鈣鈦礦和其它太陽(yáng)能電池材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏器件，例如太陽(yáng)能電池、混合太陽(yáng)能電池?電池組和其它此類器件，其可以包括布置在兩個(gè)電極之間的活性層，所述活性層具有鈣鈦礦材料和其它材料，例如介孔材料、界面層、薄涂層界面層以及它們的組合。鈣鈦礦材料可以是光敏的。鈣鈦礦材料可以布置在光伏器件中的兩種或更多種其它材料之間。在光伏器件的活性層內(nèi)以各種排列包含這些材料可以改進(jìn)器件性能?？梢园渌牧弦赃M(jìn)一步改進(jìn)器件性能，所述其它材料例如為：額外的鈣鈦礦和額外的界面層。
【專利說(shuō)明】
鈣鈦礦和其它太陽(yáng)能電池材料
【背景技術(shù)】
[0001]利用光伏(PV)從太陽(yáng)能或輻射發(fā)電可以提供很多好處，包括，例如，電源、低排放或零排放、獨(dú)立于電網(wǎng)(power grid)的電力產(chǎn)生、耐用的物理結(jié)構(gòu)(無(wú)運(yùn)動(dòng)部件)、穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)、模塊化構(gòu)造、相對(duì)快的安裝、安全的制造和使用以及良好的輿論和使用接受度。
[0002]本公開(kāi)內(nèi)容的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易清楚的。盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出許多變化，但這種變化在本發(fā)明的精神內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0003]圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的DSSC的多個(gè)層的DSSC設(shè)計(jì)的圖示說(shuō)明。
[0004]圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的DSSC的多個(gè)層的DSSC設(shè)計(jì)的另一個(gè)圖示說(shuō)明。
[0005]圖3是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的BHJ器件設(shè)計(jì)的示例性圖示說(shuō)明。
[0006]圖4是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的包括活性層的典型光伏電池的示意圖。
[0007]圖5是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的典型固態(tài)DSSC器件的示意圖。
[0008]圖6是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的示范性混合PV電池組的組件的圖示。
[0009]圖7是例示了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的示范性PV器件的組件的程式化圖(stylized diagram)。
[0010]圖8A是例示了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的混合PV電池組的程式化圖。
[0011]圖8B是與根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的混合PV電池組有關(guān)的電氣等效線路圖。
[0012]圖9是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的示范性PV器件的組件的程式化圖。
[0013]圖10是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的示范性PV器件的組件的程式化圖。
[0014]圖11是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的示范性PV器件的組件的程式化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在與有機(jī)PV、非有機(jī)PV和/或混合PV兼容的PV技術(shù)的多個(gè)方面中的改進(jìn)希望進(jìn)一步降低OPV和其它PV二者的成本。例如，一些太陽(yáng)能電池(例如固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池)可以利用新的有成本效益和高穩(wěn)定性的替代組件，例如固態(tài)電荷傳輸材料(或者通俗地說(shuō)“固態(tài)電解質(zhì)”)。另外，多種太陽(yáng)能電池可以有利地包括界面材料及其它材料，除了其它優(yōu)點(diǎn)之夕卜，其還可以比當(dāng)前現(xiàn)有的傳統(tǒng)選項(xiàng)更具有成本效益和耐用。
[0016]本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及在從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生電能時(shí)光伏電池中的材料的物質(zhì)成分、裝置和使用方法。更具體而言，本公開(kāi)內(nèi)容涉及物質(zhì)的光敏成分及其它成分，以及物質(zhì)的這些成分的裝置、使用方法和形成。
[0017]物質(zhì)的這些成分的實(shí)例可以包括例如:空穴傳輸材料以及/或者適合于用作例如界面層、染料、和/或PV器件的其它元件的材料。這種化合物可以使用在各種PV器件中，例如異質(zhì)結(jié)電池(例如雙層和本體)、混合電池(例如具有CH3NH3PbI3、ZnO納米棒或PbS量子點(diǎn)的有機(jī)物)和DSSC(染料敏化太陽(yáng)能電池)中。后者，即DSSC，以三種形式存在:溶劑型電解質(zhì)、離子液體電解質(zhì)和固態(tài)空穴傳輸體(或固態(tài)DSSC，S卩SS-DSSC)。根據(jù)一些實(shí)施方案的SS-DSSC結(jié)構(gòu)可以基本上不含電解質(zhì)，而是包含空穴傳輸材料，例如螺-OMeTAD (spiro-OMeTAD)、CsSnI3和其它活性材料。
[0018]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的一些或所有材料還可以有利地用于任何有機(jī)電子器件或其它電子器件中，所述電子器件的一些實(shí)例包括但不限于:電池組(battery)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、發(fā)光二極管(LED)、非線性光學(xué)器件、憶阻器(memristor)、電容器、整流器和/或整流天線。
[0019]在一些實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容可以提供PV器件及其它類似器件(例如，電池組、混合PV電池組、多結(jié)PV、FET、LED等)。在一些實(shí)施方案中，這種器件可以包括改進(jìn)的活性材料、界面層、和/或一種或多種鈣鈦礦材料。鈣鈦礦材料可以包含在PV器件或其它器件的不同的一個(gè)或多個(gè)方面中。根據(jù)一些實(shí)施方案的鈣鈦礦材料可以具有通式CMX3,其中:C包括一種或多種陽(yáng)離子(例如胺陽(yáng)離子、銨陽(yáng)離子、I族金屬陽(yáng)離子、2族金屬陽(yáng)離子和/或其它陽(yáng)離子或類陽(yáng)離子化合物(cat1n-like compound)) ;M包括一種或多種金屬(示例包括Fe、(:0、祖、(:11、311、？13、81、66、11和20;且乂包括一種或多種陰離子。以下更詳細(xì)地論述根據(jù)各種實(shí)施方案的鈣鈦礦材料。
[0020]光伏電池及其它電子器件
[0021 ] 可以參考如圖1、3、4和5中所示的太陽(yáng)能電池的各種示例性圖示來(lái)說(shuō)明一些PV實(shí)施方案。例如，根據(jù)一些實(shí)施方案的示例性PV架構(gòu)基本上可以具有襯底-陽(yáng)極-1FL-活性層-1FL-陰極的形式。一些實(shí)施方案的活性層可以是光敏的，且/或它可以包括光敏材料。其它層和材料可以如本領(lǐng)域中已知的在電池中使用。而且，應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“活性層”的使用絕非意圖明確地或隱含地限制或者以其它方式限定任何其它層的特性一一例如，在一些實(shí)施方案中，任一或者兩個(gè)IFL也可以是活性的，只要它們可以是半導(dǎo)體的。特別是，參考圖4，示出了程式化通用PV電池2610，其中例示了PV內(nèi)一些層的高界面特性。PV 2610表示適用于幾種PV器件(例如DSSC PV實(shí)施方案)的通用架構(gòu)。PV電池2610包括玻璃(或者對(duì)于太陽(yáng)輻射類似透明的材料)的透明層2612，其允許太陽(yáng)輻射2614穿透通過(guò)所述層。一些實(shí)施方案的透明層也可以被稱為襯底(例如，如圖1的襯底層1507—樣)，它可以包括各種剛性或柔性材料中的任意一種或多種，例如:玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亞胺樹(shù)脂薄膜(Kapton)、石英、鋁箔、金箔、或鋼。光敏層2616由電子供體或P-型材料2618和電子受體或η-型材料2620組成?；钚詫踊蛘呷鐖D4中所示的光敏層2616夾在兩個(gè)導(dǎo)電電極層2622和2624之間。在圖4中，電極層2622是ITO材料。如前提及的，一些實(shí)施方案的活性層不必是光敏的，盡管在圖4所示的器件中它是光敏的。電極層2624是鋁材料。也可以如本領(lǐng)域中已知地使用其它材料。電池2610還包括界面層(IFL)2626，其在圖4的實(shí)例中顯示為PED0T:PSS材料。IFL可以有助于電荷分離。在一些實(shí)施方案中，IFL 2626可以包括作為自組裝單層(SAM)或作為薄膜的根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的光敏有機(jī)化合物。在其它實(shí)施方案中，IFL2626可以包括薄涂層(thin-coat)雙層，以下更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行論述。在器件的鋁-陰極側(cè)上還可以有IFL 2627。在一些實(shí)施方案中，器件的鋁-陰極側(cè)上的IFL 2627還可以包括或者替代地包括作為自組裝單層(SAM)或作為薄膜的根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的光敏有機(jī)化合物。在其它實(shí)施方案中，器件的鋁-陰極側(cè)上的IFL 2627還可以包括或者替代地包括薄涂層雙層(同樣，以下更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行論述)。根據(jù)一些實(shí)施方案的IFL在性質(zhì)上可以是半導(dǎo)體的，且可以是P-型的或者η-型的。在一些實(shí)施方案中，在器件的陰極側(cè)上的IFL(例如圖4中所示的IFL 2627)可以是P-型的，在器件的陽(yáng)極側(cè)上的IFL(例如圖4中所示的IFL 2626)可以是η-型的。但在其它實(shí)施方案中，陰極-側(cè)IFL可以是η-型的，陽(yáng)極-側(cè)IFL可以是P-型的。電池2610連接到引線2630和放電單元2632，例如電池組。
