BR112019021770A2 - método de processamento de material híbrido de perovskita e material de perovskita - Google Patents

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MIELCZAREK Kamil
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Abstract

um método para preparar materiais de perovskita fotoativos. o método compreende as etapas de: introduzir um halogeneto de chumbo e um primeiro solvente a um primeiro vaso e colocar o halogeneto de chumbo em contato com o primeiro solvente para dissolver o halogeneto de chumbo para formar uma solução de halogeneto de chumbo, introduzir um halogeneto de metal do grupo 1 e um segundo solvente em um segundo vaso e colocar em contato com o halogeneto de metal do grupo 1 com o segundo solvente para dissolver o halogeneto de metal do grupo 1 para formar uma solução de halogeneto de metal do grupo 1 e colocar a solução de halogeneto de chumbo em contato com a solução de halogeneto de metal do grupo 1 para formar uma tinta precursora de película fina. o método compreende ainda depositar a tinta precursora de película fina sobre um substrato, secar a tinta precursora de película fina para formar uma película fina, recozer a película fina; e enxaguar a película fina com uma solução salina.

Description

“MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE MATERIAL HÍBRIDO DE PEROVSKITA E MATERIAL DE PEROVSKITA” ANTECEDENTES [0001] O uso de fotovoltaicos (PVs) para gerar energia elétrica a partir de energia solar ou radiação pode fornecer muitos benefícios, incluindo, por exemplo, uma fonte de energia, emissões baixas ou nulas, produção de energia independente da rede elétrica, estruturas físicas duráveis (sem partes móveis), sistemas estáveis e confiáveis, construção modular, instalação relativamente rápida, fabricação e uso seguros e boa opinião pública e aceitação de uso.
[0002] As características e vantagens da presente revelação serão prontamente aparentes para aqueles versados na técnica. Embora numerosas alterações possam ser feitas por aqueles versados na técnica, tais alterações encontram-se dentro do espírito da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0003] A Figura 1 é uma ilustração do projeto DSSC que descreve várias camadas do DSSC de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0004] A Figura 2 é outra ilustração do projeto do DSSC que descreve várias camadas do DSSC de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0005] A Figura 3 é uma ilustração exemplificadora do projeto do dispositivo BHJ de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0006] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma célula fotovoltaica típica, incluindo uma camada ativa de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0007] A Figura 5 é um esquema de um dispositivo DSSC de estado sólido típico de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0008] A Figura 6 é um diagrama estilizado que ilustra componentes de um dispositivo PV exemplificador de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
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2/55 [0009] A Figura 7 é um diagrama estilizado que mostra os componentes de um dispositivo PV exemplificador de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0010] A Figura 8 é um diagrama estilizado que mostra os componentes de um dispositivo PV exemplificador de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0011] A Figura 9 é um diagrama estilizado que mostra componentes de um dispositivo PV exemplificador de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERENCIAIS [0012] As melhorias em vários aspectos das tecnologias PV compatíveis com os PVs orgânicos, não orgânicos e/ou híbridos prometem reduzir ainda mais o custo dos OPVs e de outros PVs. Por exemplo, algumas células solares, como células solares sensibilizadas por corante no estado sólido, podem tirar vantagem de novos componentes alternativos econômicos e de alta estabilidade, como materiais de transporte de carga no estado sólido (ou, coloquialmente, “eletrólitos no estado sólido”). Além disso, vários tipos de células solares podem vantajosamente incluir materiais interfaciais e outros que podem, entre outras vantagens, ser mais econômicos e duráveis do que as opções convencionais atualmente existentes.
[0013] A presente revelação refere-se geralmente a composições de matéria, aparelho e métodos de uso de materiais em células fotovoltaicas na criação de energia elétrica a partir de radiação solar. Mais especificamente, esta revelação se refere a composições fotoativas e outras composições de matéria, bem como aparelhos, métodos de uso e formação de tais composições de matéria.
[0014] Exemplos dessas composições de matéria podem incluir, por exemplo, materiais de transporte de orifícios e/ou materiais que podem ser adequados para uso como, por exemplo, camadas interfaciais, corantes e/ou outros elementos de dispositivos PV. Tais compostos podem ser implementados
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3/55 em uma variedade de dispositivos PV, tais como células de heterojunção (por exemplo, bicamada e em massa), células híbridas (por exemplo, compostos orgânicos com CHaNHaPbh, nanobastões de ZnO ou pontos quânticos de PbS) e DSSCs (células solares sensibilizadas por corante). As últimas mencionadas, DSSCs, existem em três formas: eletrólitos à base de solvente, eletrólitos líquidos iônicos e transportadores de orifícios de estado sólido (ou DSSCs de estado sólido, isto é, SS-DSSCs). As estruturas SS-DSSC de acordo com algumas modalidades podem estar substancialmente livres de eletrólitos, contendo materiais de transporte de orifícios, tais como espiro-OMeTAD, CsSnh e outros materiais ativos.
[0015] Alguns ou todos os materiais de acordo com algumas modalidades da presente revelação também podem ser utilizados vantajosamente em qualquer dispositivo orgânico ou outro dispositivo eletrônico, com alguns exemplos incluindo, mas não se limitando a: baterias, transistores de efeito de campo (FETs), diodos emissores de luz (LEDs), dispositivos ópticos não lineares, menristores, capacitores, retificadores e/ou antenas de retificação.
[0016] Em algumas modalidades, a presente revelação pode fornecer PV e outros dispositivos similares (por exemplo, baterias, baterias PV híbridas, PVs de múltiplas junções, FETs, LEDs, etc.). Tais dispositivos podem, em algumas modalidades, incluir material ativo melhorado, camadas interfaciais e/ou um ou mais materiais de perovskita. Um material de perovskita pode ser incorporado em vários de um ou mais aspectos de um PV ou outro dispositivo. Um material de perovskita de acordo com algumas modalidades pode ser da fórmula geral CMX3, em que: C compreende um ou mais cátions (por exemplo, uma amina, amônio, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos semelhantes a cátions); M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti e Zr); e X compreende um ou mais ânions. Os materiais de perovskita de acordo com várias modalidades são discutidos em mais detalhes abaixo.
Células fotovoltaicas e outros dispositivos eletrônicos
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4/55 [0017] Algumas modalidades de PV podem ser descritas por referência a várias representações ilustrativas de células solares, como mostrado nas Figuras 1,3, 4 e 5. Por exemplo, uma arquitetura PV exemplificadora de acordo com algumas modalidades pode ser substancialmente da forma substratoanodo-IFL-camada ativa-IFL-cátodo. A camada ativa de algumas modalidades pode ser fotoativa e/ou pode incluir material fotoativo. Outras camadas e materiais podem ser utilizados na célula, como é conhecido na técnica. Além disso, deve-se notar que o uso do termo camada ativa não tem a intenção de restringir ou definir de outra forma, explícita ou implicitamente, as propriedades de qualquer outra camada - por exemplo, em algumas modalidades, uma ou ambas as IFLs podem também ser ativos na medida em que possam ser semicondutores. Em particular, referindo-se à Figura 4, uma célula PV genérica estilizada 2610 é representada, ilustrando a natureza altamente interfacial de algumas camadas dentro do PV. O PV 2610 representa uma arquitetura genérica aplicável a vários dispositivos fotovoltaicos, como modalidades de PV de DSSC. A célula fotovoltaica 2610 inclui uma camada transparente 2612 de vidro (ou material similarmente transparente à radiação solar) que permite que a radiação solar 2614 transmita através da camada. A camada transparente de algumas modalidades também pode ser referida como substrato (por exemplo, como com a camada de substrato 1507 da Figura 1), e pode compreender qualquer um ou mais dentre uma variedade de materiais rígidos ou flexíveis, como: vidro, polietileno, PET, Kapton, quartzo, folha de alumínio, folha de ouro ou aço. A camada fotoativa 2616 é composta de material doador de elétrons ou do tipo p 2618 e material aceitador de elétrons ou do tipo n 2620. A camada ativa ou, como representado na Figura 4, a camada fotoativa 2616, é imprensada entre duas camadas de eletrodo eletricamente condutoras 2622 e 2624. Na Figura 4, a camada de eletrodo 2622 é um material ITO. Como observado anteriormente, uma camada ativa de algumas modalidades não precisa necessariamente ser fotoativa, embora no dispositivo mostrado na Figura 4 ela seja. A camada de eletrodo 2624 é um material de alumínio. Outros materiais podem ser utilizados
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5/55 como é conhecido na técnica. A célula 2610 também inclui uma camada interfacial (IFL) 2626, mostrada no exemplo da Figura 4 como um material PEDOT:PSS. A IFL pode ajudar na separação de carga. Em algumas modalidades, a IFL 2626 pode compreender um composto orgânico fotoativo de acordo com a presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como uma película fina. Em outras modalidades, a IFL 2626 pode compreender uma bicamada de camada fina, que é discutida em mais detalhes abaixo. Também pode haver uma IFL 2627 no lado do cátodo de alumínio do dispositivo. Em algumas modalidades, a IFL 2627 no lado do cátodo de alumínio do dispositivo pode também ou, em vez disso, compreender um composto orgânico fotoativo de acordo com a presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como uma película fina. Em outras modalidades, a IFL 2627 no lado do cátodo de alumínio do dispositivo pode também ou, em vez disso, compreender uma bicamada de camada fina (novamente, discutida em maior detalhe abaixo). Uma IFL de acordo com algumas modalidades pode ter caráter semicondutor e pode ser do tipo p ou do tipo n. Em algumas modalidades, a IFL no lado do cátodo do dispositivo (por exemplo, IFL 2627, como mostrado na Figura 4) pode ser do tipo p, e a IFL no lado do ânodo do dispositivo (por exemplo, IFL 2626, como mostrado na Figura 4) pode ser do tipo n. Em outras modalidades, no entanto, a IFL do lado do cátodo pode ser do tipo n e a IFL do lado do ânodo pode ser do tipo p. A célula 2610 está conectada aos condutores 2630 e a uma unidade de descarga 2632, como uma batería.
[0018] Ainda outras modalidades podem ser descritas por referência à Figura 3, que descreve um projeto de dispositivo BHJ estilizado e inclui: substrato de vidro 2401; eletrodo ITO (óxido de índio dopado com estanho) 2402; camada interfacial (IFL) 2403; camada fotoativa 2404; e cátodos de LiF/AI 2405. Os materiais de construção da BHJ mencionados são meros exemplos; qualquer outra construção BHJ conhecida na técnica pode ser usada de acordo com a presente revelação. Em algumas modalidades, a camada fotoativa 2404 pode
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6/55 compreender qualquer um ou mais materiais que a camada ativa ou fotoativa 2616 do dispositivo da Figura 4 pode compreender.
