他の層の特性を明示的又は暗示的に限定することを意味するものではないことに留意すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、片方のもしくは両方のＩＦＬは、それらが半導電性(semiconducting)である限り、活性でもよい。特に図４を参照すると、様式化された一般的なＰＶセル２６１０が描かれ、ＰＶ内のいくつかの層の高度に界面的性質を示している。ＰＶ２６１０は、いくつかのＰＶデバイス、例えばＤＳＳＣ  ＰＶ実施形態などに適用可能な一般的なアーキテクチャを表す。ＰＶセル２６１０は、太陽放射２６１４がその層を透過することを可能にするガラス（又は、太陽放射に同様に透明な材料）の透明層２６１２を含む。いくつかの実施形態の透明層は、基板とも呼ばれ（例えば、図１の基板層１５０７と同様に）、且つ、多様な硬質又は可撓性材料、例えばガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、Ｋａｐｔｏｎ、石英、アルミニウムホイル、金箔、又はスチールなどの、のいずれか１以上を含んでよい。光活性層２６１６は、電子ドナー又はｐ型材料２６１８、及び／又は電子アクセプタ又はｎ型材料２６２０からなる。活性層又は、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及び２６２４の間に挟まれている。図４では、電極層２６２２はＩＴＯ材料である。前述のように、いくつかの実施形態の活性層は、必ずしも光活性である必要はないが、図４に示すデバイスでは、それである。電極層２６２４はアルミニウム材料である。当技術分野で知られているように、他の材料を使用することができる。セル２６１０はまた、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料として図４の例に示される界面層（interfacial  layer,ＩＦＬ）２６２６を含む。ＩＦＬは、電荷分離をアシストすることができる。いくつかの実施形態では、ＩＦＬ２６２６は、自己組織化単分子膜（self-assembled  monolayer,ＳＡＭ）として、又は薄膜として、本開示による光活性有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、ＩＦＬ２６２６は薄膜コートの二重層を含むことができ、これについては後に詳述する。デバイスのアルミニウムカソード側にＩＦＬ２６２７が存在してもよい。いくつかの実施形態では、デバイスのアルミニウムカソード側のＩＦＬ２６２７はまた、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）として、又は薄膜として本開示による光活性有機化合物を含んでよいし、又はその代わりに(instead)光活性有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、デバイスのアルミニウムカソード側のＩＦＬ２６２７は、薄膜コート二重層を含んでよいし、又はその代わりに(instead)薄膜コートの二重層を含むことができる（やはり以下に詳述する）。いくつかの実施形態によるＩＦ��は、特性において半導電性であってもよく、ｐ型又はｎ型のいずれかであってもよい。いくつかの実施形態では、デバイスのカソード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２７）は、ｐ型であり、且つ、デバイスのアノード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２６）は、ｎ型であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、カソード側ＩＦＬをｎ型とし、且つ、アノード側ＩＦＬをｐ型とすることができる。セル２６１０は、リード２６３０及び放電ユニット２６３２、例えば電池(battery)など、に取り付けられている。
【００１０】
さらに別の実施形態は、図３を参照して説明することができる。図３は、様式化された（ｓｔｙｌｉｚｅｄ）ＢＨＪデバイス設計を示し、且つ、ガラス基板２４０１と；ＩＴＯ（錫ドープド酸化インジウム）電極２４０２と；界面層（ＩＦＬ）２４０３と；光活性層２４０４と；ＬｉＦ／Ａｌカソード２４０５とを含む。参照されるＢＨＪ構造の材料は単なる例であり、当該技術分野において知られている他のいずれのＢＨＪ構造を、本開示と一致して使用することができる。いくつかの実施形態では、光活性層２４０４は、図４のデバイスの活性層又は光活性層２６１６が含むことができる１以上の材料を含むことができる。
【００１１】
図１は、いくつかの実施形態によるＤＳＳＣ  ＰＶの簡略化された図であり、このようなＰＶの組み立て(assembly)を例示する目的で、ここで参照される。図１に示すＤＳＳＣの例は、以下のように構成することができる。電極層１５０６（フッ素ドープ酸化スズ、ＦＴＯとして示される）は、基板層１５０７（ガラスとして示される）の上に堆積される。（いくつかの実施形態ではＴｉＯ２とすることができる）メソポーラス層ＭＬ  １５０５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、及びメソポーラス層１５０５を含む）を溶媒及び染料内に浸漬する（図示せず）。これにより、染料１５０４がＭＬの表面に結合したままになる。基板層１５０１（ガラスとしても示される）及び電極層１５０２（Ｐｔ／ＦＴＯとして示される）を含む別個の対向電極が作製される。光電極と対向電極は、図１に示すように、２つの基板層１５０１と１５０７との間に様々な層１５０２〜１５０６を挟んで組み合わされ、且つ、電極層１５０２，１５０６をそれぞれカソード及びアノードとして利用できるようにする。電解質の層１５０３は、色素層(dye  layer)１５０４の後に、又は典型的には対向電極基板１５０１にサンドブラストによって予め穴(hole)が開けられたデバイスの開口部(opening)を介して、完成した光電極上に直接堆積される。セルはまた、リード及び放電ユニット、例えば電池(battery)など、に取り付けられてもよい（図示せず）。基板層１５０７及び電極層１５０６、及び／又は基板層１５０１及び電極層１５０２は、太陽放射が光活性色素(photoactive  dye)１５０４に通過するの（pass  through  to）を可能にするのに十分な透明性を有するべきである。いくつかの実施形態において、対向電極及び／又は光電極は、剛性である一方で、他のいずれか又は両方において、フレキシブルであり得る。様々な実施形態の基板層は、ガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、Ｋａｐｔｏｎ、石英、アルミニウムホイル、金箔、及び鋼のうちのいずれか１つ以上を含むことができる。特定の実施形態では、ＤＳＳＣは、図２に示すように、入射光を散乱させて、デバイスの光活性層を通る(through)光の経路長を増加させるため（それにより、光が光活性層に吸収される可能性を高める）、集光性(light  harvesting)層１６０１をさらに含むことができる。
【００１２】
他の実施形態では、本開示は、固体状態のＤＳＳＣを提供する。いくつかの実施形態による固体状態のＤＳＳＣは、液状電解質を含むＤＳＳＣに影響を及ぼす漏れ及び／又は腐食の問題の欠如などの利点を提供し得る。さらに、固体状態の電荷キャリアは、より速いデバイス物理（例えば、より速い電荷輸送）を提供し得る。加えて、固体状態の電解質は、いくつかの実施形態では、光活性であり得、及びしたがって、固体状態のＤＳＳＣデバイスに由来する電力に寄与し得る。
【００１３】
固体状態のＤＳＳＣのいくつかの例は、典型的な固体状態のＤＳＳＣの模式図である図５を参照して説明することができる。例えば、図４に示されている例示的な太陽電池(solar  cell)と同様に、第１及び第２の活性（例えば、導電性及び／又は半導電性）材料（それぞれ２８１０及び２８１５）からなる活性層は、電極２８０５及び２８２０（図５ではそれぞれＰｔ／ＦＴＯ及びＦＴＯとして示される）の間に挟まれる。図５に示す実施形態において、第１の活物質(active  material)２８１０は、ｐ型活物質であり、且つ、固体電解質を含む。特定の実施形態では、第１の活物質２８１０は、スピロ−ＯＭｅＴＡＤ及び／又はポリ（３−ヘキシルチオフェン）などの有機材料、無機２元(binary)、３元(ternary)、４元(quaternary)又はそれ以上の錯体(complex)、いずれの固体半導電性材料、又はそれらのいずれの組み合わせを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の活物質は、酸化物及び／又は硫化物、及び／又はセレン化物、及び／又はヨウ化物（例えば、ＣｓＳｎＩ３）を追加又は代わりに含むことができる。したがって、例えば、いくつかの実施形態の第１の活性材料は、銅インジウム硫化物を含むことができる固体状態のｐ型材料を含むことができ、且つ、いくつかの実施形態では、セレン化銅インジウムガリウムを含むことができる。図５に示す第２の活物質２８１５は、ｎ型活物質であり、且つ、染料で被覆されたＴｉＯ２を含む。いくつかの実施形態では、第２の活性材料は同様に、スピロ−ＯＭｅＴＡＤなどの有機材料、無機２元、３元、４元又はそれ以上の錯体、又はそれらいずれの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の活性材料は、アルミナなどの酸化物を含むことができ、及び／又は硫化物を含むことができ、及び／又はセレン化物を含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、第２の活性材料は硫化銅インジウムを含むことができ、且つ、いくつかの実施形態では、銅インジウムガリウムセレン化金属を含むことができる。いくつかの実施形態の第２の活性材料２８１５は、メソポーラス層を構成することができる。さらに、活性であることに加えて、第１及び第２の活性材料２８１０及び２８１５のいずれか又は両方が光活性であってもよい。他の実施形態（図５には示されていない）では、第２の活性材料は固体電解質を含むことができる。加えて、第１及び第２の活物質２８１０及び２８１５のいずれかが固体電解質を含む実施形態では、ＰＶデバイスは、有効量の液体電解質を欠いていてもよい。ｐ型として図５に示され、且つ、参照されるにもかかわらず、固体状態の層（例えば、固体電解質を含む第１の活物質）は、いくつかの実施形態では、代わりに、ｎ型の半導体であってもよい。そのような実施形態では、色素で被覆された第２の活物質（例えば、図５に示すようなＴｉＯ２（又は他のメソポーラス材料））は、ｐ型半導電性であってもよい（図５について示され、及び議論されたｎ型半導電性とは対照的に）。
【００１４】
基板層２８０１及び２８２５（いずれも図５ではガラスとして示されている）は、図５の例示的なセルのそれぞれの外部上部及び下部層を形成する。これらの層は、第１及び第２の活性及び／又は光活性材料２８１０及び２８１５を含む活性／光活性層に太陽放射線を通過させるのに十分な透明性を有する任意の材料、例えばガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、Kapton、石英、アルミニウム箔、金箔、及び／又は鋼など、を含むことができる。さらに、図５に示す実施形態では、電極２８０５（Ｐｔ／ＦＴＯとして示す）はカソードであり、且つ、電極２８２０はアノードである。図４に描かれる例示的な太陽電池と同様に、太陽放射線は基板層２８２５及び電極２８２０を貫通して(passes  through)活性層に入り、その際太陽放射線の少なくとも一部が吸収されて、それにより発電を可能にする１つ以上の励起子(excitons、エキシトン)を生成する。
【００１５】
いくつかの実施形態による固体状態のＤＳＳＣは、図１に示すＤＳＳＣに関して上述したものと実質的に同様の方法で構成することができる。図５に示す実施形態では、ｐ型活物質２８１０は、図１における電解質１５０３に対応し；ｎ型活性材料２８１５は、図１の色素(dye)１５０４及びＭＬの両方に対応し；電極２８０５及び２８２０はそれぞれ図１の電極層１５０２及び１５２０に対応し；且つ、基板層２８０１及び２８２５はそれぞれ基板層１５０１及び１５０７に対応する。
【００１６】
本開示の様々な実施形態は、太陽電池及び他のデバイスの様々な態様における、とりわけ、活物質（正孔輸送(hole-transport)及び／又は電子輸送層を含む）、界面層、及び全体的なデバイス設計などを含む、改善された材料及び／又は設計を提供する。
【００１７】
界面層
本開示は、いくつかの実施形態において、薄膜コート(thin-coat)ＩＦＬを含む、ＰＶ内の１以上の界面層の有利な材料及び設計を提供する。薄膜コートＩＦＬは、本明細書で論じる様々な実施形態によるＰＶの１以上のＩＦＬにおいて利用することができる。
【００１８】