[0022]可以參考圖3來(lái)說(shuō)明另外其它的實(shí)施方案，圖3示出了程式化BHJ器件設(shè)計(jì)，包括:玻璃襯底2401;11'0(錫摻雜的氧化銦)電極2402;界面層(1?02403;光敏層2404;和1^?/^1陰極2405。所提及的BHJ結(jié)構(gòu)的材料僅是示例;本領(lǐng)域中已知的任何其它BHJ結(jié)構(gòu)都可以與本公開(kāi)內(nèi)容相適應(yīng)地使用。在一些實(shí)施方案中，光敏層2404可以包括在圖4的器件的活性層或光敏層2616中可以包括的任意一種或多種材料。
[0023]圖1是根據(jù)一些實(shí)施方案的DSSCPV的簡(jiǎn)化圖示說(shuō)明，在此為了例示這種示例性PV的組裝的目的而提及。如圖1所示的示例性DSSC可以按照以下來(lái)構(gòu)造:將電極層1506(顯示為氟摻雜的氧化錫，F(xiàn)T0)沉積在襯底層1507(顯示為玻璃)上。將介孔層ML1505(其在一些實(shí)施方案中可以是T12)沉積在電極層1506上，隨后將光電極(到目前為止包括襯底層1507、電極層1506和介孔層1505)浸泡在溶劑(未示出)和染料1504中。這留下了結(jié)合到ML表面的染料1504。制造分離的對(duì)電極，其包括襯底層1501(同樣顯示為玻璃)和電極層1502(顯示為Pt/FTO)。將光電極和對(duì)電極進(jìn)行組合，其中如圖1所示將多個(gè)層1502-1506夾在兩個(gè)襯底層1501與1507之間，并將電極層1502和1506分別用作陰極和陽(yáng)極。將電解質(zhì)層1503或者在染料層1504之后直接沉積在完成的光電極上，或者通過(guò)器件中的開(kāi)口沉積，典型地是通過(guò)在對(duì)電極襯底1501中經(jīng)由噴砂處理而預(yù)先鉆的孔沉積。電池也可以連接到引線和放電單元，例如電池組(未示出)。襯底層1507和電極層1506、以及/或者襯底層1501和電極層1502應(yīng)足夠透明，以允許太陽(yáng)輻射通過(guò)而到達(dá)光敏染料1504。在一些實(shí)施方案中，對(duì)電極和/或光電極可以是剛性的，而在其它實(shí)施方案中，任意一個(gè)或二者可以是柔性的。各個(gè)實(shí)施方案的襯底層可以包括以下物質(zhì)中的任意一個(gè)或多個(gè):玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亞胺樹(shù)脂薄膜、石英、招箔、金箔和鋼。在某些實(shí)施方案中，DSSC可以進(jìn)一步包括捕光層(light harvestinglayer)1601，如圖2中所示的，用以散射入射光以便增大光通過(guò)器件的光敏層的路徑長(zhǎng)度(從而增大在光敏層中吸收光的可能性)。
[0024]在其它實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容提供了固態(tài)DSSC。根據(jù)一些實(shí)施方案的固態(tài)DSCC可以提供優(yōu)點(diǎn)，例如沒(méi)有可能影響包括液態(tài)電解質(zhì)的DSSC的泄露和/或腐蝕問(wèn)題。而且，固態(tài)電荷載流子可以提供更快的器件物理性質(zhì)(例如更快的電荷傳輸)。另外，在一些實(shí)施方案中，固態(tài)電解質(zhì)可以是光敏的，因此有助于從固態(tài)DSSC器件得到的電力。
[0025]固態(tài)DSSC的一些實(shí)例可以參考圖5來(lái)說(shuō)明，它是典型固態(tài)DSSC的程式化示意圖。如同例如圖4中所示的示例性太陽(yáng)能電池一樣，由第一活性材料和第二活性材料(例如導(dǎo)電和/或半導(dǎo)電的)(分別為2810和2815)組成的活性層夾在電極2805和2820(圖5中分別顯示為Pt/FTO和FT0)之間。在圖5中所示的實(shí)施方案中，第一活性材料2810是P-型活性材料，包括固態(tài)電解質(zhì)。在某些實(shí)施方案中，第一活性材料2810可以包括:有機(jī)材料，例如螺-OMeTAD和/或聚(3-己基噻吩)；無(wú)機(jī)二元、三元、四元或更大的復(fù)合體(complex);任意固態(tài)半導(dǎo)體材料;或其任意組合。在一些實(shí)施方案中，第一活性材料可以另外包括或替代地包括氧化物和/或硫化物，和/或砸化物，和/或碘化物(如CsSnI3)。因此，例如，一些實(shí)施方案的第一活性材料可以包括固態(tài)的P-型材料，其可以包括銅銦硫化物;在一些實(shí)施方案中，它可以包括銅銦鎵砸化物。圖5中所示的第二活性材料2815是η-型活性材料，包括涂覆有染料的Ti02。在一些實(shí)施方案中，第二活性材料可以同樣包括有機(jī)材料，例如螺-OMeTAD;無(wú)機(jī)二元、三元、四元或更大的復(fù)合體;或其任意組合。在一些實(shí)施方案中，第二活性材料可以包括氧化物，例如氧化鋁;且/或它可以包括硫化物;且/或它可以包括砸化物。因此，在一些實(shí)施方案中，第二活性材料可以包括銅銦硫化物；在一些實(shí)施方案中，它可以包括銅銦鎵砸化物金屬。一些實(shí)施方案的第二活性材料2815可構(gòu)成介孔層。此外，除了是活性的之外，第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任意一個(gè)或二者可以是光敏的。在其它實(shí)施方案(圖5中未示出)中，第二活性材料可以包括固體電解質(zhì)。此外，在其中第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任意一個(gè)包括固體電解質(zhì)的實(shí)施方案中，PV器件會(huì)缺少有效量的液態(tài)電解質(zhì)。盡管圖5中顯示并提及為P-型的，但在一些實(shí)施方案中，固態(tài)層(例如包括固體電解質(zhì)的第一活性材料)可以代之為n_型半導(dǎo)體。于是在這種實(shí)施方案中，涂覆有染料的第二活性材料(例如，圖5中所顯示的Ti02(或其它介孔材料))可以是P-型半導(dǎo)體(與圖5中所顯示的且關(guān)于其論述的η-型半導(dǎo)體不同)。
[0026]襯底層2801和2825(圖5中都顯示為玻璃)分別構(gòu)成圖5的示范性電池的外頂層和外底層。這些層可以包括具有足夠透明度的任何材料，以允許太陽(yáng)輻射通過(guò)而到達(dá)包括染料、第一活性和/或光敏材料2810以及第二活性和/或光敏材料2815(例如，玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亞胺樹(shù)脂薄膜、石英、鋁箔、金箔、和/或鋼)的活性層/光敏層。而且，在圖5所示的實(shí)施方案中，電極2805(顯示為Pt/FTO)是陰極，電極2820是陽(yáng)極。如同圖4中所示的示范性太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)輻射通過(guò)襯底層2825和電極2820進(jìn)入活性層中，由此至少一部分太陽(yáng)輻射被吸收以便產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)激子以實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
[0027]根據(jù)一些實(shí)施方案的固態(tài)DSSC可以以基本上類似于以上針對(duì)圖1中程式化示出的DSSC所述的方式來(lái)構(gòu)成。在圖5中所示的實(shí)施方案中，P-型活性材料2810對(duì)應(yīng)于圖1的電解質(zhì)1503 ;n-型活性材料2815對(duì)應(yīng)于圖1的染料1504和ML 1505;電極2805和2820分別對(duì)應(yīng)于圖1的電極層1502和1506;襯底層2801和2825分別對(duì)應(yīng)于襯底層1501和1507。
[0028]本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)實(shí)施方案提供了在太陽(yáng)能電池及其它器件的不同方面中改進(jìn)的材料和/或設(shè)計(jì)，其中尤其包括活性材料(包括空穴傳輸層和/或電子傳輸層)、界面層和總體器件設(shè)計(jì)。
[0029]界面層
[0030]在一些實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容提供了PV中一個(gè)或多個(gè)界面層(包括薄涂層IFL)的有利材料和設(shè)計(jì)。薄涂層IFL可以用于根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施方案的PV的一個(gè)或多個(gè)IFL 中。
[0031]首先，如前提及的，一個(gè)或多個(gè)IFL(例如，圖4中所顯示的IFL 2626和2627中的任意一個(gè)或二者)可以包括作為自組裝單層(SAM)或作為薄膜的本公開(kāi)內(nèi)容的光敏有機(jī)化合物。在將本公開(kāi)內(nèi)容的光敏有機(jī)化合物作為SAM施用時(shí)，它可以包括結(jié)合基團(tuán)，通過(guò)所述結(jié)合基團(tuán)它可以共價(jià)或以其它方式結(jié)合到陽(yáng)極和陰極中任意一個(gè)或二者的表面。一些實(shí)施方案的結(jié)合基團(tuán)可以包括以下中的任意一個(gè)或多個(gè):C00H、SiX3(其中X可以是適合于形成三元硅化合物的任何基團(tuán)，如Si(OR)3和SiCl3)、S03、P04H、0H、CH2X(其中X可以包括17族鹵化物離子)和O。結(jié)合基團(tuán)可以共價(jià)或以其它方式結(jié)合到吸電子部分、電子供體部分和/或核心部分(core moiety)。結(jié)合基團(tuán)可以附著在電極表面，其附著方式便于在厚度上構(gòu)成單分子(或在一些實(shí)施方案中，多分子)的定向組織層(direct1nal ,organized layer)(例如，其中多種光敏有機(jī)化合物結(jié)合到陽(yáng)極和/或陰極的情況下)。如提及的，SAM可以借助共價(jià)相互作用附著，但在一些實(shí)施方案中，它可以借助離子相互作用、氫鍵相互作用和/或分散力(即范德華)相互作用附著。而且，在某些實(shí)施方案中，在暴露于光后，SAM可以進(jìn)入兩性離子激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生高偏振的(highly-polarized) IFL，其可以將電荷載流子從活性層引入電極(例如陽(yáng)極或陰極)中。在一些實(shí)施方案中，這種增強(qiáng)的電荷載流子注入可以通過(guò)電子極化(poling)活性層的截面并因而增大電荷載流子朝向其各自電極(例如空穴到陽(yáng)極；電子到陰極)的漂移速度來(lái)完成。用于一些實(shí)施方案的陽(yáng)極應(yīng)用的分子可以包括可調(diào)的(tunable)化合物，其包括結(jié)合到核心部分的主電子供體部分，所述核心部分又結(jié)合到吸電子部分，所述吸電子部分又結(jié)合到結(jié)合基團(tuán)。在根據(jù)一些實(shí)施方案的陰極應(yīng)用中，IFL分子可以包括可調(diào)的化合物，其包括結(jié)合到核心部分的缺電子部分(electron poor moiety)，所述核心部分又結(jié)合到電子供體部分，所述電子供體部分又結(jié)合到結(jié)合基團(tuán)。在光敏有機(jī)化合物用作根據(jù)這種實(shí)施方案的IFL時(shí)，它可以保持光敏特性，盡管在一些實(shí)施方案中它不必是光敏的。