[0019] A Figura 1 é uma ilustração simplificada de PVs de DSSC de acordo com algumas modalidades, aqui referidas para fins de ilustrar a montagem de tais PVs exemplificadores. Um exemplo de DSSC, como mostrado na Figura 1, pode ser construído de acordo com o seguinte: a camada de eletrodo 1506 (mostrada como óxido de estanho dopado com flúor, FTO) é depositada em uma camada de substrato 1507 (mostrada como vidro). A camada mesoporosa ML 1505 (que pode, em algumas modalidades, ser T1O2) é depositada na camada de eletrodo 1506, então, 0 fotoeletrodo (até agora compreendendo a camada de substrato 1507, camada de eletrodo 1506 e camada mesoporosa 1505) é embebido em solvente (não mostrado) e corante 1504. Isso deixa 0 corante 1504 ligado à superfície da ML. Um contraeletrodo separado é feito compreendendo a camada de substrato 1501 (também mostrada como vidro) e a camada de eletrodo 1502 (mostrada como Pt/FTO). O fotoeletrodo e 0 contraeletrodo são combinados, imprensando as várias camadas 1502-1506 entre as duas camadas de substrato 1501 e 1507, como mostrado na Figura 1, e permitindo que as camadas de eletrodo 1502 e 1506 sejam utilizadas como cátodo e ânodo, respectivamente. Uma camada de eletrólito 1503 é depositada diretamente no fotoeletrodo concluído após a camada de corante 1504 ou através de uma abertura no dispositivo, tipicamente um orifício pré-perfurado por jateamento de areia no substrato de contraeletrodo 1501. A célula também pode ser conectada aos fios e a uma unidade de descarga, como uma batería (não mostrada). A camada de substrato 1507 e a camada de eletrodo 1506 e/ou a camada de substrato 1501 e a camada de eletrodo 1502 devem ter transparência suficiente para permitir que a radiação solar passe para 0 corante fotoativo 1504. Em algumas modalidades, 0 contraeletrodo e/ou fotoeletrodo pode ser rígido, enquanto em outros um ou ambos podem ser flexíveis. As camadas de substrato de várias modalidades podem compreender qualquer um ou mais dentre: vidro, polietileno, PET,
Petição 870190104631, de 16/10/2019, pág. 174/236
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Kapton, quartzo, folha de alumínio, folha de ouro e aço. Em certas modalidades, uma DSSC pode ainda incluir uma camada de captação de luz 1601, como mostrado na Figura 2, para espalhar a luz incidente a fim de aumentar o comprimento do caminho da luz através da camada fotoativa do dispositivo (aumentando assim a probabilidade de a luz ser absorvida na camada fotoativa).
[0020] Em outras modalidades, a presente revelação fornece DSSCs de estado sólido. As DSSCs de estado sólido de acordo com algumas modalidades podem fornecer vantagens como falta de vazamento e/ou problemas de corrosão que podem afetar DSSCs compreendendo eletrólitos líquidos. Além disso, um transportador de carga de estado sólido pode fornecer uma física mais rápida do dispositivo (por exemplo, transporte de carga mais rápido). Além disso, os eletrólitos de estado sólido podem, em algumas modalidades, ser fotoativos e, portanto, contribuir para a energia derivada de um dispositivo DSSC de estado sólido.
[0021] Alguns exemplos de DSSCs de estado sólido podem ser descritos por referência à Figura 5, que é um esquema estilizado de uma típica DSSC de estado sólido. Como no exemplo da célula solar representada, por exemplo, na Figura 4, uma camada ativa composta de primeiro e segundo materiais ativos (por exemplo, condutor e/ou semicondutor) (2810 e 2815, respectivamente) é imprensada entre os eletrodos 2805 e 2820 (mostrados na Figura 5 como Pt/FTO e FTO, respectivamente). Na modalidade mostrada na Figura 5, o primeiro material ativo 2810 é um material ativo do tipo p e compreende um eletrólito de estado sólido. Em certas modalidades, o primeiro material ativo 2810 pode compreender um material orgânico, como espiro-OMeTAD e/ou poli(3hexiltiofeno), um complexo binário inorgânico, ternário, quaternário ou superior, qualquer material semicondutor sólido ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro material ativo pode adicionalmente, ou em vez disso, compreender um óxido e/ou um sulfeto e/ou um seleneto e/ou um iodeto (por exemplo, CsSnh). Assim, por exemplo, o primeiro material ativo de algumas modalidades pode compreender material do tipo p de estado sólido,
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8/55 que pode compreender sulfeto de cobre e índio, e em algumas modalidades, pode compreender seleneto de cobre e índio e gálio. O segundo material ativo 2815 mostrado na Figura 5 é material ativo tipo n e compreende T1O2 revestido com um corante. Em algumas modalidades, 0 segundo material ativo pode igualmente compreender um material orgânico, como espiro-OMeTAD, um complexo binário inorgânico, ternário, quaternário ou superior, ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, 0 segundo material ativo pode compreender um óxido como alumina e/ou pode compreender um sulfeto e/ou pode compreender uma selenida. Assim, em algumas modalidades, 0 segundo material ativo pode compreender sulfeto de índio e cobre e, em algumas modalidades, pode compreender seleneto de cobre e índio e gálio. O segundo material ativo 2815 de algumas modalidades pode constituir uma camada mesoporosa. Além disso, além de ativos, um ou ambos os primeiro e segundo materiais ativos 2810 e 2815 podem ser fotoativos. Em outras modalidades (não mostradas na Figura 5), 0 segundo material ativo pode compreender um eletrólito sólido. Além disso, nas modalidades em que qualquer um dos primeiro e segundo materiais ativos 2810 e 2815 compreendem um eletrólito sólido, 0 dispositivo fotovoltaico pode não ter uma quantidade eficaz de eletrólito líquido. Embora mostrado e referido na Figura 5 como sendo do tipo p, uma camada de estado sólido (por exemplo, 0 primeiro material ativo compreendendo eletrólito sólido) pode, em algumas modalidades, em vez disso, ser semicondutora do tipo n. Em tais modalidades, em seguida, 0 segundo material ativo (por exemplo, T1O2 (ou outro material mesoporoso) como mostrado na Figura 5) revestido com um corante pode ser semicondutor do tipo p (por oposição ao semicondutor do tipo n mostrado em e discutido em relação à Figura 5).
[0022] As camadas de substrato 2801 e 2825 (ambas mostradas na Figura 5 como vidro) formam as respectivas camadas externas superior e inferior da célula exemplificadora da Figura 5). Essas camadas podem compreender qualquer material de transparência suficiente para permitir que a radiação solar passe para a camada ativa/fotoativa que compreende corante, primeiro e
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9/55 segundo material ativo e/ou fotoativo 2810 e 2815, como vidro, polietileno, PET, Kapton, quartzo, folha de alumínio, folha de ouro e/ou aço. Além disso, na modalidade mostrada na Figura 5, o eletrodo 2805 (mostrado como Pt/FTO) é o cátodo e o eletrodo 2820 é o ânodo. Como com a célula solar exemplificadora representada na Figura 4, a radiação solar passa através da camada de substrato 2825 e do eletrodo 2820 para a camada ativa, após o que pelo menos uma porção da radiação solar é absorvida de modo a produzir um ou mais excitons para permitir a geração elétrica.
[0023] Uma DSSC de estado sólido de acordo com algumas modalidades pode ser construída de uma maneira substancialmente semelhante à descrita acima em relação à DSSC representada como estilizada na Figura 1. Na modalidade mostrada na Figura 5, o material ativo do tipo p 2810 corresponde ao eletrólito 1503 da Figura 1; o material ativo do tipo n 2815 corresponde ao corante 1504 e ML 1505 da Figura 1; os eletrodos 2805 e 2820, respectivamente, correspondem às camadas de eletrodo 1502 e 1506 da Figura 1; e as camadas de substrato 2801 e 2825, respectivamente, correspondem às camadas de substrato 1501 e 1507.
[0024] Várias modalidades da presente revelação fornecem materiais e/ou projetos aprimorados em vários aspectos da célula solar e outros dispositivos, incluindo, entre outras coisas, materiais ativos (incluindo camadas de transporte de orifícios e/ou transporte de elétrons), camadas interfaciais e projeto geral de dispositivo.
Camadas Interfaciais [0025] A presente revelação em algumas modalidades fornece materiais e projetos vantajosos de uma ou mais camadas interfaciais dentro de um PV, incluindo IFLs de revestimento fino. As IFLs de revestimento fino podem ser empregues em uma ou mais IFLs de um PV de acordo com várias modalidades discutidas neste documento.
[0026] Primeiro, como observado anteriormente, uma ou mais IFLs (por exemplo, uma ou ambas as IFLs 2626 e 2627, como mostrado na Figura 4)
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10/55 podem compreender um composto orgânico fotoativo da presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como uma película fina. Quando um composto orgânico fotoativo da presente revelação é aplicado como uma SAM, ele pode compreender um grupo de ligação através do qual ele pode ser covalentemente ou de outro modo ligado à superfície de um ou de ambos os ânodos e cátodos. O grupo de ligação de algumas modalidades pode compreender qualquer um ou mais de COOH, S1X3 (em que X pode ser qualquer fração adequada para formar um composto de silício ternário, como Si(OR)3 e SiCh), SO3, PO4H, OH, CH2X (onde X pode compreender um halogeneto de Grupo 17) e O. O grupo de ligação pode ser covalentemente ou de outro modo ligado a uma porção que retira elétrons, uma porção doadora de elétrons e/ou uma porção central. O grupo de ligação pode se conectar à superfície do eletrodo de maneira a formar uma camada direcional e organizada de uma única molécula (ou, em algumas modalidades, múltiplas moléculas) de espessura (por exemplo, onde vários compostos orgânicos fotoativos estão ligados ao ânodo e/ou cátodo). Como observado, a SAM pode se conectar por meio de interações covalentes, mas em algumas modalidades pode se conectar por meio de interações iônicas, de ligação de hidrogênio e/ou de força de dispersão (ou seja, Van Der Waals). Além disso, em certas modalidades, mediante exposição à luz, a SAM pode entrar em um estado excitado zwitteriônico, criando assim uma IFL altamente polarizada, que pode direcionar carregadores de carga de uma camada ativa para um eletrodo (por exemplo, 0 ânodo ou 0 cátodo). Esta injeção aprimorada de transportador de carga pode, em algumas modalidades, ser realizada polindo eletronicamente a seção transversal da camada ativa e, portanto, aumentando as velocidades de desvio do transportador de carga em direção ao respectivo eletrodo (por exemplo, orifício no ânodo; elétrons no cátodo). As moléculas para aplicações de ânodo de algumas modalidades podem compreender compostos sintonizáveis que incluem uma porção doadora de elétrons primária ligada a uma porção central, que por sua vez é ligada a uma porção que retira elétrons, que por sua vez é ligada a um grupo de ligação. Em
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11/55 aplicações de cátodo de acordo com algumas modalidades, as moléculas de IFL podem compreender um composto sintonizável compreendendo uma porção pobre em elétrons ligada a uma porção central, que por sua vez é ligada a uma porção doadora de elétrons, que por sua vez é ligada a um grupo de ligação. Quando um composto orgânico fotoativo é empregado como uma IFL de acordo com tais modalidades, ele pode reter o caráter fotoativo, embora em algumas modalidades ele não precise ser fotoativo.