先ず第１に、先に述べたように、１以上のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ  ２６２６及び２６２７のいずれか又は両方）は、自己組織化単分子膜（self-assembled  monolayer,ＳＡＭ）として、又は薄膜として、本開示の光活性有機化合物を含むことができる。本開示の光活性有機化合物がＳＡＭとして適用される場合、前記光活性有機化合物(it)は、結合基(binding  group)を含み得る。前記光活性有機化合物(it)は、前記結合基(which)を介して、アノード及びカソードのいずれか又は両方の表面に共有結合又は他の方法で結合され得る。いくつかの実施形態の結合基は、ＣＯＯＨ、ＳｉＸ３（ここで、Ｘは、３級(tertiary)ケイ素化合物、例えばＳｉ（ＯＲ）３及びＳｉＣｌ３など、を形成するのに好適ないずれの部分であり得る）、ＳＯ３、ＰＯ４Ｈ、ＯＨ、ＣＨ２Ｘ（ここで、Ｘは第１７族ハロゲン化物を含み得る）、及びＯのいずれか１以上を含んでよい。結合基は、電子求引性部分、電子供与体(donor)部分及び／又はコア部分に共有結合又は他の方法で結合され得る。結合基は、厚さが単一の分子(a  single  molecule)（又は、いくつかの実施形態では複数の(multiple)分子）の指向性の(directional)組織化層を形成するようなやり方で、電極表面に付着してもよい（例えば、複数の光活性有機化合物がアノード及び／又はカソードに結合する場合）。言及したように、ＳＡＭは共有結合相互作用を介して付着し得るが、いくつかの実施形態では、イオン性、水素結合、及び／又は分散力（すなわち、ファンデルワールス）相互作用を介して付着し得る。さらに、特定の実施形態では、露光時に、ＳＡＭが双性イオン励起状態に進入してよく、それにより、活性層から電極（例えば、アノード又はカソードのいずれか）に電荷キャリアを向けることができる高度に分極したＩＦＬを生成することができる。この増強された電荷キャリア注入は、いくつかの実施形態では、活性層の横断面を電子的にポーリングする(poling)ことにより、及び従って、それらそれぞれの電極に向かって電荷キャリアドリフト速度を増加させることにより、達成することができる（例えば、アノードに対する(to)正孔；カソードに対する電子）。いくつかの実施形態のアノード用途(applications)のための分子は、コア部分に結合した一次電子供与体部分を含む、調整可能な(tunable)化合物を含むことができる。前記コア部分(which)は次に(in  turn)電子吸引部分に結合し、前記電子吸引部分(which)は次に結合基に結合している。いくつかの実施形態によるカソード用途において、ＩＦＬ分子は、コア部分に結合した電子不十分(electron  poor)部分を含むことができる。前記コア部分(which)は次に(in  turn)電子供与体部分に結合し、前記電子供与体部分(which)は次に結合基に結合している。光活性有機化合物が、このような実施形態によるＩＦＬとして利用される場合、光活性特性を保持することができるが、いくつかの実施形態では光活性である必要はない。
【００１９】
光活性有機化合物ＳＡＭ  ＩＦＬに加えて、又はその代わりに、いくつかの実施形態によるＰＶは、このような実施形態の第１のもしくは第２の活物質いずれかの少なくとも一部にコーティングされた薄い界面層（「薄膜コート(thin-coat)界面層(interfacial  layer)」又は「薄膜コートＩＦＬ」）を含むことができる（例えば、図５に示すような第１の又は第２の活物質２８１０又は２８１５）。そして、次に(in  turn)、薄膜コートＩＦＬの少なくとも一部を染料でコーティングすることができる。薄膜コートＩＦＬは、ｎ型又はｐ型のいずれかであってもよく；いくつかの実施形態では、薄膜コートＩＦＬ(it)は、下層の(underlying)材料として同一タイプからなってよい（例えば、ＴｉＯ２又は他のメソポーラス材料、例えば第２の活物質２８１５のＴｉＯ２など）。第２の活物質は、アルミナ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）（図５には示されていない）を含む薄膜コートＩＦＬで被覆されたＴｉＯ２を含むことができ、これは次に(in  turn)色素(dye)で被覆される。本明細書におけるＴｉＯ２及び／又はチタニアの言及は、本明細書に記載されているこのようなスズ酸化物化合物中のスズと酸化物との比率を限定するものではない。すなわち、チタニア化合物は、その様々な酸化状態のうちのいずれか１以上において治安を含むことができ（例えば、チタンＩ、チタンＩＩ、チタンＩＩＩ、チタンＩＶ）、及びしたがって、様々な実施形態は、チタン及び酸化物の化学量論的及び／又は非化学量論的量(non-stoichiometric  amounts)を含むことができる。したがって、様々な実施形態は、（ＴｉＯ２の代わりに又はＴｉＯ２に加えて）ＴｉｘＯｙを含むことができ、ここでｘは１〜１００の整数又は非整数であり得る。いくつかの実施形態では、ｘは約０．５と３との間であり得る。同様に、ｙは約１．５と４との間であってもよい（及びまた、整数である必要はない）。したがって、いくつかの実施形態は、例えば、ＴｉＯ２及び／又はＴｉ２Ｏ３を含み得る。加えて、チタンと酸化物との間のあらゆる(whatever)比率又は組み合わせにおけるチタニアは、いくつかの実施形態では、アナターゼ、ルチル及びアモルファスのいずれか１以上を含む、いずれの１以上の結晶構造からなっていてよい。
【００２０】
いくつかの実施形態の薄膜コートＩＦＬで使用するための他の例示的な金属酸化物は、半導電性金属酸化物、例えばＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５又はＭｏＯ３など、を含むことができる。第２の(例えばｎ型)活物質が、Ａｌ２Ｏ３を含む薄膜コートＩＦＬで被覆されたＴｉＯ２を含む、例示的実施形態は、例えば前駆物質、例えばＡｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏなど、又はＴｉＯ２の上にＡｌ２Ｏ３を堆積し、続いて(followed  by)熱アニーリング及び色素コーティングするのに好適ないずれの他の材料で(with)形成され得る。代わりにＭｏＯ３コーティングが使用される例示的な実施形態では、当該コーティングは、Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏのような前駆物質で形成されてもよいのに対し；いくつかの実施形態によるＶ２Ｏ５コーティングは、ＮａＶＯ３などの前駆物質で形成されてもよく、；且つ、いくつかの実施形態によるＷＯ３コーティングは、ＮａＷＯ４・Ｈ２Ｏなどの前駆物質で形成することができる。前駆物質（例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏ）の濃度は、ＴｉＯ２又は他の活物質上に堆積した（ここではＡｌ２Ｏ３からなる）最終膜の厚さに影響を及ぼす可能性がある。したがって、前駆物質の濃度を変更することは、最終的な膜厚を制御することができる方法であり得る。例えば、より大きい膜厚は、より大きな前駆物質濃度に起因し得る。より大きい膜厚は、金属酸化物コーティングを含むＰＶデバイスにおいて必ずしもより大きなＰＣＥ(パワー変換効率)をもたらすとは限らない。したがって、いくつかの実施形態の１方法は、約０．５〜１０．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆物質を用いてＴｉＯ２（又は他のメソポーラス）層をコーティングすることを含むことができ、；他の実施形態は、約２．０〜６．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆物質で当該層をコーティングすることを含むことができ、；又は、又は他の実施形態では、約２．５〜５．５ｍＭである。
【００２１】
さらに、本明細書ではＡ１２Ｏ３及び／又はアルミナと称するが、アルミニウムと酸素との様々な比率がアルミナの形成において使用され得ることに留意すべきである。したがって、本明細書で論じられるいくつかの実施形態はＡ１２Ｏ３を参照して説明されるが、そのような説明は、酸素中のアルミニウムの要求される比率を規定することを意図するものではない。むしろ、実施形態は、各々がＡｌｘＯｙ（ここで、ｘは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る）に従った酸化アルミニウム比を有する、いずれの１つ以上のアルミニウム−酸化物化合物を含み得る。いくつかの実施形態において、ｘは約１と３との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１と１００と間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態において、ｙは２と４との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。加えて、様々な実施形態において、ＡｌｘＯｙの様々な結晶形態、例えばアルミナのアルファ、ガンマ、及び／又はアモルファス形態、が存在してもよい。
【００２２】
同様に、本明細書ではＭｏＯ３、ＷＯ３及びＶ２Ｏ５と称するが、代わりに、又は加えて、そのような化合物はＭｏｘＯｙ、ＷｘＯｙ及びＶｘＯｙとしてそれぞれ表すことができる。ＭｏｘＯｙ及びＷｘＯｙのそれぞれについて、ｘは、約０．５と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る；いくつかの実施形態では、ｘ(it)は約０．５と１．５との間であり得る。同様に、ｙは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｙは約１と４との間であり得る。ＶｘＯｙについて、ｘは、約０．５と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る；いくつかの実施形態では、ｘ(it)は約０．５と１．５との間であり得る。同様に、ｙは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。；特定の実施形態では、ｙ(it)は約１と１０との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。
【００２３】
同様に、本明細書のいくつかの例示的な実施形態におけるＣｓＳｎＩ３への言及は、様々な実施形態によるセシウム−スズ−ヨウ素化合物の構成元素(component  elements)の比率を限定することを意図するものではない。いくつかの実施形態は、スズ及びヨウ化物の化学量論的及び／又は非化学量論的な量を含むことができ、及びしたがって、そのような実施形態は、代わりに又は加えて、セシウム、スズ、及びヨウ素について様々な非率、例えば各々がＣｓｘＳｎｙＩｚの比率を有する、いずれか１以上のセシウム−スズ−ヨウ素化合物など、を含むことができる。このような実施形態では、ｘは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｘは約０．５と１．５との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｙは約０．５と１．５との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｚは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｚは約２．５と３．５との間であり得る。加えて、ＣｓＳｎＩ３は、ＳｎＦ２のような他の材料をドープされ又は配合されてもよい。ＣｓＳｎＩ３：ＳｎＦ２の比率は、０．１：１〜１００：１の範囲であり、その間のすべての値（整数及び非整数）を含む。
【００２４】
加えて、薄膜コートＩＦＬは、二重層を含むことができる。したがって、薄膜コートＩＦＬが金属酸化物（アルミナなど）を含む例に戻ると、薄膜コートＩＦＬは、ＴｉＯ２プラス金属酸化物を含むことができる。このような薄膜コートＩＦＬは、メソポーラスＴｉＯ２又は他の活物質単独と比較して、電荷再結合に抵抗する能力がより高いことがある。さらに、ＴｉＯ２層の形成において、本開示のいくつかの実施形態によれば、ＴｉＯ２粒子の十分な物理的相互接続を提供するために、２次ＴｉＯ２コーティングがしばしば必要である。二重層薄膜コートＩＦＬをメソポーラスＴｉＯ２（又は他のメソポーラス活物質）の上にコーティングすることは、金属酸化物とＴｉＣｌ４との両方を含む化合物を用いたコーティングの組み合わせを含みことができ、金属酸化物と２次ＴｉＯ２コーティングとの組み合わせを含む二重層薄膜コートＩＦＬをもたらし、これは、それ自身の上にいずれかの材料を使用するよりも性能の向上をもたらす可能性がある。
【００２５】
薄膜コートＩＦＬ及びこれらを前述のＴｉＯ２の上にコーティングする方法は、いくつかの実施形態では、液体電解質を含むＤＳＳＣにおいて利用することができる。したがって、薄膜コートＩＦＬの例に戻り、且つ、例えば図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、上記の薄膜コートＩＦＬをさらに含むことができる（すなわち、薄膜コートＩＦＬがメソポーラス層１５０５と色素１５０４との間に挿入されることになる）。
【００２６】