[0032]除了光敏有機(jī)化合物SAMIFL之外或代替光敏有機(jī)化合物SAM IFL，根據(jù)一些實(shí)施方案的PV可以包括涂覆在這種實(shí)施方案的第一活性材料或第二活性材料(例如圖5中顯示的第一活性材料2810或第二活性材料2815)中的任意一個(gè)的至少一部分上的薄界面層(“薄涂層界面層”或“薄涂層IFL”)。而且，薄涂層IFL的至少一部分又可以涂覆有染料。薄涂層IFL可以是η-型的或P-型的；在一些實(shí)施方案中，它可以具有與下層材料(例如T12或其它介孔材料，如第二活性材料2815的T12)相同的類型。第二活性材料可以包括涂覆有包括氧化鋁(例如Al2O3)的薄涂層IFL的Ti02(圖5中未示出)，所述薄涂層IFL又涂覆有染料。本文對(duì)T12和/或二氧化鈦的提及并非旨在將錫和氧化物的比例限制于本文所述的這種錫-氧化物化合物中。即，二氧化鈦化合物可以包括以其不同氧化態(tài)(例如一價(jià)鈦、二價(jià)鈦、三價(jià)鈦和四價(jià)鈦)中的任意一個(gè)或多個(gè)存在的鈦，因此各個(gè)實(shí)施方案可以包括化學(xué)計(jì)量和/或非化學(xué)計(jì)量的量的鈦和氧化物。因此，各個(gè)實(shí)施方案可以包括(替代T12或除了T12之外)Tix0y，其中，X可以是在I到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，X可以在約0.5到3之間。類似地，y可以在約1.5到4之間(同樣不必是整數(shù))。因此，一些實(shí)施方案可以包括例如T12和/或Ti203。另外，在一些實(shí)施方案中，以無(wú)論何種鈦和氧化物之間的比例或比例的組合存在的二氧化鈦都可以具有任意一種或多種晶體結(jié)構(gòu)，包括銳鈦礦型、金紅石型和無(wú)定形中的任意一種或多種。
[0033]用于一些實(shí)施方案的薄涂層IFL中的其它示范性金屬氧化物可以包括半導(dǎo)體金屬氧化物，例如N1、WO3、V2O5或MoO3。其中第二 (例如η-型)活性材料包括涂覆有包括Al 203的薄涂層IFL的T12的示范性實(shí)施方案可以例如借助前體材料形成，所述前體材料例如為:Al(NO3)3.χΗ20，或者適合于將Al2O3沉積在T12上、隨后熱退火和染料涂覆的任何其它材料。在其中代之使用MoO3涂覆的示例性實(shí)施方案中，涂層可以借助諸如Na2Mcn.2Η20的前體材料形成；而根據(jù)一些實(shí)施方案的V2O5涂層可以借助諸如NaVO3的前體材料形成;根據(jù)一些實(shí)施方案的WO3涂層可以借助諸如NaWO4.H2O的前體材料形成。前體材料(例如Al(NO3)3.XH2O)的濃度可能會(huì)影響沉積在T12或其它活性材料上的最終膜厚度(在此是Al2O3的最終膜厚度)。因此，修改前體材料的濃度可以是這樣一種方法，借助它可以控制最終膜厚度。例如，較大的膜厚度可以由較大的前體材料濃度得到。較大的膜厚度不一定必然導(dǎo)致包括金屬氧化物涂層的PV器件中較大的PCE。因此，一些實(shí)施方案的方法可以包括使用濃度在約
0.5到10.0mM范圍中的前體材料涂覆Ti02(或其它介孔)層;其它實(shí)施方案可以包括使用濃度在約2.0到6.0mM范圍中的前體材料涂覆所述層；或者在其它實(shí)施方案中，約為2.5到5.5mM0
[0034]而且，盡管本文提及為Al2O3和/或氧化鋁，但應(yīng)注意，在形成氧化鋁時(shí)可以使用鋁和氧的各種比例。因此，盡管本文所述的一些實(shí)施方案參考Al2O3來(lái)說(shuō)明，但這種說(shuō)明并非旨在限定氧中鋁的所需比例。確切地說(shuō)，實(shí)施方案可以包括任意一種或多種鋁-氧化物化合物，所述鋁-氧化物化合物各自都具有符合AlxOy的鋁氧化物比例，其中，X可以是在約I到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，X可以在約I到3之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，y可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，y可以在2到4之間(同樣不必是整數(shù))。另外，AlxOy的各種晶體形式可以存在于各個(gè)實(shí)施方案中，例如，氧化鋁的α形式、γ形式和/或無(wú)定形形式。
[0035]類似地，盡管本文提及為Mo03、W03和V2O5,但這種化合物可以代之以或另外地分別表示為此\(^、1\(^和￥\(^。關(guān)于]\1(^(^和1(^中的每一個(gè)^可以是在約0.5到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值;在一些實(shí)施方案中，它可以在約0.5到1.5之間。類似地，y可以是在約I到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，y可以是在約I到4之間的任意值。關(guān)于VxOy，X可以是在約0.5到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值;在一些實(shí)施方案中，它可以在約0.5到1.5之間。類似地，y可以是在約I到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值;在某些實(shí)施方案中，它可以是在約I到10之間的整數(shù)或非整數(shù)值。
[0036]類似地，在本文的一些示范性實(shí)施方案中對(duì)CsSnI3的提及并非旨在限制在根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案的銫-錫-碘化合物中的組分元素的比例。一些實(shí)施方案可以包括化學(xué)計(jì)量和/或非化學(xué)計(jì)量的量的錫和碘化物，因此這種實(shí)施方案可以代之以包括或另外地包括各個(gè)比例的銫、錫和碘，例如任意一種或多種銫-錫-碘化合物，所述化合物各自都具有CsxSnyld9比例。在這種實(shí)施方案中，X可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，X可以在約0.5到1.5之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，y可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，y可以是在約0.5到1.5之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，z可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實(shí)施方案中，z可以是在約2.5到3.5之間。另外，CsSnI3可以以下比例與諸如SnF2的其它材料摻雜或復(fù)合(compound):所述比例為范圍從0.1:1到100:1的CsSnl3:SnF2，包括在其間的所有值(整數(shù)和非整數(shù))。
[0037]另外，薄涂層IFL可以包括雙層。因此，回到其中薄涂層IFL包括金屬-氧化物(例如氧化鋁)的實(shí)例，薄涂層IFL可以包括T12-加-金屬氧化物。與單獨(dú)的介孔T12或其它活性材料相比，這種薄涂層IFL可以具有更大的抗電荷重組(charge recombinat1n)能力。而且，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案，在形成T12層時(shí)，次級(jí)T12涂層常常是必要的，以便提供T12粒子的足夠物理互連。將雙層薄涂層IFL涂覆到介孔Ti02(或其它介孔活性材料)上可以包括:使用包括金屬氧化物和TiCl4 二者的化合物的涂覆的組合，得到包括金屬-氧化物和次級(jí)T12涂層的組合的雙層薄涂層IFL，其可以提供優(yōu)于單獨(dú)僅使用所述材料中的任一種的性能改進(jìn)。
[0038]在一些實(shí)施方案中，前述的薄涂層IFL和將它們涂覆到T12上的方法可以用于包括液態(tài)電解質(zhì)的DSSC中。因此，回到薄涂層IFL的實(shí)例并重新提及圖1作為示例，圖1的DSSC可以進(jìn)一步包括涂覆在介孔層1505上的如上所述的薄涂層IFL(即，薄涂層IFL可以被插入到介孔層1505和染料1504之間)。
[0039]在一些實(shí)施方案中，之前在DSSC上下文中論述的薄涂層IFL可以用于半導(dǎo)體器件的任何界面層中，所述半導(dǎo)體器件例如是PV(例如混合PV或其它PV)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、非線性光學(xué)器件、憶阻器、電容器、整流器、整流天線等。而且，一些實(shí)施方案的薄涂層IFL可以用于本公開(kāi)內(nèi)容中結(jié)合其它化合物論述的各個(gè)器件中的任意一個(gè)中，包括但不限于，以下本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)實(shí)施方案中的任意一個(gè)或多個(gè):固態(tài)空穴傳輸材料，例如活性材料和添加劑(例如在一些實(shí)施方案中，鵝脫氧膽酸或I，8-二碘辛烷)。
[0040]其它示范性電子器件
[0041]根據(jù)一些實(shí)施方案的另一種示例性器件是單片式薄膜PV和電池組器件，或混合PV電池組。
[0042]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案的混合PV電池組可通常包括共用公共電極且串聯(lián)或并聯(lián)電耦合的PV電池和電池組部分。例如，一些實(shí)施方案的混合PV電池組可以參考圖6來(lái)說(shuō)明，它是示范性混合PV電池組的組件的程式化圖，包括:密封劑3601;至少三個(gè)電極3602、3604和3606，其中的至少一個(gè)是由器件的PV部分和器件的電池組部分共用的公共電極(在此是3604); PV活性層3606;電池組活性層3605;襯底3607。在這種示例性實(shí)施方案中，器件的PV電池可以包括一個(gè)電極3602(它在一些實(shí)施方案中可以稱為PV電極)和PV活性層3603，而器件的電池組可以包括其它非共用的電極3606(它在一些實(shí)施方案中可以稱為電池組電極)和電池組活性層3605。這種實(shí)施方案的PV電池和電池組部分共用公共電極3604。在一些實(shí)施方案中，混合PV電池組可以是單片式的，即印在單一襯底上的。在這種實(shí)施方案中，PV電池和電池組部分都應(yīng)是薄膜型器件。在一些實(shí)施方案中，PV電池和電池組都能夠借助高處理量技術(shù)(例如噴墨、夾縫(die-slot)、凹版印刷和壓印棍到棍印刷(imprint roll-to-roll printing))來(lái)印刷。
[0043 ] 一些實(shí)施方案的PV電池可以包括D SSC、BH J、混合P V或本領(lǐng)域中已知的任何其它PV，例如碲化鎘(CdTe) PV或CIGS (銅銦鎵砸化物)PV。例如，在其中混合PV電池組的PV電池包括DSSC的實(shí)施方案中，可以借助在圖1的示范性液態(tài)電解質(zhì)DSSC與圖6的示范性混合PV電池組的PV電池之間的比較來(lái)說(shuō)明PV電池。具體而言，PV電極3602可以對(duì)應(yīng)于電極層1502;PV活性層3603可對(duì)應(yīng)于電解質(zhì)1503、染料1504和ML1505;公共電極3604可對(duì)應(yīng)于電極層1506。任何其它PV可以類似地對(duì)應(yīng)于混合PV電池組的一些實(shí)施方案的PV電池組件，這對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是清楚易見(jiàn)的。而且，如同本文所述的PV器件，在一些實(shí)施方案中，器件的PV電池內(nèi)的PV活性層可以包括以下中的任意一個(gè)或多個(gè):界面層、第一活性材料和/或第二活性材料(其每一個(gè)都可以是n_型或P-型半導(dǎo)體的，其中任意一個(gè)或二者可以包括根據(jù)本文所述各個(gè)實(shí)施方案的金屬-氧化物界面層)。