[0027] Além disso, ou em vez de um composto orgânico fotoativo SAM IFL, um PV de acordo com algumas modalidades pode incluir uma camada interfacial fina (uma camada interfacial de camada fina ou IFL de revestimento fino) revestida em pelo menos uma porção do primeiro ou do segundo material ativo de tais modalidades (por exemplo, primeiro ou segundo materiais ativos 2810 ou 2815, como mostrado na Figura 5). E, por sua vez, pelo menos uma porção da IFL de revestimento fino pode ser revestida com um corante. A IFL de revestimento fino pode ser do tipo n ou p; em algumas modalidades, pode ser do mesmo tipo que o material subjacente (por exemplo, T1O2 ou outros materiais mesoporosos, tais como T1O2 do segundo material ativo 2815). O segundo material ativo pode compreender T1O2 revestido com uma IFL de revestimento fino compreendendo alumina (por exemplo, AI2O3) (não mostrado na Figura 5), que por sua vez é revestida com um corante. As referências aqui feitas a T1O2 e/ou óxido de titânio não se destinam a limitar as razões de óxido de estanho e em tais compostos de óxido de estanho aqui descritos. Ou seja, um composto de titânio pode compreender titânio em qualquer um ou mais de seus vários estados de oxidação (por exemplo, titânio I, titânio II, titânio III, titânio IV) e, portanto, várias modalidades podem incluir quantidades estequiométricas e/ou não estequiométricas de titânio e óxido. Assim, várias modalidades podem incluir (em vez ou além de T1O2) TixOy, em que x pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre 1 e 100. Em algumas modalidades, x pode estar entre aproximadamente 0,5 e 3. Da mesma forma, y pode estar entre aproximadamente 1,5 e 4 (e, novamente, não precisa ser um número inteiro).
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Assim, algumas modalidades podem incluir, por exemplo, ο T1O2 e/ou TÍ2O3. Além disso, 0 titânio em quaisquer razões ou combinação de razões entre titânio e óxido pode ser de qualquer uma ou mais estruturas cristalinas em algumas modalidades, incluindo qualquer uma ou mais de anatase, rutilo e amorfo.
[0028] Outros óxidos metálicos exemplificadores para uso na IFL de revestimento fino de algumas modalidades podem incluir semicondutores óxidos de metal, tais como ZnO, ZrÜ2, Nb2O3, SrTiOs, Ta2Os, NiO, WO3, V2O5 ou M0O3. A modalidade exemplificadora em que 0 segundo (por exemplo, do tipo ri) material ativo compreende T1O2 revestido com uma IFL de revestimento fino que compreende AI2O3 pode ser formado, por exemplo, com um material precursor, tal como ΑΙ(Νθ3)3·χΗ2θ ou qualquer outro material adequado para depositar AI2O3 no T1O2, seguido de recozimento térmico e revestimento de tinta. Nas modalidades exemplificadoras em que um revestimento de M0O3 é em vez disso utilizado, 0 revestimento pode ser formado com um material precursor, tal como Na2Mo4*2H20; enquanto que um revestimento de V2O5 de acordo com algumas modalidades pode ser formado com um material precursor, tal como NaVOs; e um revestimento de WO3 de acordo com algumas modalidades pode ser formado com um material precursor, tal como NaWCU’FLO. A concentração do material precursor (por exemplo, ΑΙ(Νθ3)3·χΗ2θ) pode afetar a espessura final do filme (aqui, de AI2O3) depositada no T1O2 ou em outro material ativo. Assim, modificar a concentração do material precursor pode ser um método pelo qual a espessura final do filme pode ser controlada. Por exemplo, maior espessura do filme pode resultar em maior concentração de material precursor. Maior espessura do filme pode não resultar necessariamente em maior PCE em um dispositivo PV que compreende um revestimento de óxido de metal. Assim, um método de algumas modalidades pode incluir revestir uma camada de T1O2 (ou outra mesoporosa) usando um material precursor tendo uma concentração na gama de aproximadamente 0,5 a 10,0 mM; outras modalidades podem incluir 0 revestimento da camada com um material precursor com uma concentração na
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13/55 faixa de aproximadamente 2,0 a 6,0 mM; ou, em outras modalidades, aproximadamente 2,5 a 5,5 mM.
[0029] Além disso, apesar de aqui referido como AI2O3 e/ou alumina, deve notar-se que várias razões de alumínio e de oxigênio podem ser utilizadas na formação de alumina. Deste modo, embora algumas modalidades aqui discutidas sejam descritas com referência a AI2O3, tal descrição não se destina a definir uma razão requerida de alumínio em oxigênio. Em vez disso, modalidades podem incluir qualquer um ou mais compostos de óxido de alumínio, cada um tendo uma razão de óxido de alumínio de acordo com AlxOy, em que x pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre cerca de 1 e 100. Em algumas modalidades, x pode estar entre aproximadamente 1 e 3 (e, novamente, não precisa ser um número inteiro). Da mesma forma, y pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre 0,1 e 100. Em algumas modalidades, y pode estar entre 2 e 4 (e, novamente, não precisa ser um número inteiro). Além disso, várias formas cristalinas de AlxOy podem estar presentes em várias modalidades, tais como alfa, gama, e/ou formas amorfas de alumina.
[0030] Da mesma forma, apesar de aqui referido como M0O3, WO3 e V2O5, tais compostos podem, em vez ou adicionalmente ser representados como MoxOy, WxOy e VxOy, respectivamente. Em relação a cada um dos MoxOye WxOy, x podem ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre aproximadamente 0,5 e 100; em algumas modalidades, pode estar entre aproximadamente 0,5 e 1,5. Da mesma forma, y pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre aproximadamente 1 e 100. Em algumas modalidades, y pode ser qualquer valor entre aproximadamente 1 e 4. Em relação a VxOy, x pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre aproximadamente 0,5 e 100; em algumas modalidades, pode estar entre aproximadamente 0,5 e 1,5. Da mesma forma, y pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre aproximadamente 1 e 100; em certas modalidades, pode ser um valor inteiro ou não inteiro entre aproximadamente 1 e 10.
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14/55 [0031] Da mesma forma, as referências em algumas modalidades exemplificadoras aqui apresentadas a CsSnh não se destinam a limitar as razões de elementos componentes nos compostos de césio-estanho-iodo de acordo com várias modalidades. Algumas modalidades podem incluir quantidades estequiométricas e/ou não estequiométricas de estanho e iodeto, e, portanto, essas modalidades podem, em vez ou além disso, incluir várias razões de césio, estanho e iodo, como qualquer um ou mais compostos de césioestanho-iodo, cada um tendo uma razão de CsxSnylz. Em tais modalidades, x pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre 0,1 e 100. Em algumas modalidades, x pode estar entre aproximadamente 0,5 e 1,5 (e, novamente, não precisa ser um número inteiro). Da mesma forma, y pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre 0,1 e 100. Em algumas modalidades, y pode estar entre aproximadamente 0,5 e 1,5 (e, novamente, não precisa ser um número inteiro). Da mesma forma, z pode ser qualquer valor, inteiro ou não inteiro, entre 0,1 e 100. Em algumas modalidades, z pode estar entre aproximadamente 2,5 e 3,5. Além disso, o CsSnh pode ser dopado ou composto com outros materiais, como SnF2, em razões de CsSnh:SnF2 variando de 0,1:1 a 100:1, incluindo todos os valores (inteiro e não inteiro) entre esses.
[0032] Além disso, uma IFL de revestimento fino pode compreender uma bicamada. Assim, voltando para o exemplo em que a IFL de revestimento fino compreende um metal-óxido (tal como alumina), a IFL de revestimento fino pode compreender TiCh-mais-metal-óxido. Essa IFL de revestimento fino pode ter uma capacidade maior de resistir à recombinação de carga em comparação com o T1O2 mesoporoso ou outro material ativo sozinho. Além disso, na formação de uma camada de T1O2, um revestimento secundário de T1O2 é muitas vezes necessário, a fim de proporcionar a interligação física suficiente de partículas de T1O2, de acordo com algumas modalidades da presente revelação. O revestimento de uma IFL de revestimento fino de camada dupla em T1O2 mesoporoso (ou outro material ativo mesoporoso) pode compreender uma combinação de revestimento usando um composto que compreende óxido de
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15/55 metal e TiCk, resultando em uma IFL de revestimento fino de camada dupla que compreende uma combinação de óxido de metal e revestimento secundário de T1O2, que pode fornecer melhorias de desempenho em relação ao uso de qualquer material por si próprio.
[0033] As IFLs de revestimento fino e métodos de revestimento das mesmas em T1O2 anteriormente discutido podem, em algumas modalidades, ser empregados em DSSCs compreendendo eletrólitos líquidos. Assim, voltando ao exemplo de uma IFL de revestimento fino e voltando à Figura 1 para um exemplo, a DSSC da Figura 1 pode ainda compreender uma IFL de revestimento fino, como descrito acima, revestida na camada mesoporosa 1505 (isto é, a IFL de revestimento fino seria inserida entre a camada mesoporosa 1505 e 0 corante 1504).
[0034] Em algumas modalidades, as IFLs de revestimento fino discutidas anteriormente no contexto de DSSCs podem ser usadas em qualquer camada interfacial de um dispositivo semicondutor, como um PV (por exemplo, um PV híbrido ou outro PV), transistor de efeito de campo, diodo emissor de luz, dispositivo óptico não linear, menristor, capacitor, retificador, antena de retificação, etc. Além disso, as IFLs de revestimento fino de algumas modalidades podem ser empregadas em qualquer um dos vários dispositivos em combinação com outros compostos discutidos na presente revelação, incluindo, mas não se limitando a, qualquer um ou mais das seguintes modalidades da presente revelação: material de transporte de orifício sólido, como material ativo e aditivos (como, em algumas modalidades, ácido quenodesoxicólico ou 1,8diiodooctano).
Aditivos [0035] Como observado anteriormente, 0 PV e outros dispositivos de acordo com algumas modalidades podem incluir aditivos (que podem ser, por exemplo, qualquer um ou mais de ácido acético, ácido propanoico, ácido trifluoroacético, ácido quenodesoxicólico, ácido desoxicólico, 1,8-diiodooctano e 1,8-ditiooctano). Tais aditivos podem ser empregados como pré-tratamentos
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16/55 diretamente antes da imersão do corante ou misturados em várias razões com um corante para formar a solução de imersão. Esses aditivos podem, em alguns casos, funcionar, por exemplo, para aumentar a solubilidade do corante, impedindo o agrupamento de moléculas de corante, bloqueando locais ativos abertos e induzindo a ordem molecular entre as moléculas de corante. Eles podem ser empregados com qualquer corante adequado, incluindo um composto fotoativo de acordo com várias modalidades da presente revelação, como discutido aqui.
Material de perovskita [0036] Um material de perovskita pode ser incorporado em um ou mais aspectos de um PV ou outro dispositivo. Um material de perovskita de acordo com algumas modalidades pode ser da fórmula geral CwMyXz, em que: C compreende um ou mais cátions (por exemplo, uma amina, amônio, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos semelhantes a cátions); M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, TI, In, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti e Zn); X compreende um ou mais ânions; e w, y e z representam números reais entre 1 e 20. Em algumas modalidades, C pode incluir um ou mais cátions orgânicos. Em algumas modalidades, cada cátion orgânico C pode ser maior que cada metal M, e cada ânion X pode ser capaz de se ligar com um cátion C e um metal M. Em modalidades particulares, um material de perovskita pode ter a fórmula CMX3.