いくつかの実施形態では、ＤＳＳＣの文脈で先に議論された薄膜コートＩＦＬは、ＰＶ（例えば、ハイブリッドＰＶ又は他の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（memristor）、キャパシタ、整流器、整流アンテナ(rectifying  antennas,レクテナ)などの半導体デバイスのいずれの界面層において使用することができる。さらに、いくつかの実施形態の薄膜コートＩＦＬは、本開示で論じら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利用することができる。本開示の様々な実施形態の以下のもの：
固体正孔輸送物質及び添加剤（例えば、いくつかの実施形態では、ケノデオキシコール酸又は１，８−ジヨードオクタンなど）、
のいずれか１以上を含む（但し、これらに限定されない）。
【００２７】
添加剤
前述のように、いくつかの実施形態によるＰＶ及び他のデバイスは、添加剤（例えば、酢酸、プロパン酸、トリフルオロ酢酸、ケノデオキシコール酸、デオキシコール酸、１，８−ジヨードオクタン及び１，８−ジチオオクタンのうちいずれか１つ以上であり得る）を包含し得る。そのような添加剤は、染料浸漬の直前に前処理として利用してもよいか、又は染料と様々な比率で混合して浸漬溶液を形成することができる。これらの添加剤は、場合によっては、例えば、開いた活性部位をブロックすることにより、及び色素分子間で分子秩序を誘導することにより、色素の溶解性を高め、色素分子のクラスター化を防ぐように機能し得る。それらは、本明細書で議論されるような本開示の様々な実施形態による光活性化合物を包含する、任意の好適な染料とともに使用されてもよい。
【００２８】
ペロブスカイト材料
ペロブスカイト材料は、ＰＶ又は他のデバイスの１以上の態様に組み込むことができる。いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣｗＭｙＸｚのものであってもよく、式中、：
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｎを含む）を含み；
Ｘは１以上のアニオンを含み；且つ、
ｗ、ｙ、及びｚは、１〜２０の実数を表す。いくつかの実施形態において、Ｃは、１以上の有機カチオンを含み得る。いくつか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。特定の実施形態において、ペロブスカイト材料は式ＣＭＸ３であってもよい。
【００２９】
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基は同一又は異なる基であり得る）の有機カチオンを含み得る。好適なＲ基は、：
メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝１〜４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝０〜４２、ｚ＝１〜４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（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）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（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）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（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）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は−ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０〜２０、ｙ＝１〜４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
【００３０】
特定の実施形態では、Ｃはホルムアミジニウムであって、一般式［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋の有機カチオンを含むことができる。式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝１〜４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝０〜４２、ｚ＝１〜４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（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）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（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）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（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）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は−ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０〜２０、ｙ＝１〜４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
【００３１】
式１(Formula  1)
【化１】
2020520086.tif 000003
【００３２】
式１は、上記のような一般式［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋を有するホルムアミジニウムカチオンの構造を示す。
【００３３】
式２(Formula  2)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働き得るいくつかのホルムアミジニウムカチオンの例示的構造を示す。
【００３４】
式２
【化２】
2020520086.tif 000004
【００３５】
特定の実施形態において、Ｃは、グアニジニウムであって、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋の有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝１〜４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝０〜４２、ｚ＝１〜４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（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）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（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）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（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）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は−ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０〜２０、ｙ＝１〜４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
【００３６】
式３(Formula  3)
【化３】
2020520086.tif 000005
【００３７】
式３は、上記のような一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋を有するグアニジニウムカチオンの構造を示す。式４(Formula  4)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働くことができるいくつかのグアニジニウムカチオンの構造の例を示す。
【００３８】
式４
【化４】
2020520086.tif 000006
【化５】
2020520086.tif 000007
【００３９】
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であって、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝Ｃ（ＮＲ２）２］＋の有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝１〜４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝０〜４２、ｚ＝１〜４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（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）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（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）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（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）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は−ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０〜２０、ｙ＝１〜４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
【００４０】
式５(Formula  5)
【化６】
2020520086.tif 000008
【００４１】
式５は、上記のような一般式［（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示す。式６(Formula  6)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働くことができるいくつかのグアニジニウムカチオンの構造の例を示す。
【００４２】
式６
【化７】
2020520086.tif 000009
【化８】
2020520086.tif 000010
【００４３】
特定の実施形態において、Ｃは、イミダゾリウムカチオンであって、一般式［ＣＲＮＲＣＲＮＲＣＲ］＋の芳香族環状有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝１〜４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１〜２０、ｙ＝０〜４２、ｚ＝１〜４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（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）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（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）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（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）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は−ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０〜２０、ｙ＝１〜４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
【００４４】
式７（Formula  7）
【化９】
2020520086.tif 000011
【００４５】
いくつかの実施形態において、Ｘは、１以上のハロゲン化物を含み得る。特定の実施形態において、Ｘは、代わりに、又は加えて、第１６族のアニオンを含み得る。特定の実施形態では、第１６族のアニオンはスルフィド又はセレン化物であってもよい。特定の実施形態において、Ｘは、代わりに、又は加えて、１以上の擬ハロゲン化物(pseudohalides)（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ト酸塩、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、ジシアンアミド及びトリシアノメタニド）を含んでいてもよい。