[0044]這種器件的電池組部分可以按照本領(lǐng)域中已知的電池組來(lái)組成，例如鋰離子電池組或鋅空氣電池組。在一些實(shí)施方案中，電池組可以是薄膜電池組。
[0045]因此，例如，根據(jù)一些實(shí)施方案的混合PV電池組可以包括與鋅空氣電池組集成在一起的DSSC。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案，兩個(gè)器件都是薄膜型的，能夠借助高處理量技術(shù)例如噴墨輥到輥印刷來(lái)印刷。在這個(gè)實(shí)例中，首先將鋅空氣電池組印刷到用對(duì)電極完成的襯底(對(duì)應(yīng)于襯底3607)上。隨著將光敏層(對(duì)應(yīng)于PV活性層3603)隨后印刷在電極3604上，電池組對(duì)電極于是成為公共電極(對(duì)應(yīng)于公共電極3604)。器件以最終電極(對(duì)應(yīng)于PV電極3602)完成，并以密封劑(對(duì)應(yīng)于密封劑3601)封裝。密封劑可以包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚對(duì)二甲苯C，或者適合于保護(hù)器件免于環(huán)境破壞的任何其它材料。
[0046]在一些實(shí)施方案中，混合PV電池組可以提供優(yōu)于已知電池組或PV器件的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在其中混合PV電池組是單片式的實(shí)施方案中，它由于沒(méi)有連接導(dǎo)線，可以展現(xiàn)出提高的耐用性。相比于使用單獨(dú)的PV來(lái)給單獨(dú)的電池組充電，將兩個(gè)原本單獨(dú)的器件組合為一個(gè)(PV和電池組)可以進(jìn)一步有利地減小總體尺寸和重量。在其中混合PV電池組包括薄膜型PV電池和電池組部分的實(shí)施方案中，薄型PV電池可有利地能夠與電池組一致地印刷在電池組工業(yè)中已知的襯底上，例如聚酰亞胺(如聚酰亞胺樹(shù)脂薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET))。另外，在一些實(shí)施方案中，可以使得這種混合PV電池組的最終形狀因子適合標(biāo)準(zhǔn)電池的形狀因子(例如用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中，例如硬幣、AAA、AA、C、D或其它的；或者用于例如蜂窩電話中)。在一些實(shí)施方案中，電池組可以借助從器件中移除、隨后放置在陽(yáng)光下來(lái)充電。在其它實(shí)施方案中，電池組可以設(shè)計(jì)為使得電池組的PV電池從器件朝向外部(例如電池組不封閉在器件中)，以使得所述器件可以借助暴露于陽(yáng)光來(lái)充電。例如，蜂窩電話可以包括混合PV電池組，其中電池組的PV電池朝向電話的外側(cè)(與將電池組整個(gè)放置在電話的被覆蓋部分中不同)。
[0047]另外，本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案可以提供多光敏層PV電池。這種電池可以包括至少兩個(gè)光敏層，每一個(gè)光敏層由共用雙面導(dǎo)電(即導(dǎo)體/絕緣體/導(dǎo)體)襯底彼此隔開(kāi)。一些實(shí)施方案的光敏層和一個(gè)或多個(gè)共用襯底可以?shī)A在導(dǎo)電層(例如，導(dǎo)電襯底，或者結(jié)合或以其它方式耦合到襯底的導(dǎo)體)之間。在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)體和/或襯底中的任意一個(gè)或多個(gè)可以對(duì)于在UV光譜、可見(jiàn)光譜或IR光譜中的至少一些電磁輻射是透明的。
[0048]每一個(gè)光敏層都可以具有根據(jù)本文其它部分所述的各種PV器件(例如DSSC、BHJ、混合)中的任意一種的活性層和/或光敏層的組成。在一些實(shí)施方案中，每一個(gè)光敏層都能夠吸收不同波長(zhǎng)的電磁輻射。這種結(jié)構(gòu)可以借助任何適合的手段來(lái)完成，所述手段對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是清楚易見(jiàn)的。
[0049]根據(jù)一些實(shí)施方案的示例性多光敏層PV電池可以參考圖7的程式化圖來(lái)說(shuō)明，其例示了一些這種PV電池的基本結(jié)構(gòu)。圖7顯示了由共用的雙面導(dǎo)電襯底3710隔開(kāi)的第一光敏層和第二光敏層(分別為3701和3705)(例如圖7顯示了一般性導(dǎo)體/絕緣體/導(dǎo)體的架構(gòu))。兩個(gè)光敏層3701和3705及共用的襯底3710夾在第一導(dǎo)電襯底3715和第二導(dǎo)電襯底3720之間。在這種示例性裝置中，每一個(gè)光敏層3701和3705都包括根據(jù)如DSSC結(jié)構(gòu)的染料。此外，第一光敏層3701的染料能夠吸收在可見(jiàn)EM光譜的第一部分的電磁輻射(例如入射的藍(lán)光3750和綠光3751)，而第二光敏層3705的染料能夠吸收在可見(jiàn)EM光譜的第二不同部分的電磁福射(例如紅光3755和黃光3756)。應(yīng)注意，盡管圖7中所不的器件中并非如此，但根據(jù)一些實(shí)施方案的器件可以包括能夠吸收雖然不同但重疊的波長(zhǎng)范圍中的輻射的染料(或其它光敏層材料)。在每一個(gè)光敏層中激發(fā)(例如借助入射太陽(yáng)輻射)后，空穴可以從第一光敏層3701流到第一導(dǎo)電襯底3715，并類似地從第二光敏層3705流到第二導(dǎo)電襯底3720。從每一個(gè)光敏層3701和3705到共用導(dǎo)電襯底3710可以相應(yīng)地發(fā)生伴隨電子傳輸。一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體(例如圖7中的引線3735)可以提供空穴離開(kāi)第一導(dǎo)電襯底3715和第二導(dǎo)電襯底3720中的每一個(gè)朝向電路的負(fù)方向3730 (例如朝向陰極、負(fù)電池組端子等)的進(jìn)一步的傳輸，而一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體(例如圖7中的引線3745和3746)可以攜帶電子遠(yuǎn)離共用襯底3710朝向電路的正方向3735。
[0050]在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)或多個(gè)多光敏層PV電池可以連接或者以其它方式電耦合(例如串聯(lián))。例如，重新回到參考圖7的示例性實(shí)施方案，傳導(dǎo)電子離開(kāi)第一導(dǎo)電襯底3715和第二導(dǎo)電襯底3720中的每一個(gè)的導(dǎo)線3735又可以連接到第二多光敏層PV電池的雙面共用導(dǎo)電襯底(例如對(duì)應(yīng)于圖7的示例性PV電池的共用導(dǎo)電襯底3710的共用導(dǎo)電襯底)。任意數(shù)量的PV電池都可以如此串聯(lián)連接。在一些實(shí)施方案中，最終效果實(shí)質(zhì)上是串聯(lián)電耦合的多個(gè)并聯(lián)PV電池對(duì)(其中，每一個(gè)具有兩個(gè)光敏層和一個(gè)共用雙面導(dǎo)電襯底的多光敏層PV電池都視為一對(duì)并聯(lián)PV電池)。類似地，具有三個(gè)光敏層和夾在每一個(gè)光敏層之間的兩個(gè)共用雙面導(dǎo)電襯底的多光敏層PV電池應(yīng)等效地視為三個(gè)一組的并聯(lián)PV電池，對(duì)于包括四個(gè)、五個(gè)和更多個(gè)光敏層的多光敏層PV電池依此類推。
[0051]而且，根據(jù)某些實(shí)施方案，電耦合的多光敏層PV電池可以進(jìn)一步電耦合到一個(gè)或多個(gè)電池組，以構(gòu)成混合PV電池組。
[0052]在某些實(shí)施方案中，兩個(gè)或多個(gè)多光敏層PV電池的串聯(lián)電耦合(例如并聯(lián)PV電池對(duì)的兩個(gè)或多個(gè)單元的串聯(lián)連接)可以以類似于圖8A中所示的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖8A示出了在加蓋(capping)陽(yáng)極3870和加蓋陰極3880之間的四個(gè)多光敏層PV電池3810、3820、3830和3840的串聯(lián)電耦合。PV電池3810、3820、3830和3840具有公共第一外襯底3850，PV電池3820和3830具有公共第二外襯底3851。另外，公共共用襯底3855沿串聯(lián)連接的長(zhǎng)度延伸;對(duì)于每一個(gè)PV電池，其對(duì)應(yīng)于圖7中程式化的實(shí)施方案的共用襯底3710。圖8A的實(shí)施方案中所示的多光敏層PV電池3810、3820、3830和3840中的每一個(gè)都包括兩個(gè)光敏層(例如PV電池3810中的光敏層3811和3812)和兩個(gè)光電極(例如PV電池3810中的光電極3815和3816)。根據(jù)這個(gè)及其它相應(yīng)實(shí)施方案的光敏層可以包括如本文以上論述的任何光敏材料和/或活性材料(例如第一活性材料、第二活性材料和/或一個(gè)或多個(gè)界面層)，光電極可以包括適合作為如本文所述的電極的任何襯底和/或?qū)щ姴牧?。在一些?shí)施方案中，光敏層和光電極的布置可以從電池到電池交替(例如用以建立串聯(lián)電耦合)。例如，如圖8A所示的，電池3810按照如下布置在共用外襯底之間:光電極-光敏層-共用襯底-光敏層-光電極，而電池3820呈現(xiàn)為其中相對(duì)于相鄰電池3810交換了光電極與光敏層的布置，電池3830類似地呈現(xiàn)為其中相對(duì)于相鄰電池3820交換了光電極與光敏層的布置(因此類似于電池3810布置)。圖8A另外顯示了多個(gè)透明導(dǎo)體(3801、3802、3803、3804、3805、3806、3807和3808)，其耦合到每一個(gè)公共襯底3850、3851和3855的部分，以便實(shí)現(xiàn)PV電池3810、3820、3830和3840的電耦合。另外，圖8A顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的PV電池串聯(lián)到電池組(在此是鋰離子電池組3860)的電耦合。這種耦合可以使得PV電池能夠以類似于前述一些實(shí)施方案的混合PV電池組充電的方式給鋰離子電池組充電。圖SB是顯示圖8A的器件中得到的電流的電氣等效線路圖。
[0053]添加劑
[0054]如前所述，根據(jù)一些實(shí)施方案的PV和其它器件可以包括添加劑(其例如可以是乙酸、丙酸、三氟乙酸、鵝脫氧膽酸、脫氧膽酸、I，8_二碘辛烷和I，8_二硫辛烷中的任何一種或多種)。所述添加劑可以用作染料浸泡之前的預(yù)處理劑或與染料以各種比例混合以形成浸泡溶液。這些添加劑在一些實(shí)例中可以例如通過(guò)以下方式起作用:通過(guò)防止染料分子群集以增大染料溶解度，通過(guò)阻斷開(kāi)放活性位點(diǎn)，以及通過(guò)誘導(dǎo)染料分子中的分子排序。它們可以與任何適合的染料一起使用，所述染料包括根據(jù)本文所述的本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)實(shí)施方案的光敏化合物。