[0037] Em certas modalidades, C pode incluir um amônio, um cátion orgânico da fórmula geral [NFU]+, onde os grupos R podem ser grupos iguais ou diferentes. Os grupos R adequados incluem, mas não estão limitados a: grupo metila, etila, propila, butila, pentila ou seu isômero; qualquer alcano, alceno ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cadeia cíclica, ramificada ou linear; halogenetos de alquila, CxHyXz, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br ou I; qualquer grupo aromático (por exemplo, fenila, alquilfenila, alcoxifenila, piridina, naftaleno); complexos cíclicos em que pelo menos um nitrogênio está contido no anel (por exemplo, piridina, pirrol, pirrolidina, piperidina, tetra
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17/55 hidroquinolina); qualquer grupo contendo enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo contendo nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo contendo fósforo (fosfato); qualquer grupo contendo boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (por exemplo, ácido acético, ácido propanoico); e seus derivados éster ou amida; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteina, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amônio-valérico) incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores; qualquer grupo contendo silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxi ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0038] Em certas modalidades, C pode incluir um formamidínio, um cátion orgânico de fórmula geral [FteNCRNFtep, onde os grupos R podem ser grupos iguais ou diferentes. Os grupos R adequados incluem, mas não estão limitados a: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou seu isômero; qualquer alcano, alceno ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cadeia cíclica, ramificada ou linear; halogenetos de alquila, CxHyXz, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br ou I; qualquer grupo aromático (por exemplo, fenila, alquilfenila, alcoxifenila, piridina, naftaleno); complexos cíclicos em que pelo menos um nitrogênio está contido no anel (por exemplo, imidazol, benzimidazol, dihidropirimidina, (azolidinilidenometil) pirrolidina, triazol); qualquer grupo contendo enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo contendo nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo contendo fósforo (fosfato); qualquer grupo contendo boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e seus derivados éster ou amida; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteina, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amônio-valérico) incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores; qualquer grupo contendo silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxi ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
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Figure BR112019021770A2_D0001
Figure BR112019021770A2_D0002
Fórmula 1 [0039] A Fórmula 1 ilustra a estrutura de um cátion formamidínio tendo a fórmula geral de [R2NCRNR2P como descrito acima. A Fórmula 2 ilustra exemplos de estruturas de vários cátions formamidínio que podem servir como cátions C em um material de perovskita.
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19/55 'Ά^, . * «Τ’‘
Hidroxubhidroxiairiioalniehterojamonio
Figure BR112019021770A2_D0003
MeW(metiiám noméütenajamônfô
Figure BR112019021770A2_D0004
Qicfoh&xiU(dcfohexüamsno)mêtíteroJamônío
Figure BR112019021770A2_D0005
Ara ÍnümétÈleno(feoÈ l)amôra o
Figure BR112019021770A2_D0006
(Mdòxíanilmò)metífeRò-(4-meíoxifènif)amÔRio
Figure BR112019021770A2_D0007
TieniH(2-tienifewno]Betitenolan^ni0
Fórmula 2
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20/55 [0040] Em certas modalidades, C pode incluir um guanidínio, um cátion orgânico de fórmula geral [(R2N)2C=NR2]+, onde os grupos R podem ser grupos iguais ou diferentes. Os grupos R adequados incluem, mas não estão limitados a: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou seu isômero; qualquer alcano, alceno ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cadeia cíclica, ramificada ou linear; halogenetos de alquila, CxHyXz, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1-42, X = F, Cl, Br ou I; qualquer grupo aromático (por exemplo, fenila, alquilfenila, alcoxifenila, piridina, naftaleno); complexos cíclicos em que pelo menos um nitrogênio está contido no anel (por exemplo, octa-hidropirimido [1,2a]pirimidina, pirimido[1,2-a]pirimidina, hexa-hidroimidazo[1,2-a]imidazol, hexahidropirimidin-2-imina); qualquer grupo contendo enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo contendo nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo contendo fósforo (fosfato); qualquer grupo contendo boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e seus derivados éster ou amida; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amônio-valérico) incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores; qualquer grupo contendo silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxi ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
Figure BR112019021770A2_D0008
Fórmula 3 [0041 ] A Fórmula 3 ilustra a estrutura de um cátion de guanidina possuindo a fórmula geral de [(R2N)2C=NR2]+ como descrito acima. A Fórmula 4 ilustra
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Figure BR112019021770A2_D0009
[AmmofmetHaminajmetitenoI-metif-amoriio
Figure BR112019021770A2_D0010
[Ami no-ftnftoornettemi no)metüeno]-(tritluorometi íjamôrró
Figure BR112019021770A2_D0011
s 3; 5,6-Tetra-hidro-1H- j midazof! s2-a|imidazoh7-io
Figure BR112019021770A2_D0012
[Amino-fddo-hexyammo^metitenoI-cicfo-hexÈI-amônro
Figure BR112019021770A2_D0013
[Ami no- (2-ti-eni lami no)meti tenoj-(2-tíeni Ijamônio
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Fórmula 4 [0042] Em certas modalidades, C pode incluir um cátion de eteno tetramina, um cátion orgânico de fórmula geral [(R2N)2C=C(NR2)2]+, onde os grupos R podem ser grupos iguais ou diferentes. Os grupos R adequados incluem, mas não estão limitados a: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou seu isômero; qualquer alcano, alceno ou alcino CxHy, em que x = 1 20, y = 1 - 42, cadeia cíclica, ramificada ou linear; halogenetos de alquila, CxHyXz, x = 1 -20, y = 0-42, z = 1 -42, X = F, Cl, Br ou I; qualquer grupo aromático (por exemplo, fenila, alquilfenila, alcoxifenila, piridina, naftaleno); complexos cíclicos em que pelo menos um nitrogênio está contido no anel (por exemplo, 2hexa-hidropirimidin-2-ilideno-hexa-hidropirimidina, octa-hidropirazino[2,3-b] pirazina, pirazino[2,3-b]pirazina, quinoxalino[2,3-b]quinoxalina); qualquer grupo contendo enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo contendo nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo contendo fósforo (fosfato); qualquer grupo contendo boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e seus derivados éster ou amida; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amônio-valérico) incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores; qualquer grupo contendo silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxi ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
Figure BR112019021770A2_D0014
[0043] A Fórmula 5 ilustra a estrutura de um cátion de eteno tetramina tendo a fórmula geral de [(R2N)2C=C(NR2)2]+, tal como descrito acima. A Fórmula
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24/55 ilustra exemplos de estruturas de vários íons eteno-tetramina que podem servir como um cátion C em um material de perovskita.
2-hexa-hidrOpktódín-2-íideno-hexa-NdFopínmidina
Figure BR112019021770A2_D0015
pkazí no[2 s 3- b]p í razi na
Figure BR112019021770A2_D0016
1,2,3,4,5,6,7,8-oda- hídropi razí no[2; 3-b]p razí na
Figure BR112019021770A2_D0017
qui noxa i nd[2 , 3-b]qiâ noxai na
Figure BR112019021770A2_D0018
Fórmula 6
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25/55 [0044] Em certas modalidades, C pode incluir um cátion imidazólio, um cátion orgânico cíclico aromático da fórmula geral [CRNRCRNRCR]+, em que os grupos R podem ser grupos iguais ou diferentes. Os grupos R adequados podem incluir, mas não estão limitados a: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou seu isômero; qualquer alcano, alceno ou alcino CxHy, em que x = 1 20, y = 1 - 42, cadeia cíclica, ramificada ou linear; halogenetos de alquila, CxHyXz, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br ou I; qualquer grupo aromático (por exemplo, fenila, alquilfenila, alcoxifenila, piridina, naftaleno); complexos cíclicos em que pelo menos um nitrogênio está contido no anel (por exemplo, 2-hexa-hidropirimidin-2-ilideno-hexa-hidropirimidina, octahidropirazino[2,3-b]pirazina, pirazino[2,3-b]pirazina, quinoxalino[2,3-b] quinoxalina); qualquer grupo contendo enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo contendo nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo contendo fósforo (fosfato); qualquer grupo contendo boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e seus derivados éster ou amida; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amônio-valérico) incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores; qualquer grupo contendo silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxi ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
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Figure BR112019021770A2_D0019
Fórmula 7 [0045] Em algumas modalidades, X pode incluir um ou mais halogenetos. Em certas modalidades, X pode, em vez disso ou adicionalmente incluir um ânion do Grupo 16. Em certas modalidades, o ânion do Grupo 16 pode ser sulfeto ou seleneto. Em certas modalidades, X pode, em vez disso ou adicionalmente incluir um ou mais pseudo-halogenetos (por exemplo, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isotiocianato, azida, tetracarbonilcobaltato, carbamoildicianometanida, dicanonitrosometanida, dicianamida e tricianometanida).
[0046] Em uma modalidade, um material de perovskita pode compreender a fórmula empírica CMX3 em que: C compreende um ou mais dos cátions mencionados acima, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos do tipo cátion; M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, TI e Zn); e X compreende um ou mais dos ânions mencionados acima.
[0047] Em uma modalidade, um material de perovskita pode compreender a fórmula empírica C3M2X9 em que: C compreende um ou mais dos cátions mencionados acima, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos do tipo cátion; M compreende um ou mais metais
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27/55 (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl e Zn); e X compreende um ou mais dos ânions mencionados acima.
[0048] Em uma modalidade, um material de perovskita pode compreender a fórmula empírica CM2X7 em que: C compreende um ou mais dos cátions mencionados acima, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos do tipo cátion; M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl e Zn); e X compreende um ou mais dos ânions mencionados acima.
[0049] Em uma modalidade, um material de perovskita pode compreender a fórmula empírica C2MX4, onde: C compreende um ou mais dos cátions acima mencionados, um grupo de um metal, um metal do Grupo 2, e/ou outros cátions ou compostos semelhantes a cátion; M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl e Zn); e X compreende um ou mais dos ânions mencionados acima.
[0050] Os materiais de perovskita também podem compreender formulações de íons mistos em que C, M ou X compreendem duas ou mais espécies, por exemplo, Cso,iFAo,9Pbl3; FAPbo,5Sno,5l3; FAo,83Cso,i?Pb(lo,eBro,4)3; FAo,83Cso,i2Rbo,osPb(lo,eBro,4)3 e FAo,85MAo,iePb(lo,85Bro,i5)3. Exemplos de materiais de perovskita de acordo com várias modalidades incluem CsSnh (discutido anteriormente aqui) e CsxSnylz (com x, y e z variando de acordo com a discussão anterior). Outros exemplos incluem compostos da fórmula geral CsSnXs, onde X pode ser qualquer um ou mais de: I3,12.95F0.05; I2CI; ICI2; e Ch.Em outras modalidades, X pode compreender qualquer um ou mais de I, Cl, F e Br em quantidades tais que a razão total de X em comparação com Cs e Sn resulte na estequiometria geral de CsSnXs. Em algumas modalidades, a estequiometria combinada dos elementos que constituem X pode seguir as mesmas regras que lz, como discutido anteriormente em relação a CsxSnylz. Ainda outros exemplos incluem compostos da fórmula geral RNFhPbXs, em que R pode ser CnH2n+i, com n variando de 0 a 10, e X pode incluir qualquer um ou mais de F, Cl, Br e I em quantidades tais que a razão total de X em comparação com 0 cátion RNH3
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28/55 e Pb metálico resulte na estequiometria geral de RNHsPbXs. Além disso, alguns exemplos específicos de R incluem H, cadeias alquila (por exemplo, CH3, CH3CH2, CH3CH2CH2, e assim por diante), e aminoácidos (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amôniovalérico), incluindo alfa, beta, gama e derivados maiores.