【００４６】
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式ＣＭＸ３を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
【００４７】
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式Ｃ３Ｍ２Ｘ９を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
【００４８】
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式ＣＭ２Ｘ７を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
【００４９】
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式Ｃ２ＭＸ４を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
【００５０】
ペロブスカイト材料はまた、混合イオン配合物(formulations)も含み得る。ここで、Ｃ、Ｍ、又はＸは２つ以上の化学種、例えば、Ｃｓ０．１ＦＡ０．９ＰｂＩ３；ＦＡＰｂ０．５Ｓｎ０．５Ｉ３；ＦＡ０．８３Ｃｓ０．１７Ｐｂ（Ｉ０．６Ｂｒ０．４）３；ＦＡ０．８３Ｃｓ０．１２Ｒｂ０．０５Ｐｂ（Ｉ０．６Ｂｒ０．４）３  及び  ＦＡ０．８５ＭＡ０．１５Ｐｂ（Ｉ０．８５Ｂｒ０．１５）３；を含む。様々な実施形態によるペロブスカイト材料の例は、ＣｓＳｎＩ３（本明細書において先に論じた）及びＣｓｘＳｎｙＩｚ（ｘ、ｙ、及びｚは前述の議論に従って変化する）を包含する。他の例は、一般式ＣｓＳｎＸ３の化合物を含み、式中、Ｘは、
Ｉ３、Ｉ２．９５Ｆ０．０５；Ｉ２Ｃｌ；ＩＣｌ２；及びＣｌ３；
のいずれか１以上であり得る。他の実施形態では、Ｘは、Ｃｓ及びＳｎと比較したＸの合計比がＣｓＳｎＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｉ、Ｃｌ、Ｆ及びＢｒのいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｘを構成する元素(elements)の組み合わせた化学量論は、ＣｓｘＳｎｙＩｚに関して先に論じたＩ２と同じ規則に従うことができる。さらに他の例は、一般式ＲＮＨ３ＰｂＸ３を含み、式中、ＲはＣｎＨ２ｎ＋１であり得、ｎは０〜１０の範囲であり、且つ、Ｘは、カチオンＲＮＨ３及び金属Ｐｂと比較したＸの合計比がＲＮＨ３ＰｂＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩのいずれか１以上を含むことができる。さらに、Ｒのいくつかの具体例は、Ｈ、アルキル鎖（例えば、ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２など）及び、アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな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）を含む。
【００５１】
複合ペロブスカイト材料デバイス設計
いくつかの実施形態では、本開示は、１以上のペロブスカイト材料を含むＰＶ及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、ＦＥＴ、ＬＥＤなど）の複合設計を提供することができる。例えば、１以上のペロブスカイト材料は、いくつかの実施形態の第１の活物質及び第２の活物質（例えば、図５の活物質２８１０及び２８１５）のいずれか又は両方として役立ち得る。より一般的に言えば、本開示のいくつかの実施形態は、１以上のペロブスカイト材料を含む活性層を有するＰＶ又は他のデバイスを提供する。そのような実施形態では、ペロブスカイト材料（すなわち、いずれの１以上のペロブスカイト材料(複数可)を含む材料）を様々な構造の活性層に利用することができる。さらに、ペロブスカイト材料は、活性層（例えば、電荷輸送材料、メソポーラス材料、光活性材料、及び／又は界面材料であって、これらの各々は以下により詳しく論ずる）のいずれか１以上の構成成分の機能(複数可)を果たすことができる。いくつかの実施形態では、同一のペロブスカイト材料が複数の(multiple)このような機能を果たすことができるが、他の実施形態では、複数の(a  plurality  of)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が１以上のこのような機能を果たす。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料がどのような役割を果たすことができるかにかかわらず、ペロブスカイト材料(it)は、様々な状態のデバイス内で調製され、及び／又は存在することができる。例えば、いくつかの実施形態では、それは実質的に固体(solid、ソリッド)であってもよい。他の実施形態では、それは、溶液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料を液体に溶解し、且つ、その前記液体中に個々のイオン亜種(ionic  subspecies)で存在させることができる）。又はそれは懸濁液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料粒子）。溶液又は懸濁液は、デバイス内でにコーティング又は他の方法で堆積されてもよい（例えば、当該デバイスの別の構成要素(component)、例えばメソポーラス、界面、電荷輸送、光活性、又は他の層など、の上に、及び／又は電極の上に）。いくつか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in  situで形成されてもよい（例えば、薄膜固体として蒸着することによって）。ペロブスカイト材料を含む固体又は液体層を形成するいずれの他の好適な手段を利用することができる。
【００５２】
一般に、ペロブスカイト材料デバイスは、第１の電極と、第２の電極と、ペロブスカイト材料を含む活性層とを含み、前記活性層は、第１の電極と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される。いくつかの実施形態では、第１の電極は、アノード及びカソードのうちの一方であり得、且つ、第２の電極は、アノード及びカソードの他方であり得る。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(dye)、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、半導電性ポリマー、他の光活物質）；及び界面材料；
のいずれか１以上を含む、いずれの１つ以上の活性層成分を含むことができる。これらの活性層成分のいずれか１以上は、１以上のペロブスカイト材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、活性層成分の一部又は全部は、全体又は部分的にサブ層内に配置されてもよい。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；及び電荷輸送材料を含む電荷輸送層；
のいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、色素などの光活物質は、これらの層のいずれか１以上の上にコーティングされてもよく、又は他の方法で配置されてもよい。特定の実施形態では、いずれの１つ以上の層を液体電解質で被覆することができる。さらに、界面層は、
いくつかの実施形態によれば、活性層のいずれか２つ以上の他の層の間に、及び／又は
１つの層と１つのコーティングとの間に（例えば、色素とメソポーラス層との間に）、及び／又は
２つコーティングの間に（例えば、液体電解質と染料との間に）、及び／又は
活性層成分と電極との間に、
含めることができる。本書における複数層(layers)への言及は、どちらか一方の(either)最終的な配置(arrangement)（例えば、装置内に別個に規定可能な各材料の実質的に別個の部分）を含むことができ、及び／又は単数層(a  layer)への言及は、各層における材料(複数可)のその後の混合(intermixing)の可能性にもかかわらず、デバイスの構築中の配置(arrangement)を意味することができる。いくつかの実施形態では、複数層は別個で(discrete)あり得、且つ、実質的に連続した(contiguous)材料を含むことができる（例えば、複数層は、図１に様式的に示されているようにすることができる）。他の実施形態では、複数層は、実質的に混合されてもよい（例えば、ＢＨＪ、ハイブリッド及びいくつかのＤＳＳＣセルの場合のように）。その一例は、図４における光活性層２６１６内の第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、によって示される。いくつかの実施形態では、デバイスは、図４のデバイスによっても示されるように、これらの２種類の層の混合物を含むことができる。図４のデバイス(which)は、第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、の混合層(intermixed  layers)を含む光活性層２６１６に加えて、別個の連続層(discrete  contiguous  layers)２６２７，２６２６、及び２６２２を含む。いずれにせよ、特定の実施形態では、いずれの種類のいずれか２つ以上の層が、高い接触表面積を達成するような方法で互いに隣接して（及び／又は互いに混合して）配置されてもよい。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料を含む層は、高い接触表面積を達成するように、１つ以上の他の層に隣接して配置されてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が低い電荷移動度を示す場合）。他の実施形態では、高い接触表面積は必要でなくてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が高い電荷移動度を示す場合）。
【００５３】
いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、場合によって、１以上の基板を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の電極及び第２の電極のいずれか又は両方は、電極が実質的に基板と活性層との間に配置されるように、基板の上にコーティング又は他の方法で配置されてもよい。デバイスの構成(composition)の材料（例えば、基板、電極、活性層及び／又は活性層構成要素）は、様々な実施形態において、全体的又は部分的に剛性又は可撓性のいずれかであってもよい。いくつかの実施形態では、電極が基板として機能してもよく、それによって別個の(separate)基板の必要性が否定される。
【００５４】
さらに、特定の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、集光性(light-harvesting)材料（例えば、図２に示される例示的ＰＶにおいて描かれるような集光性層１６０１のような集光性層において）を場合によって含むことができる。加えて、ペロブスカイト材料デバイスは、本開示のいくつかの実施形態に関して上で論じた添加剤のいずれか１以上のような、いずれか１以上の添加剤を含むことができる。
【００５５】
ペロブスカイト材料デバイス装置に含めることができる様々な材料のいくつかの説明は、図７を参照して部分的に行う。図７は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス３９００の様式化された図である。デバイス３９００の様々な構成要素(components)は、連続的な材料を含む別個の層(discrete  layers)として示されているが、図７は様式化された図であることを理解すべきである。したがって、それに従った実施形態は、このような別個の層、及び／又は実質的に混合された(intermixed)、非連続層を含むことができ、本明細書で先に論じた「層(layers)」の使用法と矛盾しない。デバイス３９００は第１の基板及び第２の基板３９０１及び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、且つ、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及び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の光活性材料及び第２の光活性材料、３９０６及び３９０８；電荷輸送層３９１０、及びいくつかの界面層；を含む。図７はさらに、実施形態による例示的なデバイス３９００を示す。当該デバイスにおいて(wherein)、活性層３９５０のサブ層が界面層によって分離され、且つさらに当該デバイスにおいて(wherein)、界面層が各電極３９０２及び３９１２の上に配置される。特に、第２の界面層３９０５、第３の界面層３９０７及び第４の界面層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及び第３の電荷輸送層３９１０の各々の間に配置される。第１の界面層３９０３及び第５の界面層３９１１はそれぞれ、