[0055]復(fù)合鈣鈦礦材料器件設(shè)計(jì)
[0056]在一些實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容可以提供包括一種或多種鈣鈦礦材料的PV和其它類似器件(例如電池組、混合PV電池組、FET、LED等)的復(fù)合設(shè)計(jì)。鈣鈦礦材料可以包含到PV或其它器件的不同的一個(gè)或多個(gè)方面中。根據(jù)一些實(shí)施方案的鈣鈦礦材料可以具有通式CMX3,其中:C包括一種或多種陽(yáng)離子(例如胺陽(yáng)離子、錢陽(yáng)離子、I族金屬陽(yáng)離子、2族金屬陽(yáng)離子和/或其它陽(yáng)離子或類陽(yáng)離子化合物);M包括一種或多種金屬(示例包括Fe、Co、N1、Cu、Sn、Pb、B1、Ge、Ti和Zr);且X包括一種或多種陰離子。在一些實(shí)施方案中，C可以包括一種或多種有機(jī)陽(yáng)咼子。
[0057]在某些實(shí)施方案中，C可以包括銨，通式[NR4]+的有機(jī)陽(yáng)離子，其中R基團(tuán)可以是相同的或不同的基團(tuán)。適合的R基團(tuán)包括但不限于:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構(gòu)體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴、或炔烴CxHy，其中X=1-20，y = l-42;烷基鹵化物，CxHyXz，x=l-20，y = 0-42，z = l-42，X = F、Cl、Br或I;任何芳香基團(tuán)(如苯基、烷基苯基(alkylphenl)、燒氧基苯基、P比啶、萘)；其中至少一個(gè)氮包含在環(huán)中的環(huán)狀絡(luò)合物(如P比啶、吡咯、吡咯烷、哌啶、四氫喹啉);任何含硫基團(tuán)(如亞砜、硫醇、烷基硫醚);任何含氮基團(tuán)(氮氧化物(nitroxide)、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(tuán)(如硼酸)；任何有機(jī)酸(如乙酸、丙酸)；以及其酯或酰胺衍生物;任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-錢戊酸(5-ammoniumvaleric acid))，包括α、β、γ、和更大的衍生物;任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何的烷氧基或基團(tuán)-OCxHy，其中，X = 0-20，y =1-42。
[0058]在某些實(shí)施方案中，C可以包括甲脒陽(yáng)離子(formamidinium)，通式[R2NCHNR2] +的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，R基團(tuán)可以是相同的或不同的基團(tuán)。合適的R基團(tuán)包括，但不限于:氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構(gòu)體;環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴CxHy，其中x = l-20，y = l_42;；^S|iMt*，CxHyXz，x=l-20，y = 0-42，z = l-42，X = F、Cl、B;rSl ;任何芳香基團(tuán)(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個(gè)氮包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡(luò)合物(例如，咪唑、苯并咪唑、二氫嘧啶、(azolidinylidene甲基)吡咯烷、三唑)；任何含硫基團(tuán)(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(tuán)(例如，硼酸)；任何有機(jī)酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物;任何氨基酸(例如，甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、T和更大的衍生物;任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)-OCxHy，其中X = 0-20，y = l-42。
[0059]在某些實(shí)施方案中，C可以包括胍，通式[(R2N)2C= NR2] +的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，R基團(tuán)可以是相同的或不同的基團(tuán)。合適的R基團(tuán)包括，但不限于:氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構(gòu)體;環(huán)狀、支化或直鏈的任何燒經(jīng)、稀經(jīng)或炔經(jīng)CxHy，其中X = 1-20，y = 1-42 ；燒基鹵化物，CxHyXZ，x=l-20，y = 0-42，Z = l-42，X = F、Cl、Br或I;任何芳香基團(tuán)(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個(gè)氮包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡(luò)合物(例如，八氫嘧啶并[I，2-a ]嘧啶、嘧啶并[I，2-a ]嘧啶、六氫咪唑并[I，2-a]咪唑、六氫化嘧啶-2-亞胺)；任何含硫基團(tuán)(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(tuán)(如硼酸)；有機(jī)酸(乙酸、丙酸)和其酯或酰胺衍生物;任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ和更大的衍生物;任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)-OCxHy，其中x = 0-20，y = 1-42 ο
[0060]在某些實(shí)施方案中，C可以包括乙烯四胺陽(yáng)離子，通式[(R2N)2C = C(NR2)2]+的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，R基團(tuán)可以是相同的或不同的基團(tuán)。合適的R基團(tuán)包括，但不限于:氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構(gòu)體;環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴CxHy，其中X =1-20，y = 1-42;燒基齒化物，CxHyXz，x = 1-20，y = 0-42，z = 1-42，X = F、Cl、Br或 I;任何芳香基團(tuán)(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個(gè)氮是包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡(luò)合物(例如，2-六氫嘧啶-2-亞基六氫嘧啶、八氫吡嗪[2，3-b]吡嗪、吡嗪[2，3-b ]吡嗪、喹喔啉[2，3-b]喹喔啉)；任何含硫基團(tuán)(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(tuán)(如硼酸)；任何有機(jī)酸(乙酸、丙酸)和其酯或酰胺衍生物;任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ、和更大的衍生物;任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)-OCxHy，其中 X = 0-20，y = 1-42。
[0061]在一些實(shí)施方案中，X可以包括一種或多種鹵化物離子。在某些實(shí)施方案中，X可以替代地或另外包括16族陰離子。在某些實(shí)施方案中，16族陰離子可以是硫化物離子或砸化物離子。在一些實(shí)施方案中，每個(gè)有機(jī)陽(yáng)離子C可以大于每個(gè)金屬M(fèi)，每個(gè)陰離子X(jué)均可能夠與陽(yáng)離子C和金屬M(fèi)結(jié)合。根據(jù)各種實(shí)施方案的鈣鈦礦材料的實(shí)例包括CsSnI3(本文在前論述的)和CsxSnyIz(其中x、y和z按照在前論述變化)。其它實(shí)例包括通式CsSnX3的化合物，其中，乂可以是以下中的任意一種或多種:13、12.9#0.()5;12(:1;1(:12;和(:13。在其它實(shí)施方案中，乂可以包括1、C1、F和Br中的任何一種或多種，其量使得X相比于Cs和Sn的總比例產(chǎn)生CsSnX3的總化學(xué)計(jì)量。在一些實(shí)施方案中，構(gòu)成X的元素的組合化學(xué)計(jì)量可以遵循與在前針對(duì)CsxSny Iz所述的I z相同的規(guī)則。再有其它的實(shí)例包括通式RNH3PbX3的化合物，其中，R可以是CnH2n+1，n的范圍為0-10，X可以包括F、Cl、Br和I中的任意一種或多種，其量使得X相比于陽(yáng)離子RNH3和金屬Pb的總比例產(chǎn)生RNH3PbX3的總化學(xué)計(jì)量。此外，R的一些具體實(shí)例包括H ；烷基鏈(例如，CH3、CH3CH2、CH3CH2CH2等等)；以及氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ和更大的衍生物。
[0062]在一些實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料可以作為活性材料包括在PV或其它器件中。例如，一種或多種鈣鈦礦材料可以充當(dāng)一些實(shí)施方案的第一活性材料和第二活性材料中的任意一個(gè)或兩個(gè)(例如圖5的活性材料2810和2815)。在更一般的方面，本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案提供了具有包含一種或多種鈣鈦礦材料的活性層的PV或其它器件。在這種實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料(即包括任意一種或多種鈣鈦礦材料的材料)可以用于各種架構(gòu)的活性層中。而且，鈣鈦礦材料可以提供活性層的任意一種或多種組分的功能(例如電荷傳輸材料、介孔材料、光敏材料和/或界面材料，以下更詳細(xì)地論述其中的每一個(gè))。在一些實(shí)施方案中，相同的鈣鈦礦材料可以提供多個(gè)這種功能;盡管在其它實(shí)施方案中，多種鈣鈦礦材料可以包括在器件中，每一種鈣鈦礦材料均提供一個(gè)或多個(gè)這種功能。在某些實(shí)施方案中，無(wú)論鈣鈦礦材料可以起到什么作用，它都可以以各種狀態(tài)在器件中制備且/或存在。例如，在一些實(shí)施方案中它基本上是固態(tài)的。在其它實(shí)施方案中，它可以是溶液(例如鈣鈦礦材料可以溶解在液體中，并以其個(gè)別離子亞種(subspecie)存在于所述液體中)；或者它可以是懸浮液(例如鈣鈦礦材料粒子的懸浮液)?？梢詫⑷芤夯驊腋∫和扛不蛞云渌绞匠练e在器件內(nèi)(例如在器件的另一個(gè)組件上，例如介孔層、界面層、電荷傳輸層、光敏層或其它層上，且/或在電極上)。在一些實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料可以在器件的另一個(gè)組件的表面上原位形成(例如作為薄膜固體借助氣相沉積)。可以使用形成包含鈣鈦礦材料的固態(tài)或液態(tài)層的任何其它適合的手段。