Projeto de dispositivo de material de perovskita compósito [0051] Em algumas modalidades, a presente revelação pode fornecer um projeto compósito de PV e outros dispositivos semelhantes (por exemplo, baterias, baterias PV híbridas, FETs, LEDs, etc.) incluindo um ou mais materiais de perovskita. Por exemplo, um ou mais materiais de perovskita podem servir como um ou ambos do primeiro e do segundo material ativo de algumas modalidades (por exemplo, materiais ativos 2810 e 2815 da Figura 5). Em termos mais gerais, algumas modalidades da presente revelação fornecem PV ou outros dispositivos com uma camada ativa compreendendo um ou mais materiais de perovskita. Em tais modalidades, 0 material de perovskita (isto é, material incluindo qualquer um ou mais materiais de perovskita) pode ser empregado em camadas ativas de várias arquiteturas. Além disso, 0 material de perovskita pode servir a função de qualquer um ou mais componentes de uma camada ativa (por exemplo, material de transporte de carga, material mesoporoso, material fotoativo e/ou material interfacial, cada um dos quais é discutido em mais detalhes abaixo). Em algumas modalidades, os mesmos materiais de perovskita podem servir múltiplas funções, embora em outras modalidades, uma pluralidade de materiais de perovskita possa ser incluída em um dispositivo, cada material de perovskita servindo uma ou mais dessas funções. Em certas modalidades, qualquer que seja 0 papel que um material de perovskita possa ter, ele pode ser preparado e/ou presente em um dispositivo em vários estados. Por exemplo, pode ser substancialmente sólido em algumas modalidades. Em outras modalidades, pode ser uma solução (por exemplo, 0 material de perovskita pode ser dissolvido em líquido e presente no referido líquido em suas subespécies iônicas individuais); ou pode ser uma suspensão (por exemplo,
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29/55 partículas de material de perovskita). Uma solução ou suspensão pode ser revestida ou depositada de outro modo dentro de um dispositivo (por exemplo, em outro componente do dispositivo, como uma camada mesoporosa, interfacial, de carga, fotoativa ou outra camada e/ou em um eletrodo). Os materiais de perovskita em algumas modalidades podem ser formados in situ em uma superfície de outro componente de um dispositivo (por exemplo, por deposição de vapor como um sólido de película fina). Qualquer outro meio adequado para formar uma camada sólida ou líquida compreendendo material de perovskita pode ser empregado.
[0052] Em geral, um dispositivo de material de perovskita pode incluir um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo e uma camada ativa compreendendo um material de perovskita, a camada ativa disposta pelo menos parcialmente entre o primeiro e o segundo eletrodos. Em algumas modalidades, o primeiro eletrodo pode ser um dentre um ânodo e um cátodo, e o segundo eletrodo pode ser o outro dentre um ânodo e cátodo. Uma camada ativa de acordo com certas modalidades pode incluir qualquer um ou mais componentes da camada ativa, incluindo qualquer um ou mais dentre: material de transporte de carga; eletrólito líquido; material mesoporoso; material fotoativo (por exemplo, um corante, silício, telureto de cádmio, sulfeto de cádmio, seleneto de cádmio, seleneto de cobre e índio e gálio, arseneto de gálio, fosfeto de germânio e índio, polímeros semicondutores, outros materiais fotoativos); e material interfacial. Qualquer um ou mais desses componentes da camada ativa pode incluir um ou mais materiais de perovskita. Em algumas modalidades, alguns ou todos os componentes da camada ativa podem estar no todo ou em parte dispostos em subcamadas. Por exemplo, a camada ativa pode compreender qualquer um ou mais dentre: uma camada interfacial incluindo material interfacial; uma camada mesoporosa incluindo material mesoporoso; e uma camada de transporte de carga, incluindo material de transporte de carga. Em algumas modalidades, o material fotoativo, como um corante, pode ser revestido ou, de outro modo, disposto sobre qualquer uma ou mais dessas camadas. Em certas modalidades, qualquer uma ou mais
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30/55 camadas podem ser revestidas com um eletrólito líquido. Além disso, uma camada interfacial pode ser incluída entre quaisquer duas ou mais outras camadas de uma camada ativa de acordo com algumas modalidades, e/ou entre uma camada e um revestimento (como entre um corante e uma camada mesoporosa) e/ou entre duas revestimentos (como entre um eletrólito líquido e um corante) e/ou entre um componente da camada ativa e um eletrodo. A referência às camadas aqui contidas pode incluir um arranjo final (por exemplo, partes substancialmente distintas de cada material definível separadamente no dispositivo) e/ou referência a uma camada pode significar arranjo durante a construção de um dispositivo, apesar da possibilidade de subsequente mistura do material (ou materiais) em cada camada. As camadas podem, em algumas modalidades, ser distintas e compreender material substancialmente contíguo (por exemplo, as camadas podem ser ilustradas estilisticamente na Figura 1). Em outras modalidades, as camadas podem ser substancialmente misturadas (como no caso de, por exemplo, BHJ, híbrido e algumas células DSSC), um exemplo do qual é mostrado pelo primeiro e segundo materiais ativos 2618 e 2620 dentro da camada fotoativa 2616 na Figura 4). Em algumas modalidades, um dispositivo pode compreender uma mistura desses dois tipos de camadas, como também é mostrado pelo dispositivo da Figura 4, que contém camadas contíguas distintas 2627, 2626 e 2622, além de uma camada fotoativa 2616 compreendendo camadas misturadas do primeiro e do segundo material ativo 2618 e 2620. Em qualquer caso, quaisquer duas ou mais camadas de qualquer tipo podem, em certas modalidades, ser dispostas adjacentes umas às outras (e/ou misturadas entre si) de maneira a alcançar uma área de superfície de alto contato. Em certas modalidades, uma camada compreendendo material de perovskita pode ser disposta adjacente a uma ou mais outras camadas, de modo a alcançar uma área de superfície de alto contato (por exemplo, onde um material de perovskita exibe baixa mobilidade de carga). Em outras modalidades, a área de superfície de alto contato pode não ser necessária (por exemplo, onde um material de perovskita exibe alta mobilidade de carga).
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31/55 [0053] Um dispositivo de material de perovskita de acordo com algumas modalidades pode opcionalmente incluir um ou mais substratos. Em algumas modalidades, um ou ambos, o primeiro e o segundo eletrodo podem ser revestidos ou de outro modo dispostos sobre um substrato, de modo que o eletrodo seja disposto substancialmente entre um substrato e a camada ativa. Os materiais de composição de dispositivos (por exemplo, substrato, eletrodo, camada ativa e/ou componentes da camada ativa) podem, no todo ou em parte, ser rígidos ou flexíveis em várias modalidades. Em algumas modalidades, um eletrodo pode atuar como um substrato, negando assim a necessidade de um substrato separado.
[0054] Além disso, um dispositivo de material de perovskita de acordo com certas modalidades pode opcionalmente incluir material de captação de luz (por exemplo, em uma camada de captação de luz, como a Camada de Captação de Luz 1601, como representado no exemplo de PV representado na Figura 2). Além disso, um dispositivo de material de perovskita pode incluir qualquer um ou mais aditivos, como qualquer um ou mais dos aditivos discutidos acima com relação a algumas modalidades da presente revelação.
[0055] A descrição de alguns dos vários materiais que podem ser incluídos em um dispositivo de material de perovskita será feita em parte com referência à Figura 7). A Figura 7 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 3900 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 3900 sejam ilustrados como camadas distintas compreendendo material contíguo, deve ser entendido que a Figura 7 é um diagrama estilizado; assim, modalidades de acordo com ela podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente misturadas, consistentes com o uso de camadas discutidas anteriormente neste documento. O dispositivo 3900 inclui o primeiro e o segundo substratos 3901 e 3913. Um primeiro eletrodo 3902 é disposto sobre uma superfície interna do primeiro substrato 3901 e um segundo eletrodo 3912 é disposto sobre uma superfície interna do segundo substrato 3913. Uma camada ativa 3950 é
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32/55 ensanduichada entre os dois eletrodos 3902 e 3912. A camada ativa 3950 inclui uma camada mesoporosa 3904; primeiro e segundo materiais fotoativos 3906 e 3908; uma camada de transporte de carga 3910 e várias camadas interfaciais. A Figura 7 ilustra ainda um exemplo de dispositivo 3900 de acordo com modalidades em que as subcamadas da camada ativa 3950 são separadas pelas camadas interfaciais e ainda em que as camadas interfaciais são dispostas sobre cada eletrodo 3902 e 3912. Em particular, a segunda, terceira e quarta camadas interfaciais 3905, 3907 e 3909 são respectivamente dispostas entre cada camada mesoporosa 3904, primeiro material fotoativo 3906, segundo material fotoativo 3908 e camada de transporte de carga 3910. A primeira e a quinta camadas interfaciais 3903 e 3911 estão respectivamente dispostas entre (i) o primeiro eletrodo 3902 e a camada mesoporosa 3904; e (ii) a camada de transporte de carga 3910 e o segundo eletrodo 3912. Assim, a arquitetura do dispositivo de exemplo representado na Figura 7 pode ser caracterizada como: substrato-eletrodo-camada ativa-eletrodo-substrato. A arquitetura da camada ativa 3950 pode ser caracterizada como: camada interfacial-camada mesoporosa-camada interfacial-material fotoativo-camada interfacial-material fotoativo-camada interfacial-camada de transporte de carga-camada interfacial. Como observado anteriormente, em algumas modalidades, as camadas interfaciais não precisam estar presentes; ou, uma ou mais camadas interfaciais podem ser incluídas apenas entre certos, mas não todos, componentes de uma camada ativa e/ou componentes de um dispositivo.
[0056] Um substrato, como um ou ambos os primeiro e segundo substratos 3901 e 3913, pode ser flexível ou rígido. Se dois substratos forem incluídos, pelo menos um deve ser transparente ou translúcido para radiação eletromagnética (EM) (como, por exemplo, radiação UV, visível ou IR). Se um substrato for incluído, ele pode ser igualmente transparente ou translúcido, embora não seja necessário, desde que uma parte do dispositivo permita que a radiação EM entre em contato com a camada ativa 3950. Os materiais de substrato adequados incluem qualquer um ou mais dentre: vidro; safira; óxido de
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33/55 magnésio (MgO); mica; polímeros (por exemplo, PET, PEG, polipropileno, polietileno, etc.); cerâmica; tecidos (por exemplo, algodão, seda, lã); madeira; drywall; metal; e combinações dos mesmos.
