Фотовольтаическое устройство с перовскитным фотоактивным слоем и неорганическим пассивирующим покрытием на основе галогенидов металлов и способ изготовления этого устройства

1. Фотовольтаическое устройство следующей конструкции:
где
слои 0 и 7 являются технологическими и обозначают подложку, на которой формируются функциональные компоненты солнечной батареи, или барьерный слой, защищающий устройство от механических воздействий, а также от влияния кислорода и влаги воздуха, причем по крайней мере один из слоев 0 или 7 должен быть прозрачен по отношению к излучению видимого (400-900 нм) спектрального диапазона (пропускание не хуже 80%);
слои 1 и 6 обозначают электроды, которые собирают положительные (дырки) и отрицательные (электроны) носители зарядов, которые генерируются в фотовольтаическом устройстве под действием света, причем хотя бы один из слоев 1 или 6 должен быть прозрачным (полупрозрачным) для излучения видимого спектрального диапазона (400-900 нм): как правило, пропускание света в видимом спектральном диапазоне для полупрозрачного электрода составляет не менее 80%;
слои 2 и 5 являются зарядово-транспортными и предназначены для селективного извлечения (экстракции) лишь одного типа носителей заряда (дырки или электрона) и его переноса к соответствующему электроду;
слой 3 обозначает фотоактивный слой на основе полупроводникового материала с перовскитной структурой, обеспечивающий поглощение света и генерацию носителей зарядов;
2
2
2
2
2
2
3
3
слой 4 обозначает неорганическое пассивирующее покрытие на основе галогенидов металлов из числа MgI, CaI, SrI, BaI, YbI, DyI, TbI и YI или их произвольной комбинации. В случае использования многокомпонентного пассивирующего покрытия, его компоненты могут наноситься в любой последовательности, в любом соотношении, представлять собой однородную или неоднородную смесь, либо многослойную структуру, выращиваться в виде компактных пленок или осаждаться в виде коллоидных наночастиц; помимо описанных слоев 0-7, конструкция солнечной батареи может содержать дополнительные защитные слои, препятствующие воздействию влаги и кислорода воздуха на указанные выше функциональные слои, входящие в структуру солнечной батареи, или другие компоненты, не изменяющие принцип функционирования устройства, но расширяющие его функционал или адаптирующие применительно к конкретному варианту использования.
2. Фотовольтаическое устройство по п. 1, в котором толщина пассивирующего покрытия (4) составляет от 0.1 до 20 нм.
3. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1, 2, которое реализовано в p-i-n конфигурации, т.е. слои 0 и 1 являются полупрозрачными, электрод (1) является дырочно-собирающим, слой (2) является дырочно-селективным, слой (5) является электрон-селективным, а электрод (6) является электрон-собирающим; пассивирующий слой (4) технологически наносится после поверх фотоактивного слоя (3) в процессе изготовления фотовольтаического устройства.
4. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1, 2, которое реализовано в n-i-p конфигурации, т.е. слои 0 и 1 являются полупрозрачными, электрод (1) является электрон-собирающим, слой (2) является электрон-селективным, слой (5) является дырочно-селективным, а электрод (6) является дырочно-собирающим; пассивирующий слой (4) технологически наносится после поверх фотоактивного слоя (3) в процессе изготовления фотовольтаического устройства.
2
2
2
2
2
3
3
5. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе галогенидов металлов из числа MgI, CaI, BaI, YbI, DyI, TbI и YI или их произвольной комбинации.
2
2
2
2
3
6. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе галогенидов металлов из числа MgI, CaI, BaI, DyI, и YI или их произвольной комбинации.
2
2
3
7. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе галогенидов металлов из числа CaI, BaI и YI или их произвольной комбинации.
2
8. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе CaI.
2
9. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе BaI.
2
10. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе SrI.
3
11. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе YI.
2
12. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе YbI.
2
13. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе DyI.
2
14. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе MgI.
3
15. Фотовольтаическое устройство по любому из п. 3, 4, в котором неорганическое пассивирующее покрытие (4) изготовлено на основе TbI.
16. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1-15, в котором толщина неорганического пассивирующего покрытия (4) находится в пределах от 0.5 до 5 нм.
3
17. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1-16, в котором фотоактивный перовскитный слой (3) представлен йодоплюмбатом метиламмония MAPbI;
3
18. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1-16, в котором фотоактивный перовскитный слой (3) представлен йодоплюмбатом формамидиния FAPbI;
x
1-x
3
x
y
1-x-y
3
19. Фотовольтаическое устройство по любому из пп. 1-16, в котором фотоактивный перовскитный слой (3) представлен смешанным йодоплюмбатом цезия и формамидиния CsFAPbI, где х находится в пределах от 0.01 до 0.99, или смешанным йодоплюмбатом цезия, метиламмония и формамидиния CsMAFAPbI, где х находится в пределах от 0.01 до 0.99, у находится в пределах 0.01 до 0.15, а сумма (х+у)<1.
20. Способ изготовления фотовольтаического устройства по любому из пп. 1-19, включающий формирование всех функционально-активных слоев известными из текущего состояния науки и техники методами, и отличающийся тем, что поверх фотоактивного перовскитного слоя (3) наносится пассивирующий слой (4) на основе соответствующих йодидов металлов путем их термического резистивного испарения в вакууме и/или атмосфере инертного газа.
-10
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что процесс формирования слоя (4) проводят при давлении от 10 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст.
22. Способ по любому из пп. 20, 21, отличающийся тем, что процесс формирования слоя (4) проводят в присутствии инертных газов: азота или аргона или их смеси.
23. Способ по любому из пп. 20-22, отличающийся тем, что в процессе формирования слоя (4) проводят соиспарение двух или более из обозначенных йодидов металлов;
24. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что слой (4) формируется из двух или более подслоев разного химического состава;
25. Способ изготовления фотовольтаического устройства по любому из пп. 1-19, включающий формирование всех функционально-активных слоев известными из текущего состояния науки и техники методами, и отличающийся тем, что поверх фотоактивного перовскитного слоя (3) наносится пассивирующий слой (4) на основе соответствующих йодидов металлов известными растворными методами (например, методом щелевой экструзии) из растворителя, не повреждающего фотоактивный слой (3).