[0063]通常，鈣鈦礦材料器件可以包括第一電極、第二電極和包含鈣鈦礦材料的活性層，所述活性層至少部分地布置在所述第一電極和所述第二電極之間。在一些實(shí)施方案中，第一電極可以是陽(yáng)極和陰極之一，第二電極可以是陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)電極。根據(jù)某些實(shí)施方案的活性層可以包括任意一種或多種活性層組分，包括以下中的任意一種或多種:電荷傳輸材料;液體電解質(zhì);介孔材料;光敏物質(zhì)(如染料、硅、碲化鎘、硫化鎘、砸化鎘、銅銦鎵砸化物、砷化鎵、磷化鍺銦、半導(dǎo)體聚合物、其它光敏材料)；和界面材料。這些活性層組分中的任意一種或多種可以包括一種或多種鈣鈦礦材料。在一些實(shí)施方案中，活性層組分中的一些或全部可以整體或部分地布置在子層(sub-layer)中。例如，活性層可以包括以下中的任意一個(gè)或多個(gè):包括界面材料的界面層;包括介孔材料的介孔層;和包括電荷傳輸材料的電荷傳輸層。在一些實(shí)施方案中，可以將光敏材料例如染料涂覆或以其它方式布置在這些層中的任意一個(gè)或多個(gè)上。在某些實(shí)施方案中，可以以液態(tài)電解質(zhì)涂覆任意一個(gè)或多個(gè)層。此外，根據(jù)一些實(shí)施方案，界面層可以包括在活性層的任意兩個(gè)或更多個(gè)其它層之間，和/或在層與涂層之間(例如在染料與介孔層之間)，和/或在兩個(gè)涂層之間(例如在液態(tài)電解質(zhì)和染料之間)，和/或在活性層組件與電極之間。本文中所提及的層可以包括最終排列(例如在器件內(nèi)可分別限定的每一種材料的基本上離散的部分)，且/或所提及的層可以表示在器件構(gòu)成過(guò)程中的排列，盡管有可能每一層中的材料隨后相互混合。在一些實(shí)施方案中，層可以是離散的，包括基本上鄰接的材料(例如，層可以如圖1中樣式化示出的)。在其它實(shí)施方案中，層可以基本上相互混合(如同例如BHJ、混合和一些DSSC電池的情況)，其一個(gè)實(shí)例借助圖4中光敏層2616內(nèi)的第一活性材料2618和第二活性材料2620示出。在一些實(shí)施方案中，器件可以包括兩種這些層的混合物，其也如同圖4的器件所示，其除了光敏層2616以外還包含離散的鄰接層2627、2626和2622，所述光敏層2616包括第一活性材料2618和第二活性材料2620的相互混合層。在任何情況下，不論何種的任意兩個(gè)或更多個(gè)層在某些實(shí)施方案中都可以相鄰于彼此布置(和/或彼此相互混合地布置)，所述布置方式便于得到高接觸表面積。在某些實(shí)施方案中，包含鈣鈦礦材料的層可以相鄰于一個(gè)或多個(gè)其它層布置，以便得到高接觸表面積(例如在鈣鈦礦材料展現(xiàn)出低電荷迀移率的情況下)ο在其它實(shí)施方案中，高接觸表面積不是必需的(例如，在鈣鈦礦材料展現(xiàn)高電荷迀移率的情況下)。
[0064]根據(jù)一些實(shí)施方案的鈣鈦礦材料器件可以任選地包括一個(gè)或多個(gè)襯底。在一些實(shí)施方案中，可以將第一電極和第二電極中的任意一個(gè)或二者涂覆或以其它方式布置在襯底上，以使得電極基本上布置在襯底與活性層之間。在各個(gè)實(shí)施方案中，器件的組分(例如襯底、電極、活性層和/或活性層組件)的材料可以整體或部分地是剛性或柔性的。在一些實(shí)施方案中，電極可以充當(dāng)襯底，從而無(wú)需單獨(dú)的襯底。
[0065]而且，根據(jù)某些實(shí)施方案的鈣鈦礦材料器件可以任選地包括捕光材料(例如，在捕光層中，例如如在圖2中表示的示例性PV中所示的捕光層1601中)。此外，鈣鈦礦材料器件可以包括任意一種或多種添加劑，例如以上針對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方案論述的添加劑中的任意一種或多種。
[0066]部分參考圖9對(duì)可以包括在鈣鈦礦材料器件中的各種材料中的一些進(jìn)行說(shuō)明。圖9是根據(jù)一些實(shí)施方案的鈣鈦礦材料器件3900的程式化圖。盡管將器件3900的各個(gè)組件示出為包括鄰接材料的離散的層，但應(yīng)理解，圖9是程式化圖；因此，根據(jù)它的實(shí)施方案可以包括這種離散的層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件3900包括第一襯底3901和第二襯底3913。將第一電極3902布置在第一襯底3901的內(nèi)表面上，將第二電極3912布置在第二襯底3913的內(nèi)表面上?；钚詫?950夾在兩個(gè)電極3902和3912之間?；钚詫?950包括介孔層3904;第一光敏材料3906和第二光敏材料3908;電荷傳輸層3910和幾個(gè)界面層。圖9還例示了根據(jù)這樣的實(shí)施方案的示例性器件3900，其中，活性層3950的子層由界面層分離，進(jìn)一步地其中界面層布置在每一個(gè)電極3902和3912上。特別是，第二界面層3905、第三界面層3907和第四界面層3909分別布置在介孔層3904、第一光敏材料3906、第二光敏材料3908和電荷傳輸層3910中的每一個(gè)之間。第一界面層3903和第五界面層3911分別布置在(i)第一電極3902和介孔層3904之間；及(ii)電荷傳輸層3910和第二電極3912之間。因此，圖9中所示的示例性器件的架構(gòu)可以表征為:襯底-電極-活性層-電極-襯底?；钚詫?950的架構(gòu)可以表征為:界面層-介孔層-界面層-光敏材料-界面層-光敏材料-界面層-電荷傳輸層-界面層。如前提及的，在一些實(shí)施方案中，界面層不必存在;或者一個(gè)或多個(gè)界面層可以僅包括在器件的活性層和/或組件中的某些但不是全部組件之間。
[0067]襯底，例如第一襯底3901和第二襯底3913中的任意一個(gè)或二者，可以是柔性或剛性的。如果包括兩個(gè)襯底，那么至少一個(gè)應(yīng)對(duì)于電磁(EM)輻射(例如UV輻射、可見(jiàn)光輻射、或IR輻射)是透明或半透明的。如果包括一個(gè)襯底，那么它可以類似地是透明或半透明的；盡管它不必是，只要器件的一部分允許EM輻射接觸活性層3950即可。適合的襯底材料包括以下中的任意一種或多種:玻璃；藍(lán)寶石;氧化鎂(MgO);云母;聚合物(如PET、PEG、聚丙烯、聚乙烯等)；陶瓷;織物(如棉、絲、羊毛)；木材;干式墻(drywall);金屬；以及它們的組合。
[0068]如前提及的，電極(例如圖9的電極3902和3912之一)可以是陽(yáng)極或陰極。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)電極可以起到陰極的作用，另一個(gè)電極可以起到陽(yáng)極的作用?？梢詫㈦姌O3902和3912中的任意一個(gè)或二者耦合到引線、電纜、導(dǎo)線或者能夠?qū)㈦姾蓚鬏斨疗骷?900和/或?qū)㈦姾勺云骷?900傳輸?shù)钠渌b置。電極可以構(gòu)成任何導(dǎo)電材料，至少一個(gè)電極對(duì)于EM輻射應(yīng)是透明或半透明的，且/或以允許EM輻射接觸活性層3950的至少一部分的方式布置。適合的電極材料可以包括以下中的任何一種或多種:氧化銦錫或摻錫氧化銦(ITO);摻氟氧化錫(FTO);氧化鎘(CdO);氧化鋅銦錫(ZITO);鋁鋅氧化物(AZO);鋁(Al);金(Au);鈣(Ca);鎂(Mg);鈦(Ti);鋼;碳(和其同素異形體)；及其組合。
[0069 ]介孔材料(例如圖9的介孔層3904中所包括的材料)可以包括任何含孔的材料。在一些實(shí)施方案中，孔可以具有在約I至約10nm范圍內(nèi)的直徑;在其它實(shí)施方案中，孔直徑范圍可為從約2到約50nm。合適的介孔材料包括以下中的任何一種或多種:本文其它部分論述的任何界面材料和/或介孔材料;鋁(Al);鉍(Bi);銦(In);鉬(Mo);鈮(Nb);鎳(Ni);硅(Si);鈦(Ti);釩(V);鋅(Zn);鋯(Zr);前述金屬中的任何一種或多種的氧化物(如氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯等)；前述金屬中的任何一種或多種的硫化物;前述金屬中的任何一種或多種的氮化物;及其組合。
[0070]光敏材料(例如，圖9的第一光敏材料3906或第二光敏材料3908)可以包括任何光敏化合物，例如硅(在某些情況下，單晶硅)、碲化鎘、硫化鎘、砸化鎘、銅銦鎵砸化物、砷化鎵、鍺銦磷化物、一種或多種半導(dǎo)體聚合物、以及它們的組合中的任何一種或多種。在某些實(shí)施方案中，光敏材料可以替代地或另外包括染料(例如，N719、N3、其它釕基染料)。在一些實(shí)施方案中，可將染料(無(wú)論任何組成的染料)涂覆在另一層(例如，介孔層和/或界面層)上。在一些實(shí)施方案中，光敏材料可以包含一種或多種I丐鈦礦材料。含I丐鈦礦材料的光敏物質(zhì)可以是固體形式的，或在一些實(shí)施方案中，它可以采取包括含鈣鈦礦材料的懸浮液或溶液的染料的形式?？梢詫⑦@種溶液或懸浮液以類似于其它染料的方式涂覆到其它器件組件上。在一些實(shí)施方案中，可以借助任何合適的方法(例如，氣相沉積、溶液沉積、固體材料的直接放置等)沉積固態(tài)含鈣鈦礦的材料。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案的器件可以包括一種、二種、三種或更多種的光敏化合物(例如，一種、兩種、三種或更多種的鈣鈦礦材料、染料、或它們的組合)。在包括多種染料或其它光敏材料的某些實(shí)施方案中，兩種或更多種染料或其它光敏材料中的每一種都可以由一個(gè)或多個(gè)界面層分離。在一些實(shí)施方案中，多種染料和/或光敏化合物可以至少部分相互混合。
[0071 ]電荷傳輸材料(例如，圖9中的電荷傳輸層3910的電荷傳輸材料)可以包括固態(tài)電荷傳輸材料(即，通俗標(biāo)記的固態(tài)電解質(zhì))，或者它可以包括液體電解質(zhì)和/或離子液體。液體電解質(zhì)、離子液體和固態(tài)電荷傳輸材料中的任意一種都可以被稱為電荷傳輸材料。此處所用的“電荷傳輸材料”指的是能夠收集電荷載流子和/或傳輸電荷載流子的任何材料、固體、液體或其它物質(zhì)。例如，在根據(jù)一些實(shí)施方案的PV器件中，電荷傳輸材料能夠?qū)㈦姾奢d流子傳輸?shù)诫姌O。電荷載流子可以包括空穴(其傳輸可以使得電荷傳輸材料正好被適當(dāng)標(biāo)記為“空穴傳輸材料”)和電子?？梢韵蜿?yáng)極傳輸空穴，可以向陰極傳輸電子，這取決于電荷傳輸材料相對(duì)于P V或其它器件中陰極或陽(yáng)極的位置。根據(jù)一些實(shí)施方案的電荷傳輸材料的適合的實(shí)例可以包括以下中的任意一種或多種:鈣鈦礦材料；I—/I3—;鈷絡(luò)合物;聚噻吩(例如，聚(3-己基噻吩)及其衍生物，或P3HT);咔唑基共聚物，例如聚十七烷基咔唑聯(lián)硫環(huán)戊二稀苯并噻二挫(polyheptadecanylcarbazoIe dithienylbenzothiadiazole)及其衍生物(例如，P⑶TBT);其它共聚物，例如聚環(huán)戊二噻吩-苯并噻二唑以及它們的衍生物(例如，PCPDTBT);聚(三芳基胺)化合物及其衍生物(例如，PTAA);螺-OMeTAD;富勒烯和/或富勒烯衍生物(例如，C60、PCBM);以及它們的組合。在某些實(shí)施方案中，電荷傳輸材料可以包括能夠收集電荷載流子(電子或空穴)的且/或能夠傳輸電荷載流子的固態(tài)或液態(tài)的任何材料。因此，一些實(shí)施方案的電荷傳輸材料可以是η-型或P-型活性和/或半導(dǎo)電材料。電荷傳輸材料可以被布置靠近器件的一個(gè)電極。一些實(shí)施方案中，它可以相鄰于電極布置，盡管在其它實(shí)施方案中，界面層可布置在電荷傳輸材料與電極之間(如例如圖9中以第五界面層3911顯示的)。在某些實(shí)施方案中，電荷傳輸材料的類型可以根據(jù)其所靠近的電極來(lái)選擇。例如，如果電荷傳輸材料收集和/或傳輸空穴，它可以靠近陽(yáng)極，以便將空穴傳輸?shù)疥?yáng)極。然而，電荷傳輸材料可以代之以被布置靠近陰極，且被選擇或構(gòu)造以便將電子傳輸?shù)疥帢O。