[0057] Como observado anteriormente, um eletrodo (por exemplo, um dos eletrodos 3902 e 3912 da Figura 7) pode ser um ânodo ou um cátodo. Em algumas modalidades, um eletrodo pode funcionar como um cátodo e o outro pode funcionar como um ânodo. Um ou ambos os eletrodos 3902 e 3912 podem ser acoplados a condutores, cabos, fios ou outros meios que permitam o transporte de carga para e/ou do dispositivo 3900. Um eletrodo pode constituir qualquer material condutor e pelo menos um eletrodo deve ser transparente ou translúcido à radiação EM, e/ou ser disposto de uma maneira que permita que a radiação EM entre em contato com pelo menos uma porção da camada ativa 3950. Os materiais de eletrodo adequados podem incluir qualquer um ou mais dentre: óxido de índio estanho ou óxido de índio dopado com estanho (ITO); óxido de estanho dopado com flúor (FTO); óxido de cádmio (CdO); óxido de zinco-índio e estanho (ZITO); óxido de alumínio e zinco (AZO); alumínio (Al); ouro (Au); cálcio (Ca); magnésio (Mg); titânio (Ti); aço; carbono (e alótropos); e combinações dos mesmos.
[0058] O material mesoporoso (por exemplo, o material incluído na camada mesoporosa 3904 da Figura 7) pode incluir qualquer material contendo poros. Em algumas modalidades, os poros podem ter diâmetros variando de cerca de 1 a cerca de 100 nm; em outras modalidades, o diâmetro do poro pode variar de cerca de 2 a cerca de 50 nm. O material mesoporoso adequado inclui qualquer um ou mais dentre: qualquer material interfacial e/ou material mesoporoso discutido em outra parte deste documento; alumínio (Al); bismuto (Bi); índio (In); molibdênio (Mo); nióbio (Nb); níquel (Ni); silício (Si); titânio (Ti); vanádio (V); zinco (Zn); zircônio (Zr); um óxido de qualquer um ou mais dos metais anteriores (por exemplo, alumina, céria, titânio, óxido de zinco, zircona, etc.); um sulfeto de qualquer um ou mais dos metais anteriores; um nitreto de qualquer um ou mais dos metais anteriores; e combinações dos mesmos.
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34/55 [0059] 0 material fotoativo (por exemplo, primeiro ou segundo material fotoativo 3906 ou 3908 da Figura 7) pode compreender qualquer composto fotoativo, como qualquer um ou mais de silício (em alguns casos, silício monocristalino), telureto de cádmio, sulfeto de cádmio, cádmio seleneto, seleneto de cobre-índio-gálio, arseneto de gálio, fosfeto de germânio-índio, um ou mais polímeros semicondutores e suas combinações. Em certas modalidades, o material fotoativo pode, em vez ou além disso, compreender um corante (por exemplo, N719, N3, outros corantes à base de rutênio). Em algumas modalidades, um corante (de qualquer composição) pode ser revestido sobre outra camada (por exemplo, uma camada mesoporosa e/ou uma camada interfacial). Em algumas modalidades, o material fotoativo pode incluir um ou mais materiais de perovskita. A substância fotoativa contendo material de perovskita pode ter uma forma sólida ou, em algumas modalidades, pode assumir a forma de um corante que inclui uma suspensão ou solução que compreende material de perovskita. Essa solução ou suspensão pode ser revestida com outros componentes do dispositivo de maneira semelhante a outros corantes. Em algumas modalidades, o material sólido contendo perovskita pode ser depositado por qualquer meio adequado (por exemplo, deposição de vapor, deposição de solução, colocação direta de material sólido, etc.). Os dispositivos de acordo com várias modalidades podem incluir um, dois, três ou mais compostos fotoativos (por exemplo, um, dois, três ou mais materiais de perovskita, corantes ou combinações dos mesmos). Em certas modalidades, incluindo vários corantes ou outros materiais fotoativos, cada um dos dois ou mais corantes ou outros materiais fotoativos pode ser separado por uma ou mais camadas interfaciais. Em algumas modalidades, vários corantes e/ou compostos fotoativos podem ser pelo menos em parte misturados.
[0060] O material de transporte de carga (por exemplo, material de transporte de carga da camada de transporte de carga 3910 na Figura 7) pode incluir material de transporte de carga no estado sólido (ou seja, um eletrólito de estado sólido marcado coloquialmente), ou pode incluir um eletrólito líquido e/ou
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35/55 iônico líquido. Qualquer material de transporte de eletrólito líquido, líquido iônico e de estado sólido de carga pode ser referido como material de transporte de carga. Conforme usado neste documento, material de transporte de carga refere-se a qualquer material sólido, líquido ou de outro modo capaz de coletar transportadoras de carga e/ou transportar transportadoras de carga. Por exemplo, em dispositivos fotovoltaicos de acordo com algumas modalidades, um material de transporte de carga pode ser capaz de transportar transportadores de carga para um eletrodo. Os transportadores de carga podem incluir orifícios (cujo transporte pode fazer com que o material de transporte de carga seja devidamente identificado como material de transporte de orifícios) e elétrons. Os orifícios podem ser transportados em direção a um ânodo e os elétrons em direção a um cátodo, dependendo da colocação do material de transporte de carga em relação a um cátodo ou ânodo em um PV ou outro dispositivo. Exemplos adequados de material de transporte de carga de acordo com algumas modalidades podem incluir qualquer um ou mais dentre: material de perovskita; 1713’ ; Complexos de Co; politiofenos (por exemplo, poli(3-hexiltiofeno) e seus derivados, ou P3HT); copolímeros à base de carbazol, como poliheptadecanilcarbazol ditienilbenzotiadiazol e seus derivados (por exemplo, PCDTBT); outros copolímeros, tais como policiclopentaditiofeno-benzotiadiazol e seus derivados (por exemplo, PCPDTBT); compostos de poli(triarilamina) e seus derivados (por exemplo, PTAA); Espiro-OMeTAD; fulerenos e/ou derivados de fulereno (por exemplo, C60, PCBM); e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, o material de transporte de carga pode incluir qualquer material, sólido ou líquido, capaz de coletar transportadores de carga (elétrons ou orifícios) e/ou capaz de transportar transportadores de carga. O material de transporte de carga de algumas modalidades, portanto, pode ser do tipo ativo ou do tipo n ou p e/ou semicondutor. O material de transporte de carga pode ser disposto próximo a um dos eletrodos de um dispositivo. Em algumas modalidades, pode ser disposto adjacente a um eletrodo, embora em outras modalidades uma camada interfacial possa ser disposta entre o material de transporte de carga e
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36/55 um eletrodo (como mostrado, por exemplo, na Figura 7 com a quinta camada interfacial 3911). Em certas modalidades, o tipo de material de transporte de carga pode ser selecionado com base no eletrodo ao qual está próximo. Por exemplo, se o material de transporte de carga coletar e/ou transportar orifícios, ele pode estar próximo a um ânodo para transportar orifícios para o ânodo. No entanto, o material de transporte de carga pode, em vez disso, ser colocado próximo a um cátodo e ser selecionado ou construído de modo a transportar elétrons para o cátodo.
[0061] Como observado anteriormente, os dispositivos de acordo com várias modalidades podem opcionalmente incluir uma camada interfacial entre quaisquer outras duas camadas e/ou materiais, embora os dispositivos de acordo com algumas modalidades não precisem conter nenhuma camada interfacial. Assim, por exemplo, um dispositivo de material de perovskita pode conter zero, uma, duas, três, quatro, cinco ou mais camadas interfaciais (como o exemplo de dispositivo da Figura 7, que contém cinco camadas interfaciais 3903, 3905, 3907, 3909 e 3911). Uma camada interfacial pode incluir uma camada interfacial de camada fina de acordo com modalidades discutidas anteriormente neste documento (por exemplo, compreendendo alumina e/ou outras partículas de óxido de metal e/ou uma bicamada de titânio/óxido de metal e/ou outros compostos de acordo com camadas interfaciais de camada fina, como discutido em outra parte deste documento). Uma camada interfacial de acordo com algumas modalidades pode incluir qualquer material adequado para melhorar o transporte de carga e/ou a coleta entre duas camadas ou materiais; também pode ajudar a prevenir ou reduzir a probabilidade de recombinação de carga, uma vez que uma carga tenha sido transportada para longe de um dos materiais adjacentes à camada interfacial. Os materiais interfaciais adequados podem incluir qualquer um ou mais dentre: qualquer material mesoporoso e/ou material interfacial discutido em outra parte deste documento; Al; Bi; No; Mo; Ni; platina (Pt); Si; Ti; V; Nb; Zn; Zr; óxidos de qualquer um dos metais anteriores (por exemplo, alumina, silica, titânio); um sulfeto de qualquer um dos metais
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37/55 anteriores; um nitreto de qualquer um dos metais anteriores; grupos alquil silil funcionalizados ou não funcionalizados; grafite; grafeno; fulerenos; nanotubos de carbono; e combinações dos mesmos (incluindo, em algumas modalidades, bicamadas de materiais combinados). Em algumas modalidades, uma camada interfacial pode incluir material de perovskita.
[0062] Um dispositivo de acordo com a representação estilizada da Figura 7 pode, em algumas modalidades, ser um PV, como uma célula solar DSSC, BHJ ou híbrida. Em algumas modalidades, dispositivos de acordo com a Figura 7 pode constituir PVs multicelulares paralelos ou seriais, baterias, baterias fotovoltaicas híbridas, FETs, LEDS e/ou qualquer outro dispositivo aqui discutido. Por exemplo, uma BHJ de algumas modalidades pode incluir dois eletrodos correspondentes aos eletrodos 3902 e 3912, e uma camada ativa compreendendo pelo menos dois materiais em uma interface de heterojunção (por exemplo, quaisquer dois dos materiais e/ou camadas da camada ativa 3950). Em certas modalidades, outros dispositivos (como baterias PVs híbridas, PVs multicelulares paralelas ou seriais, etc.) podem compreender uma camada ativa que inclui um material de perovskita, correspondente à camada ativa 3950 da Figura 7). Em resumo, a natureza estilizada da representação do dispositivo exemplar da Figura 7 não deve de forma alguma limitar a estrutura ou arquitetura permitida de dispositivos de várias modalidades, de acordo com a Figura 7).
[0063] As modalidades exemplificadoras adicionais e mais específicas de dispositivos de perovskita serão discutidas em termos de representações estilizadas adicionais de dispositivos de exemplo. A natureza estilizada dessas representações, as Figuras 8 a 9, da mesma forma, não se destinam a restringir o tipo de dispositivo que, em algumas modalidades, pode ser construído de acordo com qualquer uma ou mais das Figuras 8-9. Ou seja, as arquiteturas exibidas nas Figuras 8-9 pode ser adaptada de modo a fornecer BHJs, baterias, FETs, baterias PVs híbridas, PVs multicelulares em série, PVs multicelulares paralelas e outros dispositivos semelhantes de outras modalidades da presente revelação, de acordo com qualquer meio adequado (incluindo os expressamente
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38/55 discutidos em outras partes deste documento e outros meios adequados, que serão evidentes para os elementos versados na arte com o benefício desta revelação).