（ｉ）第１の電極３９０２とメソポーラス層３９０４との間に；及び、
（ｉｉ）電荷輸送層３９１０と第２の電極３９１２との間に；
配置される。従って、図７に描かれた例示的デバイスの構造は、：
基板−電極−活性層−電極−基板
として特徴付けることができる。活性層３９５０の構造は、：
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
として特徴付けることができる。前述のように、いくつかの実施形態では、界面層が存在する必要はない。又は、１以上の界面層は、活性層の及び／又はデバイスの、特定の、但しすべてではない構成成分の間にのみ含まれていてもよい。
【００５６】
基板、例えば第１の基板３９０１及び第２の基板３９１３のいずれか又は両方は、可撓性又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放射線、可視放射線、又はＩＲ放射線など）に対して透明(transparent)又は半透明(translucent)でなければならない。１つの基板が含まれる場合、それは同様に透明又は半透明であってもよい。但し、デバイスの一部分は、ＥＭ放射線が活性層３９５０と接触することを可能にする限り、必ずしも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）；雲母；ポリマー（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）；セラミックス；布地(fabrics)（例えば、綿、絹、羊毛）；木材；ドライウォール(drywall)；金属；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。
【００５７】
前述したように、電極（例えば、図７の電極３９０２及び３９１２の一方）は、アノード又はカソードのいずれかであってもよい。いくつかの実施形態では、一方の電極はカソードとして機能することができ、且つ、他方はアノードとして機能することができる。電極３９０２及び３９１２のいずれか又は両方は、デバイス３９００への及び／又はデバイス３９００からの電荷輸送を可能にするリード線、ケーブル、ワイヤ、又は他の手段に結合され得る。電極は、いずれの導電性材料を構成し得、且つ、少なくとも１つの電極は、ＥＭ放射線に対して透明又は半透明でなければならず、及び／又はＥＭ放射を活性層３９５０の少なくとも一部と接触させることができるように配置しなければならない。好適な電極材料は、：
インジウムスズ酸化物又はスズドープド酸化インジウム（ＩＴＯ）；フッ素ドープド酸化スズ（ＦＴＯ）；酸化カドミウム（ＣｄＯ）；亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ）；アルミニウム亜鉛酸化物（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（及びその同素体）；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。
【００５８】
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）は、いずれの細孔(pore)含有材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、細孔(pores)は、約１〜約１００ｎｍの範囲の直径を有することができ、他の実施形態では、細孔直径は約２〜約５０ｎｍの範囲であり得る。好適なメソポーラス材料は、
本明細書の他の箇所で論じられているいずれの界面材料及び／又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）；上記金属のいずれか１以上の酸化物；上記金属のいずれか１以上の硫化物（例えば、アルミナ、セリア(ceria)、チタニア、酸化亜鉛、ジルコナ(zircona)など）；上記金属のいずれか１以上の窒化物；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。
【００５９】
光活性材料（例えば、図７の第１の光活性材料３９０６又は第２の光活性材料３９０８）は、いずれの光活性化合物、例えば、ケイ素（場合によっては(in  some  instances)単結晶シリコン）、テルル化カドミウム、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以上の半導電性ポリマー、及びそれらの組み合わせ、のいずれか１以上を含むことができる。特定の実施形態では、光活性材料は、代わりに、又は加えて色素（例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、他のルテニウムベースの色素）を含むことができる。いくつかの実施形態では、（いずれの組成の）色素を別の層（例えば、メソポーラス層及び／又は界面層）の上にコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、光活性材料は、１つ以上のペロブスカイト材料を含むことができる。ペロブスカイト材料含有光活性材料は、固体形態(solid  form)ものであってもよく、又はいくつかの実施形態では、ペロブスカイト材料を含む懸濁液又は溶液を含む色素の形態をとってもよい。そのような溶液又は懸濁液は、他の染料と同様の様式で他のデバイス構成要素の上にコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、固体ペロブスカイト含有材料は、いずれの好適な手段によって堆積されてもよい（例えば、蒸着、溶液堆積、固体材料の直接配置など）。様々な実施形態によるデバイスは、１，２，３又はそれ以上の光活性化合物（例えば、１，２，３又はそれ以上のペロブスカイト材料、色素、又はそれらの組み合わせ）を含み得る。複数の(multiple)色素又は他の光活性材料を含む特定の実施形態では、２以上の色素又は他の光活性材料の各々は、１以上の界面層によって分離されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の(multiple)色素及び／又は光活性化合物が少なくとも部分的に混合されて(intermixed)いてもよい。
【００６０】
電荷輸送材料（例えば、図７の電荷輸送層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(colloquially)標識された固体状態の電解質）を含むことができ、又は液体電解質及び／又はイオン性液体を含むことができる。液体電解質、イオン性液体及び固体状態の電荷輸送材料のいずれかは、電荷輸送材料と称することができる。本明細書で使用されるように、「電荷輸送材料」は、電荷キャリアを収集し、及び／又は電荷キャリアを輸送することができる、いずれの材料、固体、液体、又は他のものを指す。例えば、いくつかの実施形態によるＰＶデバイスでは、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る。電荷キャリアは、正孔(holes)（前記正孔(which)の輸送は、「正孔輸送材料」と適切に標識された通りに、電荷輸送材料を作ることができた）及び電子を含み得る。ＰＶ又は他のデバイスにおけるカソード又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依存して、正孔(Holes)はアノードに向かって、且つ、電子はカソードに向かって輸送されてよい。いくつかの実施形態による電荷輸送材料の好適な例は、：
ペロブスカイト材料；Ｉ−／Ｉ３−；Ｃｏ錯体；ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）及びその誘導体、又はＰ３ＨＴ）；カルバゾール系コポリマー、例えば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、及びその誘導体（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）；他のコポリマー、例えばポリシクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾール及びその誘導体（例えば、ＰＣＰＤＴＢＴ）；ポリ（トリアリールアミン）化合物及びその誘導体（例えば、ＰＴＡＡ）；Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ；フラーレン及び／又はフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０、ＰＣＢＭ）；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。特定の実施形態において、電荷輸送材料は、（電子又は正孔）を収集することができる、及び／又は電荷キャリアを輸送することができるいずれの材料、固体もしくは液体、を含むことができる。従って、いくつかの実施形態の電荷輸送材料は、ｎ型もしくはｐ型活物質及び／又は半導電性材料であってもよい。電荷輸送材料は、デバイスの電極の一方に近接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、電極(an  electrode)に隣接して配置することができるが、他の実施形態では、電荷輸送材料と電極との間に界面層を配置することができる（例えば図７において示すように、第５の界面層３９１１）。特定の実施形態では、電荷輸送材料のタイプは、それが近接している電極に基づいて選択することができる。例えば、電荷輸送材料が正孔を収集及び／又は輸送する場合、正孔をアノードに輸送するために、電荷輸送材料(it)は、アノードに近接していてもよい。しかし、それよりも、電荷輸送材料をカソードに近接して配置し、且つ、電子をカソードに輸送するように選択又は構成することができる。
【００６１】
前述したように、様々な実施形態によるデバイスは、いずれの２つの他の層及び／又は材料の間に界面層を場合によって含むことができるが、いくつかの実施形態によるデバイスはいずれの界面層を含む必要はない。したがって、例えば、ペロブスカイト材料デバイスは、ゼロ、１，２，３，４，５又はそれ以上の界面層を含むことができる（例えば、５つの界面層３９０３，３９０５，３９８７，３９０９及び３９１１を含む、図７の例示的デバイス）。界面層は、本明細書で以前に考察された実施形態による薄膜コート界面層を含むことができる（例えば、本明細書の他の箇所で論じたように、薄膜コート界面層に従って、アルミナ及び／又は他の金属酸化物粒子、及び／又はチタニア／金属酸化物二重層、及び／又は他の化合物を含む）。いくつかの実施形態による界面層は、２つの層もしくは材料間の電荷輸送及び／又は収集を促進するのに適したいずれの好適な材料を含むことができ；また、電荷が界面層に隣接する材料の１つから離れて移送されると、電荷再結合(recombination)の可能性(likelihood)を防止又は低減するのに役立つこともある。好適な界面材料は、：
本明細書の他の箇所で議論されるいずれのメソポーラス材料及び／又は界面材料；
Ａｌ；Ｂｉ；Ｉｎ；Ｍｏ；Ｎｉ；白金（Ｐｔ）；Ｓｉ；Ｔｉ；Ｖ；Ｎｂ；Ｚｎ；Ｚｒ；前記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）；前記金属のいずれかの硫化物；前記金属のいずれかの窒化物；官能化又は非官能化アルキルシリル基；グラファイト；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態では、組み合わされた材料の二重層(bilayers)を含む）；
のいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、界面層は、ペロブスカイト材料を含むことができる。
【００６２】
図７の様式化された表現によるデバイスは、いくつかの実施形態では、ＤＳＳＣ、ＢＨＪ、又はハイブリッド太陽電池のようなＰＶであってもよい。いくつかの実施形態では、図７によるデバイスは、並列又は直列のマルチセルＰＶ、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤ、及び／又は本明細書で論じた他のいずれのデバイスを構成してもよい。例えば、いくつかの実施形態のＢＨＪは、電極３９０２及び３９１２に対応する２つの電極と、ヘテロ接合界面において少なくとも２つの材料（例えば、活性層３９５０の材料及び／又は層のうちのいずれの２つ）を含む活性層と、を含むことができる。特定の実施形態では、他のデバイス（例えばハイブリッドＰＶバッテリ、並列又は直列マルチセル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むことができる。要するに、図７の例示的なデバイスの描写の様式化された性質は、図７は、決して図７による様々な実施形態のデバイスの許容可能な構造又はアーキテクチャを限定するものではない。