[0072]如前提及的，根據(jù)各種實(shí)施方案的器件可以任選地包括在任何兩個(gè)其它層和/或材料之間的界面層，盡管根據(jù)一些實(shí)施方案的器件不必包含任何界面層。因此，例如，鈣鈦礦材料器件可包含零個(gè)、一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)界面層(例如圖9的示例性器件，其包含五個(gè)界面層3903、3905、3907、3909和3911)。界面層可以包括根據(jù)本文前述實(shí)施方案的薄涂層界面層(例如，包括氧化鋁和/或其它金屬-氧化物顆粒，和/或二氧化鈦/金屬-氧化物雙層，和/或根據(jù)本文其它部分所述的薄涂層界面層的其它化合物)。根據(jù)一些實(shí)施方案的界面層可以包括任何適合于增強(qiáng)在兩個(gè)層或材料之間的電荷傳輸和/或收集的材料;它也可以幫助防止或減少一旦電荷被傳輸遠(yuǎn)離相鄰于界面層的材料之一時(shí)電荷重組的可能性。合適的界面材料可以包括以下中的任何一種或多種:本文其它部分所述的任何介孔材料和/或界面材料;Al;Bi ; In;Mo; Ni ;鉑(Pt); Si ; Ti ; V;Nb; Zn; Zr;任何上述金屬的氧化物(如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦);任何上述金屬的硫化物;任何上述金屬的氮化物;官能化或非官能化的烷基甲硅烷基;石墨；石墨烯；富勒烯;碳納米管；以及它們的組合(在一些實(shí)施方案中，包括組合材料的雙層)。在一些實(shí)施方案中，界面層可以包括鈣鈦礦材料。
[0073]根據(jù)圖9的程式化表示的器件在一些實(shí)施方案中可以是PV，例如DSSC、BHJ或混合太陽(yáng)能電池。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)圖9的器件可以構(gòu)成并聯(lián)或串聯(lián)的多單元PV、電池組、混合PV電池組、FET、LED和/或本文所述的任何其它器件。例如，一些實(shí)施方案的BHJ可以包括對(duì)應(yīng)于電極3902和3912的兩個(gè)電極，和在異質(zhì)結(jié)界面中包括至少兩種材料的活性層(例如活性層3950的材料和/或?qū)又械娜我鈨蓚€(gè))。在某些實(shí)施方案中，其它器件(例如混合PV電池組、并聯(lián)或串聯(lián)多單元PV等)可以包括包含鈣鈦礦材料的活性層，其對(duì)應(yīng)于圖9的活性層3950。簡(jiǎn)言之，圖9的示范性器件的圖示的程式化性質(zhì)絕不應(yīng)限制根據(jù)圖9的各種實(shí)施方案的器件的可允許結(jié)構(gòu)或架構(gòu)。
[0074]將按照示例性器件的進(jìn)一步的程式化圖示來(lái)論述鈣鈦礦器件的另外的更具體的示例性實(shí)施方案。圖11-12的這些圖示的程式化性質(zhì)類似地并非旨在限制在一些實(shí)施方案中可以根據(jù)圖11-12中的任意一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造的器件的類型。即，可以對(duì)圖11-12中展現(xiàn)的架構(gòu)根據(jù)任何合適的手段(包括本文其它部分明確論述的那些及其它適合的手段，其對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是清楚易見(jiàn)的)進(jìn)行適應(yīng)性修改以提供本公開(kāi)內(nèi)容的其它實(shí)施方案的MlJ、電池組、FET、混合PV電池組、串聯(lián)多單元PV、并聯(lián)多單元PV及其它類似的器件。
[0075]圖10示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案的示例性器件4100。器件4100例示了包括第一玻璃襯底4101和第二玻璃襯底4109的實(shí)施方案。每一個(gè)玻璃襯底都具有布置在其內(nèi)表面上的FTO電極(分別為第一電極4102和第二電極4108)，每一個(gè)電極都具有沉積在其內(nèi)表面上的界面層:將T12第一界面層4103沉積在第一電極4102上，將Pt第二界面層4107沉積在第二電極4108上。夾在兩界面層之間的是:介孔層4104(包括T12);光敏材料4105(包括鈣鈦礦材料MAPbI3);和電荷傳輸層4106(在此包括CsSnI3)。
[0076]圖11示出了省略了介孔層的示例性器件4300。器件4300包括夾在第一界面層4303和第二界面層4305之間(分別包括二氧化鈦和氧化鋁)的鈣鈦礦材料光敏化合物4304(包括MAPbI3)。將二氧化鈦界面層4303涂覆在FTO第一電極4302上，又將所述FTO第一電極4302布置在玻璃襯底4301的內(nèi)表面上。將螺-OMeTAD電荷傳輸層4306涂覆在氧化鋁界面層4305上，并布置在金第二電極4307的內(nèi)表面上。
[0077]如同對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言清楚易見(jiàn)的，各個(gè)其它實(shí)施方案是可能的，例如有多個(gè)光敏層的器件(例如由圖9的示例性器件的光敏層3906和3908例示的)。在一些實(shí)施方案中，如上面所論述的，每個(gè)光敏層都可以由界面層(如圖9中第三界面層3907所示)分離。此外，介孔層可以布置在電極上，例如如圖9中布置在第一電極3902上的介孔層3904所示的。雖然圖9示出了布置于兩者之間的居間界面層3903，但在一些實(shí)施方案中，介孔層可以直接布置在電極上。
[0078]另外的鈣鈦礦材料器件實(shí)例
[0079]其它示例性鈣鈦礦材料器件架構(gòu)對(duì)于受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是清楚易見(jiàn)的。實(shí)例包括但不限于，含具有以下架構(gòu)中任一種的活性層的器件:(I)液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-介孔層；(2)鈣鈦礦材料-染料-介孔層；(3)第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-介孔層；(4)第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料；(5)第一鈣鈦礦材料-染料-第二鈣鈦礦材料；(6)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料；(7)固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層；(8)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層；(9)固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層;及(10)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。每個(gè)示例性架構(gòu)的各個(gè)組件(例如，介孔層、電荷傳輸材料等)可以按照以上針對(duì)每一個(gè)組件所論述的。此外，以下更詳細(xì)地論述每一個(gè)示例性架構(gòu)。
[0080]作為上述活性層中的一些的具體實(shí)例，在一些實(shí)施方案中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實(shí)施方案的活性層基本上可以具有架構(gòu):液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-介孔層。任何液體電解質(zhì)都可以是合適的；任何介孔層(例如，T12)都可以是合適的。在一些實(shí)施方案中，可以將鈣鈦礦材料沉積在介孔層上，并在其上涂覆有液體電解質(zhì)。一些這種實(shí)施方案的鈣鈦礦材料可以至少部分地充當(dāng)染料(因此，它可以是光敏的)。[0081 ]在其它示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括鈣鈦礦材料、染料和介孔層。某些這類實(shí)施方案的活性層基本上可以具有架構(gòu):鈣鈦礦材料-染料-介孔層?？梢詫⑷玖贤扛苍诮榭讓由?，可以將鈣鈦礦材料布置在涂覆有染料的介孔層上。在某些此類實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料可以起到空穴傳輸材料的作用。
[0082]在另外其它的示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、第二鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-介孔層。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以各自包括相同的一種或多種鈣鈦礦材料，或者它們可以包含不同的鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個(gè)可以是光敏的(例如，此類實(shí)施方案的第一鈣鈦礦材料和/或第二鈣鈦礦材料可以至少部分地起到染料的作用)。
[0083]在某些示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以各自包括相同的一種或多種鈣鈦礦材料，或者它們可以包括不同的鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個(gè)可以是光敏的(例如，此類實(shí)施方案的第一鈣鈦礦材料和/或第二鈣鈦礦材料可以至少部分地起到染料的作用)。此外，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個(gè)都能夠起到空穴傳輸材料的作用。在一些實(shí)施方案中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料之一起到電子傳輸材料的作用，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的另一個(gè)起到染料的作用。在一些實(shí)施方案中，可以將第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料以達(dá)到第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料之間的高界面面積的方式布置在活性層內(nèi)，例如圖5中為第一活性材料2810和第二活性材料2815分別示出的布置中的(或者圖4中由P-型材料2618和η-型材料2620分別類似示出的)。
[0084]在其它的示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、染料和第二鈣鈦礦材料。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):第一鈣鈦礦材料-染料-第二鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一種可以起到電荷傳輸材料的作用，第一鈣鈦礦材料和第二類鈣鈦礦材料中的另一種可以起到染料的作用。在一些實(shí)施方案中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料二者都可以至少部分地提供重疊、相似和/或相同的功能(例如，兩者都可以充當(dāng)染料和/或兩者都可以充當(dāng)空穴傳輸材料)。