[0064] A Figura 8 representa um exemplo de dispositivo 4100 de acordo com várias modalidades. O dispositivo 4100 ilustra modalidades incluindo o primeiro e o segundo substratos de vidro 4101 e 4109. Cada substrato de vidro tem um eletrodo FTO disposto sobre sua superfície interna (primeiro eletrodo 4102 e segundo eletrodo 4108, respectivamente), e cada eletrodo possui uma camada interfacial depositada em sua superfície interna: a primeira camada interfacial 4103 do T1O2 é depositada no primeiro eletrodo 4102, e a segunda camada interfacial Pt 4107 é depositada no segundo eletrodo 4108. Ensanduichados entre as duas camadas interfaciais estão: uma camada mesoporosa 4104 (compreendendo T1O2); material fotoativo 4105 (compreendendo 0 material de perovskita MAPbh); e uma camada de transporte de carga 4106 (compreendendo aqui CsSnh).
[0065] A Figura 9 representa um dispositivo exemplificador 4300 que omite uma camada mesoporosa. O dispositivo 4300 inclui um composto fotoativo de material de perovskita 4304 (compreendendo MAPbh) ensanduichado entre a primeira e a segunda camadas interfaciais 4303 e 4305 (compreendendo titânio e alumina, respectivamente). A camada interfacial de titânio 4303 é revestida sobre um primeiro eletrodo FTO 4302, que por sua vez é disposto sobre uma superfície interna de um substrato de vidro 4301. A camada de transporte de carga espiro-OMeTAD 4306 é revestida sobre uma camada interfacial de alumina 4305 e disposta sobre uma superfície interna de um segundo eletrodo de ouro 4307.
[0066] Como será evidente para um versado na técnica com 0 benefício desta revelação, várias outras modalidades são possíveis, como um dispositivo com múltiplas camadas fotoativas (como exemplificado pelas camadas fotoativas 3906 e 3908 do dispositivo exemplificador da Figura 7). Em algumas modalidades, como discutido acima, cada camada fotoativa pode ser separada
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39/55 por uma camada interfacial (como mostrado pela terceira camada interfacial 3907 na Figura 7). Além disso, uma camada mesoporosa pode ser disposta sobre um eletrodo, como é ilustrado na Figura 7 pela camada mesoporosa 3904 sendo disposta no primeiro eletrodo 3902. Embora a Figura 7 represente uma camada interfacial intermediária 3903 disposta entre as duas; em algumas modalidades, uma camada mesoporosa pode ser disposta diretamente em um eletrodo.
Exemplos adicionais de dispositivos de material de perovskita [0067] Outro exemplo de arquiteturas de dispositivos de material de perovskita será aparente para os elementos versados na técnica com o benefício desta revelação. Os exemplos incluem, entre outros, dispositivos que contêm camadas ativas com uma das seguintes arquiteturas: (1) eletrólito líquido material de perovskita - camada mesoporosa; (2) material de perovskita - corante - camada mesoporosa; (3) primeiro material de perovskita - segundo material de perovskita - camada mesoporosa; (4) primeiro material de perovskita - segundo material de perovskita; (5) primeiro material de perovskita - corante - segundo material de perovskita; (6) material de transporte de carga no estado sólido material de perovskita; (7) material de transporte de carga no estado sólido corante - material de perovskita - camada mesoporosa; (8) material de transporte de carga no estado sólido - material perovskita - corante - camada mesoporosa; (9) material de transporte de carga no estado sólido - corante - material de perovskita - camada mesoporosa; e (10) material de transporte de carga no estado sólido - material perovskita - corante - camada mesoporosa. Os componentes individuais de cada arquitetura exemplificadora (por exemplo, camada mesoporosa, material de transporte de carga, etc.) podem estar de acordo com a discussão acima para cada componente. Além disso, cada arquitetura exemplificadora é discutida em mais detalhes abaixo.
[0068] Como um exemplo particular de algumas das camadas ativas mencionadas acima, em algumas modalidades, uma camada ativa pode incluir um eletrólito líquido, material de perovskita e uma camada mesoporosa. A
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40/55 camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: eletrólito líquido - material de perovskita - camada mesoporosa. Qualquer eletrólito líquido pode ser adequado; e qualquer camada mesoporosa (por exemplo, T1O2) pode ser adequada. Em algumas modalidades, 0 material de perovskita pode ser depositado sobre a camada mesoporosa e, em seguida, revestido com 0 eletrólito líquido. O material de perovskita de algumas dessas modalidades pode atuar pelo menos em parte como um corante (portanto, pode ser fotoativo).
[0069] Em outras modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir material de perovskita, um corante e uma camada mesoporosa. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de perovskita - corante - camada mesoporosa. O corante pode ser revestido sobre a camada mesoporosa e 0 material de perovskita pode ser disposto sobre a camada mesoporosa revestida com corante. O material de perovskita pode funcionar como material de transporte de orifício em algumas dessas modalidades.
[0070] Em ainda outras modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir 0 primeiro material de perovskita, 0 segundo material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita segundo material de perovskita - camada mesoporosa. O primeiro e 0 segundo material de perovskita podem compreender cada um dos mesmos materiais de perovskita ou podem compreender diferentes materiais de perovskita. Qualquer um dentre 0 primeiro e segundo materiais de perovskita pode ser fotoativo (por exemplo, um primeiro e/ou segundo material de perovskita de tais modalidades pode funcionar pelo menos em parte como um corante).
[0071] Em certas modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir 0 primeiro material de perovskita e 0 segundo material de perovskita. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita - segundo material de perovskita. O
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41/55 primeiro e o segundo materiais de perovskita podem compreender cada um dos mesmos materiais de perovskita ou podem compreender diferentes materiais de perovskita. Qualquer um dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita pode ser fotoativo (por exemplo, um primeiro e/ou segundo material de perovskita de tais modalidades pode funcionar pelo menos em parte como um corante). Além disso, qualquer um dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita pode ser capaz de funcionar como material de transporte de orifícios. Em algumas modalidades, um dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita funciona como um material de transporte de elétrons e o outro dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita funciona como um corante. Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo materiais de perovskita podem ser dispostos dentro da camada ativa de uma maneira que alcança alta área interfacial entre o primeiro material de perovskita e o segundo material de perovskita, como na disposição mostrada para o primeiro e o segundo material ativo 2810 e 2815, respectivamente, na Figura 5 (ou como mostrado de maneira semelhante pelos materiais 2618 e 2620 do tipo pen, respectivamente, na Figura 4).
[0072] Em outras modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir o primeiro material de perovskita, um corante e o segundo material de perovskita. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita - corante segundo material de perovskita. Qualquer um dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita pode funcionar como material de transporte de carga, e o outro dentre o primeiro e segundo materiais de perovskita pode funcionar como um corante. Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo materiais de perovskita podem, pelo menos em parte, servir sobrepostos, funções semelhantes e/ou idênticas (por exemplo, ambos podem servir como corante e/ou ambos podem servir como material de transporte de orifícios).
[0073] Em algumas outras modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir um material de transporte de carga no estado sólido e um
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42/55 material de perovskita. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga no estado sólido - material de perovskita. Por exemplo, o material de perovskita e o material de transporte de carga no estado sólido podem ser dispostos dentro da camada ativa de maneira a atingir alta área interfacial, como na disposição mostrada para o primeiro e o segundo material ativo 2810 e 2815, respectivamente, na Figura 5 (ou como mostrado de maneira semelhante pelos materiais 2618 e 2620 do tipo pen, respectivamente, na Figura 4).
[0074] Em outras modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir um material de transporte de carga no estado sólido, um corante, material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga no estado sólido - corante - material de perovskita - camada mesoporosa. A camada ativa de algumas outras modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga no estado sólido - material perovskita
- corante - camada mesoporosa. O material de perovskita pode, em algumas modalidades, servir como um segundo corante. O material de perovskita pode, em tais modalidades, aumentar a amplitude do espectro de luz visível absorvida por um PV ou outro dispositivo, incluindo uma camada ativa de tais modalidades. Em certas modalidades, o material de perovskita também pode servir como camada interfacial entre o corante e a camada mesoporosa e/ou entre o corante e o material de transporte de carga.
[0075] Em algumas modalidades exemplificadoras, uma camada ativa pode incluir um eletrólito líquido, um corante, um material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de algumas dessas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga no estado sólido
- corante - material de perovskita - camada mesoporosa. A camada ativa de algumas outras modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga no estado sólido - material perovskita - corante - camada
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43/55 mesoporosa. O material de perovskita pode servir como material fotoativo, uma camada interfacial e/ou uma combinação dos mesmos.
[0076] Algumas modalidades fornecem dispositivos PV BHJ que incluem materiais de perovskita. Por exemplo, uma BHJ de algumas modalidades pode incluir uma camada fotoativa (por exemplo, camada fotoativa 2404 da Figura 3), que pode incluir um ou mais materiais de perovskita. A camada fotoativa de tal BHJ pode também ou, em vez disso, incluir qualquer um ou mais dos componentes de exemplo listados acima discutidos acima com relação às camadas ativas da DSSC. Além disso, em algumas modalidades, a camada fotoativa de BHJ pode ter uma arquitetura de acordo com qualquer uma das modalidades exemplificadoras de camadas ativas de DSSC discutidas acima.
[0077] Em algumas modalidades, qualquer PV ou outro dispositivo semelhante pode incluir uma camada ativa de acordo com qualquer uma ou mais das composições e/ou arquiteturas discutidas acima. Como outro exemplo de modalidade, uma camada ativa incluindo material de perovskita pode ser incluída em uma célula fotovoltaica de camada multifotoativa, como uma ou ambas as primeira e segunda camadas fotoativas 3701 e 3705 da célula exemplar mostrada no diagrama estilizado da Figura 6.Uma tal célula fotovoltaica de camada multifotoativa incluindo uma camada ativa com material de perovskita pode além disso ser incorporada dentro de uma série de células fotovoltaicas de camada multifotoativa acopladas eletricamente.
[0078] Em algumas modalidades, qualquer uma das camadas ativas, incluindo materiais de perovskita incorporados em PVs ou outros dispositivos, como discutido aqui pode ainda incluir qualquer um dos vários materiais adicionais também discutidos aqui como adequados para inclusão em uma camada ativa. Por exemplo, qualquer camada ativa incluindo material de perovskita pode ainda incluir uma camada interfacial de acordo com várias modalidades discutidas neste documento (como, por exemplo, uma camada interfacial de camada fina). A título de exemplo adicional, uma camada ativa incluindo material de perovskita pode incluir ainda uma camada de captação de
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44/55 luz, tal como a Camada de Captação de Luz 1601, como representado no exemplo de PV representado na Figura 2).