【００６３】
ペロブスカイトデバイスのさらなる、より具体的、例示的な実施形態は、例示的なデバイスのさらに様式化された描写に関して論じられるであろう。これらの描写、図８〜図９、の様式化された性質は同様に、いくつかの実施形態において、図８〜図９のいずれか１以上に従って構成され得るデバイスのタイプを限定することを意図するものではない。すなわち、図８〜図９に示すアーキテクチャは、ＢＨＪ、バッテリ、ＦＥＴ、ハイブリッドＰＶバッテリ、直列(serial)マルチセルＰＶ、並列マルチセルＰＶ、及び本開示の他の実施形態の他の同様のデバイスを、いずれの好適な手段に従って（本明細書の他の箇所で明示的に論じられたものと、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであろう他の好適な手段の両方を含む）、提供するように、適合され得る。
【００６４】
図８は、様々な実施形態による例示的なデバイス４１００を描写する。デバイス４１００は、第１のガラス基板４１０１及び第２のガラス基板４１０９を含む実施形態を示す。各ガラス基板は、その内側表面上に配置されたＦＴＯ電極を有し（それぞれ第１の電極４１０２及び第２の電極４１０８）、且つ、各電極は、その内側表面上に堆積された界面層を有する。すなわち、ＴｉＯ２第１の界面層４１０３は、第１の電極４１０２の上に堆積され、且つ、Ｐｔ第２の界面層４１０７は、第２の電極４１０８の上に堆積される。２つの界面層の間には、：
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）；及び電荷輸送層４１０６（ここではＣｓＳｎＩ３を含む）；
が挟まれている。
【００６５】
図９は、メソポーラス層を省略した例示的なデバイス４３００を描写する。デバイス４３００は、第１の界面層４３０３と第２の界面層４３０５と（それぞれチタニア及びアルミナを含む）の間に挟まれたペロブスカイト材料の光活性化合物４３０４（ＭＡＰｂＩ３を含む）を含む。チタニア界面層４３０３は、ＦＴＯ第１の電極４３０２の上にコーティングされ、前記第１の電極４３０２(which)は次に(in  turn)ガラス基板４３０１の内側表面の上に配置される。Spiro-ＯＭｅＴＡＤ電荷輸送層４３０６は、アルミナ界面層４３０５の上にコーティングされ、そして、金の第２の電極４３０７の内側表面の上に配置される。
【００６６】
本開示の恩恵を受ける当業者には明らかなように、様々な他の実施形態が可能である。例えば、複数の光活性層を有するデバイス(図７の例示的デバイスの光活性層３９０６及び３９０８により例示されるように)。いくつかの実施形態では、上に論じたように、各光活性層は、界面層によって分離されてもよい（図７の第３の界面層３９０７によって示されるように）。さらに、メソポーラス層を電極の上に配置してもよい。例えば、図７に示されるように、メソポーラス層３９０４は第１の電極３９０２の上に配置される。図７は、２つの間に介在する介在界面層３９０３を描写するが、いくつかの実施形態では、メソポーラス層は電極の上に直接配置されることができる。
【００６７】
追加のペロブスカイト材料デバイスの例
他の例示的ペロブスカイト材料デバイスアーキテクチャは、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであろう。例は、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）固体状態の電荷輸送材料−ペロブスカイト材料；
（７）固体状態の電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層；
（８）固体状態の電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層；
（９）固体状態の電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層；及び
（１０）固体状態の電荷輸送材料−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挙げられるが、これらに限定されない。各例示アーキテクチャの個々の成分（例えば、メソポーラス層、電荷輸送材料など）は、各成分について上の考察に従うことができる。さらに、各例示的なアーキテクチャについては、以下でより詳細に論ずる。
【００６８】
上述の活性層のいくつかの特定の例として、いくつかの実施形態では、活性層は、液体電解質、ペロブスカイト材料、及びメソポーラス層を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、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、を有することができる。いずれの液体電解質が好適であってよく、且つ、いずれのメソポーラス層（例えば、ＴｉＯ２）が好適であってよい。いくつかの実施形態では、ペロブスカイト材料は、メソポーラス層の上に堆積され、且つ、その上に液体電解質で被覆されてもよい。いくつかのこのような実施形態のペロブスカイト材料は、少なくとも部分的に色素として作用し得る（したがって、それは光活性であり得る）。
【００６９】
他の実施形態において、活性層は、ペロブスカイト材料、色素、及びメソポーラス層を含むことができる。これらの実施形態の特定の活性層は、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、を有することができる。色素は、メソポーラス層の上にコーティングされてもよく、且つ、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の上に配置されてもよい。これらの実施形態のあるものでは、ペロブスカイト材料は正孔輸送材料として機能することができる。
【００７０】
さらに他の例示的な実施形態では、活性層は、第１のペロブスカイト材料、第２のペロブスカイト材料、及びメソポーラス層を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、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のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料は、それぞれ同一のペロブスカイト材料(複数可)を含むことができ、又はそれらは異なるペロブスカイト材料を含むことができる。第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料のいずれかは、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のペロブスカイト材料及び／又は第２のペロブスカイト材料は、少なくとも一部が色素として機能し得る）。
【００７１】
特定の例示的な実施形態では、活性層は、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、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、を有することができる。第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料は、それぞれ同一のペロブスカイト材料(複数可)を含んでいてもよいし、又はそれらは異なるペロブスカイト材料を含んでいてもよい。第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料のいずれかは、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のペロブスカイト材料及び／又は第２のペロブスカイト材料は、少なくとも一部が色素として機能し得る）。さらに、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料のいずれかは、正孔輸送材料として機能することができる。いくつかの実施形態では、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料の一方が電子輸送材料として機能し、且つ、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料の他方が色素として機能する。いくつかの実施形態では、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料は、例えば、図５において、第１の活物質２８１０及び第２の活物質２８１５についてそれぞれ示される配置(又は、図４において、ｐ型材料２６１８及びｎ型材料２６２９により、同様に示される)において、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との間に高い界面面積を達成するやり方で、活性層内に配置されてよい。
【００７２】
さらなる例示的な実施形態では、活性層は、第１のペロブスカイト材料、色素、及び第２のペロブスカイト材料を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、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、を有することができる。第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料のいずれかが電荷輸送材料として機能し、且つ、第１のペロブスカイト材料及び第２のペロブスカイト材料の他方が色素として機能し得る。いくつかの実施形態では、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両方が、少なくとも部分的にオーバーラップし、類似の、及び／又は同一の機能を果たしてもよい（例えば、両方が色素として働くことができ、及び／又は両方が正孔(hole)輸送材料として働くことができる）。
【００７３】
いくつかの他の例示的な実施形態では、活性層は、固体状態の電荷輸送材料及びペロブスカイト材料を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、実質的に、アーキテクチャ：  固体状態の電荷輸送材料−ペロブスカイト材料、を有することができる。例えば、ペロブスカイト材料及び固体状態の電荷輸送材料は、例えば、図５において、第１の活物質２８１０及び第２の活物質２８１５についてそれぞれ示される配置(又は、図４において、ｐ型材料２６１８及びｎ型材料２６２９により、同様に示される)において、高い界面面積を達成するやり方で、活性層内に配置されてよい。
【００７４】
他の例示的な実施形態では、活性層は、固体状態の電荷輸送材料、色素、ペロブスカイト材料、及びメソポーラス層を含むことができる。これらの実施形態のあるものの活性層は、実質的に、アーキテクチャ：  固体状態の電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層、を有することができる。これらの実施形態の特定の他のものの活性層は、実質的に、アーキテクチャ：  固体状態の電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層、を有することができる。ペロブスカイト材料は、いくつかの実施形態では、第２の色素として働くことができる。ペロブスカイト材料は、このような実施形態では、このような実施形態の活性層を含むＰＶ又は他のデバイスによって吸収される可視光のスペクトルの幅(breadth)を広げることができる。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料は、また、又はその代わりに、色素とメソポーラス層との間の界面層として、及び／又は色素と電荷輸送材料との間の界面層としても機能し得る。
【００７５】
いくつかの例示的な実施形態において、活性層は、液体電解質、色素、ペロブスカイト材料、及びメソポーラス層を含み得る。これらの実施形態のあるものの活性層は、実質的に、アーキテクチャ：  固体状態の電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メソポーラス層、を有することができる。これらの実施形態の特定の他の活性層は、実質的に、アーキテクチャ：  固体状態の電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メソポーラス層、を有することができる。ペロブスカイト材料は、光活性材料、界面層、及び／又はそれらの組み合わせとして機能することができる。
【００７６】