[0085]在一些其它示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料和鈣鈦礦材料。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料。例如，可以將鈣鈦礦材料和固態(tài)電荷傳輸材料以達(dá)到高界面面積的方式布置在活性層中，例如圖5中為第一活性材料2810和第二活性材料2815分別示出的布置中的(或者圖4中由P-型材料2618和η-型材料2620分別類似示出的)。
[0086]在其它示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料、染料、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層。某些其它此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。一些實(shí)施方案中的鈣鈦礦材料可以充當(dāng)?shù)诙玖?。在這種實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料增大由包括這種實(shí)施方案的活性層的PV或其它器件所吸收的可見(jiàn)光的光譜的寬度。在某些實(shí)施方案中，鈣鈦礦材料還可以或替代地充當(dāng)在染料和介孔層之間以及/或者在染料和電荷傳輸材料之間的界面層。
[0087]在一些示例性實(shí)施方案中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、染料、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層。某些其它此類實(shí)施方案中的活性層基本上可以具有架構(gòu):固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。鈣鈦礦材料可以充當(dāng)光敏材料、界面層和/或它們的組合。
[0088]一些實(shí)施方案提供包括鈣鈦礦材料的BHJ PV器件。例如，一些實(shí)施方案的BHJ可以包括光敏層(例如，圖3的光敏層2404)，其可以包含一種或多種鈣鈦礦材料。這種BHJ的光敏層還可以或者替代地包括以上針對(duì)DSSC活性層論述的以上列出的示例性組件中的任意一個(gè)或多個(gè)。此外，在一些實(shí)施方案中，BHJ光敏層可以具有根據(jù)上述DSSC活性層的任意一種示例性實(shí)施方案的架構(gòu)。
[0089]在一些實(shí)施方案中，任何PV或其它類似器件可以包括根據(jù)上述成分和/或架構(gòu)中的任意一個(gè)或多個(gè)的活性層。例如，包括鈣鈦礦材料的活性層可以被包括在混合PV電池組中，例如，作為在圖6中所示的示例性混合PV電池組中的PV活性層3603和/或作為圖6的電池組活性層3605。作為另一個(gè)示例性實(shí)施方案，包括鈣鈦礦材料的活性層可以包括在多光敏層PV電池中，例如圖7的程式化圖中所示的示例性電池的第一光敏層3701和第二光敏層3705中的任意一個(gè)或二者。包括具有鈣鈦礦材料的活性層的這個(gè)多光敏層PV電池可以進(jìn)一步包含在一系列電耦合的多光敏層PV電池中(在一些實(shí)施方案中，根據(jù)例如圖8Α中所示的結(jié)構(gòu))。
[0090]在一些實(shí)施方案中，本文所述的包含在PV或其它器件中的包括鈣鈦礦材料的任何活性層可以進(jìn)一步包括本文論述為適合于包含在活性層中的任意各種另外的材料。例如，包括鈣鈦礦材料的任何活性層可以進(jìn)一步包括根據(jù)本文所述各個(gè)實(shí)施方案的界面層(例如，薄涂層界面層)。作為進(jìn)一步的實(shí)例，包括鈣鈦礦材料的活性層可以進(jìn)一步包括捕光層，例如圖2所示的示例性PV中所示的捕光層1601。
[0091]因此，本發(fā)明非常適于達(dá)到所提及的目的和優(yōu)點(diǎn)，以及那些在其中所固有的優(yōu)點(diǎn)。以上公開(kāi)的具體實(shí)施方案僅是示例說(shuō)明性的，因?yàn)榭梢詫?duì)本發(fā)明以對(duì)于受益于本文教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言清楚易見(jiàn)的不同但等效的方式加以修改和實(shí)踐。此外，除了在所附權(quán)利要求書中所述的以外，沒(méi)有任何意圖局限于本文所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然，可以對(duì)以上公開(kāi)的具體示例性實(shí)施方案改變或修改，所有此類變化都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。特別是，本文公開(kāi)的(“從約a到約b”，或者等效地，“從約a到b”，或者等效地，“從約a-b”形式的)數(shù)值的每一個(gè)范圍應(yīng)理解為指代數(shù)值的各自范圍的冪集(全部子集的集合)，闡述了包括在數(shù)值的較寬范圍內(nèi)的每一個(gè)范圍。此外，權(quán)利要求書中的術(shù)語(yǔ)具有其平常普通的含義，除非由專利權(quán)人另外明確且清楚地限定了。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.光伏器件，包括: 第一電極； 第二電極； 活性層，所述活性層至少部分地布置在所述第一電極和所述第二電極之間，所述活性層包含: 光敏材料，包括鈣鈦礦材料； 介孔材料，包括N1;和 界面層，包括ZnO。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述鈣鈦礦材料具有式CMX3,其中，(:包括一種或多種陽(yáng)離子，所述陽(yáng)離子各自選自:I族金屬陽(yáng)離子、2族金屬陽(yáng)離子、有機(jī)陽(yáng)離子及其組合； 其中，M包括一種或多種金屬，所述金屬各自選自:Fe、Co、N1、Cu、Sn、Pb、B1、Ge、T1、Zn及其組合;且 其中，X包括一種或多種陰離子，所述陰離子各自選自:鹵化物離子、硫化物離子、砸化物離子及其組合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種齒化物尚子。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述鈣鈦礦材料布置在所述介孔材料和所述界面層之間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏器件，其中所述鈣鈦礦材料布置在相鄰于所述介孔材料和所述界面層中的每一個(gè)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏器件，其中所述介孔材料靠近所述第一電極，所述界面層靠近所述第二電極。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏器件，其中所述介孔材料比所述界面層更靠近所述第一電極;并且其中所述界面層比所述介孔材料更靠近所述第二電極。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述界面層布置在所述介孔材料與所述電極之一之間，并與它們相鄰。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光伏器件，其中所述第一電極是陽(yáng)極，且所述第二電極是陰極。13.光伏器件，包括: 第一電極； 第二電極;和 活性層，所述活性層至少部分地布置在所述第一電極和所述第二電極之間，所述活性層包含:N1、鈣鈦礦材料和ZnO，其中，所述鈣鈦礦材料具有式CMX3，并布置在所述N1與所述ZnO之間； 其中，C包括一種或多種陽(yáng)離子，所述陽(yáng)離子各自選自:I族金屬陽(yáng)離子、2族金屬陽(yáng)離子、有機(jī)陽(yáng)離子及其組合； 其中，M包括一種或多種金屬，所述金屬各自選自:Fe、Co、N1、Cu、Sn、Pb、B1、Ge、T1、Zn及其組合;且 其中，X包括一種或多種陰離子，所述陰離子各自選自:鹵化物離子、硫化物離子、砸化物離子及其組合。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述N1是介孔材料。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述N1構(gòu)成界面層的至少一部分。20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述ZnO構(gòu)成界面層的至少一部分。21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述ZnO是介孔材料。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光伏器件，其中，所述N1靠近所述第一電極，所述ZnO靠近所述第二電極;并且進(jìn)一步地，其中，所述第一電極是陽(yáng)極，所述第二電極是陰極。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光伏器件，其中，所述N1靠近所述第一電極，所述ZnO靠近所述第二電極;且進(jìn)一步地，其中，所述第一電極是陽(yáng)極，所述第二電極是陰極。24.光伏器件，包括: 第一電極； 第二電極;和 活性層，所述活性層至少部分地布置在所述第一電極和所述第二電極之間，所述活性層包含: 第一界面層，包括N1; 第二界面層，包括ZnO;和 光敏層，所述光敏層布置在所述第二界面層與所述第一界面層之間，所述光敏層包括鈣鈦礦，所述鈣鈦礦具有式CMX3 ； 其中，C包括一種或多種陽(yáng)離子，所述陽(yáng)離子各自選自:I族金屬陽(yáng)離子、2族金屬陽(yáng)離子、有機(jī)陽(yáng)離子及其組合； 其中，M包括一種或多種金屬，所述金屬各自選自:Fe、Co、N1、Cu、Sn、Pb、B1、Ge、T1、Zn及其組合;且 其中，X包括一種或多種陰離子，所述陰離子各自選自:鹵化物離子、硫化物離子、砸化物離子及其組合。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中C是甲基銨陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Pb，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中C是甲脒陽(yáng)離子，M是Sn，且其中X包括一種或多種鹵化物離子。29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中，所述光敏層布置在相鄰于所述第二界面層和所述第一界面層中的每一個(gè)。30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中: 所述第一界面層比所述第二界面層更靠近所述第一電極； 所述第二界面層比所述第一界面層更靠近所述第二電極;且 所述第一電極是陽(yáng)極，所述第二電極是陰極。
【文檔編號(hào)】H01L51/46GK105934807SQ201480074039
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2014年11月24日
【發(fā)明人】M·D·歐文, J·A·丘特
【申請(qǐng)人】亨特能量企業(yè)有限公司