いくつかの実施形態は、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、いくつかの実施形態のＢＨＪは、光活性層（例えば、図３の光活性層２４０４）を含むことができ、１以上のペロブスカイト材料を含めることができる。このようなＢＨＪの光活性層はまた、又はその代わりに、ＤＳＳＣ活性層に関して上で論じた上に列挙した例示的な構成成分のいずれか１以上を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、ＢＨＪ光活性層は、上で論じたＤＳＳＣ活性層の例示的実施形態のいずれか１つによるアーキテクチャを有してもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、任意のＰＶ又は他の同様のデバイスは、上述の組成物及び／又はアーキテクチャのいずれの１つ又は複数による活性層を包含することができる。別の例示的な実施形態として、ペロブスカイト材料を包含する含む活性層は、多重光活性層ＰＶセル、例えば、図６の様式化された図に示される例示的なセルの第１及び第２の光活性層３７０１及び３７０５のいずれか又は両方、に含まれてもよい。ペロブスカイト材料を有する活性層を包含するそのような多光活性層ＰＶセルは、一連の電気的に結合された多光活性層ＰＶセル内にさらに組み込まれ得る。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本明細書で論じるＰＶ又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、活性層への包含に好適であるとして本明細書でも議論される様々な追加材料のいずれかをさらに含む。例えば、ペロブスカイト材料を含むいずれの活性層は、本明細書で論じる様々な実施形態による界面層をさらに含むことができる（例えば、薄膜コート界面層など）。さらなる例として、ペロブスカイト材料を含む活性層は、図２に示される例示的ＰＶにおいて描写されるような集光性層１６０１のような集光性層をさらに含むことができる。
【００７９】
ペロブスカイト材料活性層の配合(formulation)
前述のように、いくつかの実施形態では、ペロブスカイト材料は、一般式ＣｗＭｙＸｚであり得、ここで：Ｃは、１つ又は複数のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物）を含む；Ｍは、１つ又は複数の金属を含む（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、及びＺｎを包含する例）；Ｘは１つ又は複数のアニオンを含む；ｗ、ｙ、及びｚは、１から２０の間の実数を表す。いくつかの実施形態では、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、
式中、Ｃは、１以上のカチオン（例えば、アミン、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（例えばＦｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒ）を含み；且つ、
Ｘ及びＸ’は、１以上のアニオンを含む。
一実施形態では、ペロブスカイト材料はＣＰｂＩ３−ｙＣｌｙを含むことができる。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料は、記載されたステップを使用して、基板層上に、例えばドロップキャスティング、スピンキャスティング、グラビアコーティング、ブレードコーティング、リバースグラビアコーティング、スロットダイ印刷、スクリーン印刷、又はインクジェット印刷によって、ＰＶデバイスにおける活性層として堆積され得る。
【００８０】
まず、鉛ハロゲン化物前駆体インクが形成される。ある量のハロゲン化鉛をグローブボックス内部の清潔で乾燥したバイアル内に集めることができる（すなわち、グローブ(glove)を含む丸窓(portholes,ポートホール)を備えた制御された大気(atmosphere)ボックスは、空気のない環境での材料操作を可能にする）。好適なハロゲン化鉛は、ヨウ化鉛（ＩＩ）、臭化鉛（ＩＩ）、塩化鉛（ＩＩ）、及びフッ化鉛（ＩＩ）を含むが、これらに限定されない。鉛ハロゲン化物は、鉛ハロゲン化物の単一化学種を含むことができ、又は鉛ハロゲン化物混合物を正確な比で含むことができる。特定の実施形態において、鉛ハロゲン化物混合物は、０．００１〜１００モル％のヨウ化物、臭化物、塩化物又はフッ化物のいずれの２元、３元又は４元の比を含み得る。一実施形態では、鉛ハロゲン化物混合物は、塩化鉛（ＩＩ）及びヨウ化鉛（ＩＩ）を約１０：９０  ｍｏｌ：ｍｏｌの比率で含んでよい。他の実施形態では、ハロゲン化鉛混合物は、塩化鉛（ＩＩ）及びヨウ化鉛（ＩＩ）を約５：９５、約７．５：９２．５、又は約１５：８５  ｍｏｌ：ｍｏｌの比率で含んでもよい。
【００８１】
次に、鉛固体を溶解させて、鉛ハロゲン化物前駆体インクを形成するために、溶媒を前記バイアルに添加することができる。好適な溶媒は、乾燥(dry)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（ＤＭＦ）、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、及びこれらの組み合わせ、を含むが、但しこれらに限定されない。一実施形態では、鉛固形分(solids)を乾燥ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解する。鉛固形分は、約２０℃〜約１５０℃の間の温度で溶解することができる。一実施形態では、鉛固形分は約８５℃で溶解される。鉛固形分は、溶液を形成するのに必要な長さの時間だけ溶解することができ、これは約７２時間までの時間にわたって行うことができる。得られた溶液はハロゲン化鉛前駆体インクのベースを形成する。いくつかの実施形態において、ハロゲン化鉛前駆体インクは、約０．００１Ｍと約１０Ｍとの間のハロゲン化鉛濃度を有し得る。一実施形態では、ハロゲン化鉛前駆体インクは、約１Ｍのハロゲン化鉛濃度を有する。いくつかの実施形態では、ハロゲン化鉛前駆体インクは、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）、アミノ酸ハロゲン化水素酸塩(hydrohalide)（例えば、５−アミノ吉草酸塩酸塩）、ＩＦＬ表面変性（ＳＡＭ）剤（本明細書において先に論じたものなど）、又はそれらの組み合わせを、さらに含むことができる。
【００８２】
次いで、鉛ハロゲン化物前駆体インクを所望の基板の上に堆積させることができる。好適な基板層は、本開示において先に特定された基板層のいずれかを含み得る。上述したように、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、様々な手段（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、又はインクジェット印刷を含むが、これに限定されない）によって付着させることができる。特定の実施形態において、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約５秒〜約６００秒の期間、約５００ｒｐｍ〜約１０，０００ｒｐｍの速度で、基板の上にスピンコートすることができる。一実施形態では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約３０秒間、約３０００ｒｐｍで、基板の上にスピンコートすることができる。鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約０％の相対湿度〜約５０％の相対湿度の湿度範囲において、周囲雰囲気で基板の上に堆積させることができる。次いで、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、薄膜を形成させるため、実質的に水を含まない雰囲気、すなわち２０％未満の相対湿度で乾燥させることができる。
【００８３】
次いで、薄膜は、約２０℃〜約３００℃の温度で、約２４時間までの期間にわたって熱アニールすることができる。一実施形態では、薄膜は、約５０℃の温度で、約１０分間、熱アニールすることができる。ペロブスカイト材料活性層は、次いで、変換プロセスにより完成させることができる。前記変換プロセス(which)において、前駆体フィルムは、溶媒もしくは溶媒混合物（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）と、０．００１Ｍ〜１０Ｍの濃度における塩（例えばヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジニウム、ヨウ化グアニジニウム、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）と、を含む溶液に浸漬され、又は溶液でリンスされる。特定の実施形態では、薄膜はまた、このパラグラフの第１行と同じ方法で熱的にポストアニールすることができる。
【００８４】
別の実施形態では、ペロブスカイト材料は、Ｃ’ＣＰｂＸ３を含むことができ、ここで、Ｃ’は、１つ以上の１族金属（すなわち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）である。特定の実施形態において、Ｍ’はセシウム（Ｃｓ）であってもよい。別の実施形態において、Ｃ’はルビジウム（Ｒｂ）であってもよい。別の実施形態において、Ｃ’はナトリウム（Ｎａ）であってもよい。別の実施形態において、Ｃ’はカリウム（Ｋ）であってもよい。さらに他の実施形態において、ペロブスカイト材料はＣ‘ｖＣｗＰｂｙＸｚを含むことができ、ここで、Ｃ’は１つ以上の１族金属であり、ｖ、ｗ、ｙ、及びｚは１から２０の間の実数を表す。特定の実施形態において、前記ペロブスカイト材料はＰＶデバイスの活性層として、例えば、以下に記載の手順を使用して基板層にドロップキャスティング、スピンキャスティング、グラビアコーティング、ブレードコーティング、リバースグラビアコーティング、スロットダイ印刷、スクリーン印刷、又はインクジェット印刷により堆積以することができる。
【００８５】
最初に、ハロゲン化鉛溶液が形成される。一定量のハロゲン化鉛は、制御された雰囲気環境の清潔で乾燥した容器にまとめてよい。好適なハロゲン化鉛には、ヨウ化鉛（ＩＩ）、臭化鉛（ＩＩ）、塩化鉛（ＩＩ）、及びフッ化鉛（ＩＩ）が含まれるが、これらに限定されない。ハロゲン化鉛は、単一種のハロゲン化鉛を含んでもよく、又は正確な比率のハロゲン化鉛混合物を含んでもよい。一実施形態において、ハロゲン化鉛はヨウ化鉛（ＩＩ）を含んでもよい。特定の実施形態において、前記ハロゲン化鉛混合物は、０．００１〜１００モル％のヨウ化物、臭化物、塩化物、又はフッ化物のいずれの二元、三元、又は四元比率を含んでもよい。一実施形態において、前記ハロゲン化鉛混合物は、塩化鉛（ＩＩ）及びヨウ化鉛（ＩＩ）を約１０：９０モル：モルの比率で含むことができる。他の実施形態において、前記ハロゲン化鉛混合物は、塩化鉛（ＩＩ）及びヨウ化鉛（ＩＩ）を約５：９５、約７．５：９２．５、又は約１５：８５モル：モルの比率で含むことができる。
【００８６】
あるいは、鉛塩溶液を形成するために、他の鉛塩前駆体をハロゲン化鉛塩と共に、又はその代わりに使用してもよい。好適な前駆体鉛塩は、鉛（ＩＩ）又は鉛（ＩＶ）と以下のアニオンとのいずれの組み合わせを含むことができる。：
硝酸、亜硝酸、カルボン酸、酢酸、ギ酸、オキシレート、硫酸、亜硫酸、チオ硫酸、リン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、テトラ（ペルフルオロフェニル）ホウ酸、水素化物、酸化物、過酸化物、水酸化物、窒化物、ヒ酸、亜ヒ酸、過塩素酸、炭酸、重炭酸、クロム酸、重クロム酸、ヨウ素酸、臭素酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸、次亜臭素酸、シアン化物、シアン酸、イソシアネート、フルミン酸、チオシアン酸、イソチオシアン酸、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、及び過マンガン酸。
【００８７】
鉛塩溶液は、前述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、及びＺｒ、に対して０から１００％のモル比で鉛（ＩＩ）又は鉛（ＩＶ）塩をさらに含んでもよい。
【００８８】
次に、溶媒を容器に添加してハロゲン化鉛固体を溶解し、ハロゲン化鉛溶液を形成することができる。好適な溶媒には、乾燥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（ＤＭＦ）、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、及びそれらの組み合わせ、が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、鉛固体は乾燥ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解される。ハロゲン化鉛固体は、約２０℃〜約１５０℃の温度で溶解する。一実施形態において、ハロゲン化鉛固体は約８５℃で溶解する。ハロゲン化鉛固体は、溶液を形成するのに必要な限り溶解することができ、これは、約７２時間までの期間にわたって起こり得る。得られた溶液は、ハロゲン化鉛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、ハロゲン化鉛前駆体インクは、約０．００１Ｍから約１０Ｍの間のハロゲン化鉛濃度を有し得る。一実施形態において、ハロゲン化鉛前駆体インクは、約１Ｍのハロゲン化鉛濃度を有する。いくつかの実施形態において、ハロゲン化鉛溶液は、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）、アミノ酸ハロゲン化水素（例えば、５−アミノ吉草酸塩酸塩）、ＩＦＬ表面改質（ＳＡＭ）剤（本明細書で前述したものなど）、又はそれらの組み合わせ、をさらに含むことができる。
【００８９】
次に、１族金属ハロゲン化物溶液が形成される。一定の量の１族金属ハロゲン化物を、制御された雰囲気環境の清潔で乾燥した容器にまとめてよい。好適な１族金属ハロゲン化物には、ヨウ化セシウム、臭化セシウム、塩化セシウム、フッ化セシウム、ヨウ化ルビジウム、臭化ルビジウム、塩化ルビジウム、フッ化ルビジウム、ヨウ化リチウム、臭化リチウム、塩化リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、フッ化カリウム、が含まれるが、これらに限定されない。１族金属ハロゲン化物は、単一種の１族金属ハロゲン化物を含んでもよいか、又は正確な比率で１族金属ハロゲン化物混合物を含んでもよい。一実施形態において、１族金属ハロゲン化物はヨウ化セシウムを含んでもよい。別の実施形態において、１族金属ハロゲン化物はヨウ化ルビジウムを含んでもよい。別の実施形態において、１族金属ハロゲン化物はヨウ化ナトリウムを含んでもよい。別の実施形態において、１族金属ハロゲン化物はヨウ化カリウムを含んでもよい。
【００９０】
あるいは、他の１族金属塩前駆体を１族金属ハロゲン化物塩と組み合わせて、又は１族金属ハロゲン化物塩の代わりに使用して、１族金属塩溶液を形成することができる。好適な前駆体１族金属塩は、１族金属と以下のアニオンとのいずれの組み合わせを含むことができる。：  硝酸、亜硝酸、カルボン酸、酢酸、ギ酸、オキシレート、硫酸、亜硫酸、チオ硫酸、リン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、テトラ（ペルフルオロフェニル）ホウ酸、水素化物、酸化物、過酸化物、水酸化物、窒化物、ヒ酸、亜ヒ酸、過塩素酸、炭酸、重炭酸、クロム酸、重クロム酸、ヨウ素酸、臭素酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸、次亜臭素酸、シアン化物、シアン酸、イソシアネート、フルミン酸、チオシアン酸、イソチオシアン酸、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、及び過マンガン酸。
【００９１】
次に、溶媒を容器に加えて、１族金属ハロゲン化物固体を溶解し、１族金属ハロゲン化物溶液を形成することができる。好適な溶媒には、乾燥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（ＤＭＦ）、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、及びそれらの組み合わせ、が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、鉛固体は乾燥ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶解される。１族金属ハロゲン化物固体は、約２０℃〜約１５０℃の温度で溶解する。一実施形態において、１族金属ハロゲン化物固体は室温（すなわち、約２５℃）で溶解される。１族金属ハロゲン化物固体は、溶液を形成するのに必要な限り溶解することができ、これは約７２時間までの期間にわたって起こり得る。得られた溶液は、１族金属ハロゲン化物溶液を形成する。いくつかの実施形態において、１族金属ハロゲン化物溶液は、約０．００１Ｍから約１０Ｍの間の１族金属ハロゲン化物濃度を有し得る。一実施形態において、１族金属ハロゲン化物溶液は、約１Ｍの１族金属ハロゲン化物濃度を有する。いくつかの実施形態において、１族金属ハロゲン化物溶液は、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）、アミノ酸ハロゲン化水素（例えば、５−アミノ吉草酸塩酸塩）、ＩＦＬ表面改質（ＳＡＭ）剤（本明細書で前述したものなど）、又はそれらの組み合わせ、をさらに含むことができる。
【００９２】
次に、ハロゲン化鉛溶液及び１族金属ハロゲン化物溶液を混合して、薄膜前駆体インクを形成する。得られた薄膜前駆体インクがハロゲン化鉛のモル濃度の０％と２５％の間である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有するような比率で、ハロゲン化鉛溶液と１族金属ハロゲン化物溶液を混合してもよい。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の１％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。特定の実施形態では、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の５％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の１０％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の１５％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の２０％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、ハロゲン化鉛のモル濃度の２５％である１族金属ハロゲン化物のモル濃度を有し得る。いくつかの実施形態において、ハロゲン化鉛溶液及び１族金属ハロゲン化物溶液は、混合中又は混合後に攪拌されてもよいか、又は揺り動かされてもよい。
【００９３】
次に、薄膜前駆体インクを所望の基板上に堆積させることができる。好適な基板層は、本開示で先に特定された基板層のいずれかを包含し得る。上記のように、薄膜前駆体インクは、ドロップキャスティング、スピンキャスティング、グラビアコーティング、ブレードコーティング、リバースグラビアコーティング、スロットダイ印刷、スクリーン印刷、又はインクジェット印刷を包含するが、これらに限定されない、様々な手段を介して堆積されてよい。特定の実施形態において、薄膜前駆体インクは、約５秒から約６００秒の期間、約５００ｒｐｍから約１０，０００ｒｐｍの速度で基板上にスピンコートされてもよい。一実施形態において、薄膜前駆体インクは、約３０００ｒｐｍで約３０秒間、基板上にスピンコートされてもよい。薄膜前駆体インクは、約０％の相対湿度から約５０％の相対湿度の湿度範囲内の周囲雰囲気で基板上に堆積されてもよい。次いで、薄膜前駆体インクは、実質的に水を含まない雰囲気、すなわち、２０％未満の相対湿度で乾燥させて、薄膜を形成することができる。
【００９４】
次に、薄膜は、約２０℃から約３００℃の温度で、最大約２４時間、熱アニールすることができる。一実施形態において、薄膜は、約５０℃の温度で約１０分間熱アニールされてもよい。ペロブスカイト材料の活性層は、次いで、前駆体フィルムを０．００１Ｍから１０Ｍの間の濃度の溶媒又は溶媒（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）と塩（例えば、ヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジニウム、ヨウ化グアニジニウム、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）の混合物を含む塩溶液で浸漬又はリンスする変換プロセスにより、完成させることができる。特定の実施形態において、ペロブスカイト材料薄膜は、この段落の最初の行と同じ方法で熱的にポストアニールすることもできる。
【００９５】
いくつかの実施形態において、塩溶液は、制御された雰囲気環境の清潔で乾燥した容器内で塩を固めること(massing)により調製され得る。好適な塩には、ヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジニウム、ヨウ化グアニジニウム、ヨウ化イミダゾリウム、ヨウ化エテンテトラミン、ヨウ化１，２，２−トリアミノビニルアンモニウム、及び５−アミノ吉草酸ヨウ化水素酸塩、が含まれるが、これらに限定されない。他の好適な塩には、「ペロブスカイト材料」という表題のセクションで上述したいずれの有機カチオンが含まれてもよい。塩は、単一種の塩を含んでもよいか、又は正確な比率の塩混合物を含んでもよい。一実施形態において、塩はヨウ化メチルアンモニウムを含んでもよい。別の実施形態において、塩はヨウ化ホルムアミジニウムを含んでもよい。次に、溶媒を容器に加えて塩固形物を溶解し、塩溶液を形成してもよい。好適な溶媒には、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、及びそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、ヨウ化ホルムアミジニウム塩固体はイソプロパノールに溶解される。塩の固体は、約２０℃〜約１５０℃の温度で溶解されてよい。一実施形態において、塩の固体は室温（すなわち、約２５℃）で溶解される。塩固体は、溶液を形成するのに必要な限り溶解することができ、これは約７２時間までの期間にわたって起こり得る。得られた溶液は塩溶液を形成する。一部の実施形態において、塩溶液は、約０．００１Ｍから約１０Ｍの間の塩濃度を有し得る。一実施形態において、塩溶液は約１Ｍの塩濃度を有する。
【００９６】
例えば、上記のプロセスをヨウ化鉛（ＩＩ）溶液、ヨウ化セシウム溶液、及びヨウ化メチルアンモニム（ＭＡ）塩溶液とともに使用すると、ＣｓｉＭＡＰｂＩ３の式を有するペロブスカイト材料が得られ、ここでｉは０〜１の数値である。別の例として、ヨウ化鉛（ＩＩ）溶液、ヨウ化ルビジウム溶液、ヨウ化ホルムアミジニウム（ＦＡ）塩溶液を使用すると、ＲｂｉＦＡＰｂＩ３の式を持つペロブスカイト材料が得られ、ここでｉは０〜１の数値である。別の例として、ヨウ化鉛（ＩＩ）溶液、ヨウ化セシウム溶液、及びヨウ化ホルムアミジニウム（ＦＡ）塩溶液を使用すると、ＣｓｉＦＡＰｂＩ３の式を持つペロブスカイト材料が得られることがあり、ここでｉは０〜１の数値である。別の例として、ヨウ化鉛（ＩＩ）溶液、ヨウ化カリウム溶液、及びヨウ化ホルムアミジニウム（ＦＡ）塩溶液を使用すると、ＫｉＦＡＰｂＩ３の式を持つペロブスカイト材料が得られる場合があり、ここでｉは０〜１の数値である。別の例として、ヨウ化鉛（ＩＩ）溶液、ヨウ化ナトリウム溶液、及びホルムアミジニウム（ＦＡ）ヨウ化物塩溶液を使用すると、ＮａｉＦＡＰｂＩ３の式を持つペロブスカイト材料が得られる場合があり、ここでｉは０〜１の数値である。別の例として、ヨウ化鉛（ＩＩ）と塩化鉛（ＩＩ）の混合溶液、ヨウ化セシウム溶液、及びホルムアミジニウム（ＦＡ）ヨウ化物塩溶液を使用すると、ＣｓｉＦＡＰｂＩ３−ｙＣＬｙの式を持つペロブスカイト材料が得られる場合があり、ここでｉは０〜１の数値であり、ｙは０〜３の数値を表す。
【００９７】
したがって、本発明は、上述した目的及び利点ならびにその中に内在する利点を達成するためによく適合する。上述した特定の実施形態は、本発明の教示の利益を有する当業者には明らかであるが、異なるが同等の方法で修正され実施されるので、例示に過ぎない。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されている以外の、本明細書に示された構成又は設計の詳細については、制限が意図されていない。したがって、上に開示した特定の例示的な実施形態は、変更又は修正されてもよく、そのような変更形態はすべて、本発明の範囲及び趣旨内にあると考えられることは明らかである。特に、本明細書に開示されている値のあらゆる範囲（「約(about)ａ〜約(about)ｂ」又は同等に「約(approximately)ａ〜約(approximately)ｂ」又は同等に「約(approximately)ａ〜ｂ」）は、それぞれの範囲の値のべき集合(power  set)（すべての部分集合(subset)の集合(set)）を意味し、且つ、より広い範囲の値に含まれるすべての範囲を示すものと理解すべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権者によって明白かつ明確に定義されていない限り、明白で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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【国際調査報告】
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