Formulação da camada ativa de material de perovskita [0079] Como discutido anteriormente, em algumas modalidades, um material de perovskita pode ter a fórmula geral CwMyXz, em que: C compreende um ou mais cátions (por exemplo, uma amina, amônio, um metal do Grupo 1, um metal do Grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos do tipo cátion); M compreende um ou mais metais (exemplos incluindo Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, TI, In, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti e Zn); X compreende um ou mais ânions; e w, y e z representam números reais entre 1 e 20. Em algumas modalidades, um material de pervoskita na camada ativa pode ter a formulação CMXa-yX'y (0 > y >
3), em que: C compreende um ou mais cátions (por exemplo, uma amina, amônio, um metal do Grupo 1, um metal do grupo 2 e/ou outros cátions ou compostos semelhantes a cátions); M compreende um ou mais metais (por exemplo, Fe, Cd, Co, Ni, Cu, Hg, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn e Zr); e X e X' compreendem um ou mais ânions. Em uma modalidade, o material de perovskita pode compreender CPbh-yCly. Em certas modalidades, o material de perovskita pode ser depositado como uma camada ativa em um dispositivo fotovoltaico por, por exemplo, fundição por gota, fundição por rotação, revestimento por rotogravura, revestimento por lâmina, revestimento por rotura reversa, impressão por matriz, impressão de tela, impressão a jato de tinta em uma camada de substrato usando as etapas descritas abaixo.
[0080] Primeiro, é formada uma tinta precursora de halogeneto de chumbo. Uma quantidade de halogeneto de chumbo pode ser misturada em um frasco limpo e seco dentro de uma caixa de luvas (ou seja, uma caixa de atmosfera controlada com buracos contendo luvas permite a manipulação de materiais em um ambiente sem ar). Os halogenetos de chumbo adequados incluem, mas não estão limitados a, iodeto de chumbo (II), brometo de chumbo (II), cloreto de chumbo (II) e fluoreto de chumbo (II). O halogeneto de chumbo pode compreender uma única espécie de halogeneto de chumbo ou pode
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45/55 compreender uma mistura de halogeneto de chumbo em uma razão precisa. Em certas modalidades, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender qualquer razão binária, ternária ou quaternária de 0,001 -100% em mol de iodeto, brometo, cloreto ou fluoreto. Em uma modalidade, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender cloreto de chumbo (II) e iodeto de chumbo (II) em uma razão de cerca de 10:90 mokmol. Em outras modalidades, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender cloreto de chumbo (II) e iodeto de chumbo (II) em uma razão de cerca de 5:95, cerca de 7,5:92,5 ou cerca de 15:85 mokmol.
[0081] Um solvente pode então ser adicionado ao frasco para dissolver os sólidos de chumbo para formar a tinta precursora do halogeneto de chumbo. Solventes adequados incluem, entre outros, N-ciclo-hexil-2-pirrolidona seca, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida (DMF), dialquilformamida, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetra-hidrofurano, formamida, tercbutilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e suas combinações. Em uma modalidade, os sólidos de chumbo são dissolvidos em dimetilformamida seca (DMF). Os sólidos de chumbo podem ser dissolvidos a uma temperatura entre cerca de 20 SC e cerca de 150 SC. Em uma modalidade, os sólidos de chumbo são dissolvidos a cerca de 85 SC. Os sólidos de chumbo podem ser dissolvidos pelo tempo necessário para formar uma solução, que pode ocorrer durante um período de tempo de até 72 horas. A solução resultante forma a base da tinta precursora do halogeneto de chumbo. Em algumas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ter uma concentração de halogeneto de chumbo entre cerca de 0,001 M e cerca de 10 M. Em uma modalidade, a tinta precursora de halogeneto de chumbo tem uma concentração de halogeneto de chumbo de cerca de 1 M. Em algumas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode compreender ainda um aminoácido (por exemplo, ácido 5-aminovalérico, histidina, glicina, licina), um hidro-halogeneto de aminoácido (por exemplo, cloridrato de ácido 5-amino valérico), um modificador de superfície IFL (SAM)
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46/55 (como os discutidos anteriormente na especificação) ou uma combinação dos mesmos.
[0082] A tinta precursora do halogeneto de chumbo pode então ser depositada no substrato desejado. As camadas de substrato adequadas podem incluir qualquer uma das camadas de substrato identificadas anteriormente nesta revelação. Como observado acima, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ser depositada através de uma variedade de meios, incluindo, mas não se limitando a, moldagem por gota, fundição por rotação, impressão de matriz, impressão de tela ou impressão a jato de tinta. Em certas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ser revestida por rotação no substrato a uma velocidade de cerca de 500 rpm a cerca de 10.000 rpm por um período de tempo de cerca de 5 segundos a cerca de 600 segundos. Em uma modalidade, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ser revestida por centrifugação no substrato a cerca de 3.000 rpm por cerca de 30 segundos. A tinta precursora do halogeneto de chumbo pode ser depositada no substrato em uma atmosfera ambiente em uma faixa de umidade de cerca de 0% de umidade relativa a cerca de 50% de umidade relativa. A tinta precursora do halogeneto de chumbo pode então ser deixada secar em uma atmosfera substancialmente livre de água, isto é, menos de 20% de umidade relativa, para formar uma película fina.
[0083] A película fina pode então ser recozido termicamente por um período de tempo de até cerca de 24 horas a uma temperatura de cerca de 20 °C a cerca de 300 °C. Em uma modalidade, a película fina pode ser recozida termicamente por cerca de dez minutos a uma temperatura de cerca de 50 SC. A camada ativa do material de perovskita pode então ser concluída por um processo de conversão no qual o filme precursor é submerso ou enxaguado com uma solução compreendendo um solvente ou mistura de solventes (por exemplo, DMF, isopropanol, metanol, etanol, butanol, clorobenzeno clorofórmio, dimetilsulfóxido, água) e sal (por exemplo, iodeto de metilamônio, iodeto de formamidínio, iodeto de guanidínio, iodeto de 1,2,2-triaminovinilamônio, iodeto
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47/55 de ácido 5-aminovalérico) em uma concentração entre 0,001 M e 10 M. Em certas modalidades, os filmes finos também podem ser pós-recozidos termicamente da mesma maneira que na primeira linha deste parágrafo.
[0084] Em outra modalidade, um material de perovskita pode compreender CCPbXa, em que C é um ou mais metais do Grupo 1 (isto é, Li, Na, K, Rb, Cs). Em uma modalidade particular, M' pode ser césio (Cs). Em outra modalidade, C pode ser rubídio (Rb). Em outra modalidade, C pode ser sódio (Na). Em outra modalidade, C pode ser potássio (K). Em ainda outras modalidades, um material de perovskita pode compreender C’vCwPbyXz, em que C é um ou mais metais do Grupo 1 e v, w, y e z representam números reais entre 1 e 20. Em certas modalidades, o material de perovskita pode ser depositado como uma camada ativa em um dispositivo fotovoltaico por, por exemplo, fundição por gota, fundição por rotação, revestimento por rotogravura, revestimento por lâmina, revestimento por rotura reversa, impressão por matriz, impressão de tela, impressão a jato de tinta em uma camada de substrato usando as etapas descritas abaixo.
[0085] Primeiro, é formada uma solução de halogeneto de chumbo. Uma quantidade de halogeneto de chumbo pode ser misturada em um vaso limpo e seco em um ambiente de atmosfera controlada. Os halogenetos de chumbo adequados incluem, mas não estão limitados a, iodeto de chumbo (II), brometo de chumbo (II), cloreto de chumbo (II) e fluoreto de chumbo (II). O halogeneto de chumbo pode compreender uma única espécie de halogeneto de chumbo ou pode compreender uma mistura de halogeneto de chumbo em uma razão precisa. Em uma modalidade, o halogeneto de chumbo pode compreender iodeto de chumbo (II). Em certas modalidades, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender qualquer razão binária, ternária ou quaternária de 0,001 a 100% em mol de iodeto, brometo, cloreto ou fluoreto. Em uma modalidade, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender cloreto de chumbo (II) e iodeto de chumbo (II) em uma razão de cerca de 10:90 mokmol. Em outras modalidades, a mistura de halogeneto de chumbo pode compreender
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48/55 cloreto de chumbo (II) e iodeto de chumbo (II) em uma razão de cerca de 5:95, cerca de 7,5: 92,5 ou cerca de 15:85 mokmol.
[0086] Alternativamente, outros precursores de sal de chumbo podem ser usados em conjunto com ou em vez de sais de halogeneto de chumbo para formar uma solução de sal de chumbo .Os sais precursores de chumbo adequados podem compreender qualquer combinação de chumbo (II) ou chumbo (IV) e os seguintes ânions: nitrato, nitrito, carboxilato, acetato, formato, oxilato, sulfato, sulfito, tiossulfato, fosfato, tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, tetra (perfluorofenil) borato, hidreto, óxido, peróxido, hidróxido, nitreto, arseniato, arsenita, perclorato, carbonato, bicarbonato, cromato, dicromato, iodato, bromato, clorato, clorito, hipoclorito, hipobromito, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isocianato, azida, tetracarbonilcobaltato, carbamoildicanometanida, dicanonitrosometanida, dicianamida, tricianometanida, amida e permanganato.
[0087] A solução de sal de chumbo pode ainda compreender um sal de chumbo (II) ou chumbo (IV) em razões molares de 0 a 100% para os seguintes íons metálicos Fe, Cd, Co, Ni, Cu, Hg, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn e Zr como um sal dos ânions mencionados acima.
[0088] Um solvente pode então ser adicionado ao vaso para dissolver os sólidos de halogeneto de chumbo para formar a solução de halogeneto de chumbo .Solventes adequados incluem, entre outros, N-ciclo-hexil-2-pirrolidona seca, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida (DMF), dialquilformamida, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetra-hidrofurano, formamida, terc-butilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e suas combinações. Em uma modalidade, os sólidos de chumbo são dissolvidos em dimetilformamida seca (DMF). Os sólidos de halogeneto de chumbo podem ser dissolvidos a uma temperatura entre cerca de 20 SC e cerca de 150 SC. Em uma modalidade, os sólidos de halogeneto de chumbo são dissolvidos a cerca de 85 SC. Os sólidos de halogeneto de chumbo podem ser dissolvidos pelo tempo necessário para
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49/55 formar uma solução, que pode ocorrer durante um período de tempo de até 72 horas. A solução resultante forma a base da tinta precursora do halogeneto de chumbo. Em algumas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ter uma concentração de halogeneto de chumbo entre cerca de 0,001 M e cerca de 10 M. Em uma modalidade, a tinta precursora de halogeneto de chumbo tem uma concentração de halogeneto de chumbo de cerca de 1 M. Em algumas modalidades, a solução de halogeneto de chumbo pode compreender ainda um aminoácido (por exemplo, ácido 5-aminovalérico, histidina, glicina, licina), um hidro-halogeneto de aminoácido (por exemplo, cloridrato de ácido 5-amino valérico), um agente (SAM) modificador de superfície de IFL (como os discutidos anteriormente na especificação) ou uma combinação dos mesmos.
[0089] Em seguida, é formada uma solução de halogeneto de metal do Grupo 1. Uma quantidade de halogeneto de metal do Grupo 1 pode ser misturada em um recipiente limpo e seco em um ambiente de atmosfera controlada. Os halogenetos de metal do Grupo 1 adequados incluem, entre outros, iodeto de césio, brometo de césio, cloreto de césio, fluoreto de césio, iodeto de rubídio, brometo de rubídio, cloreto de rubídio, fluoreto de rubídio, iodeto de lítio, brometo de lítio, cloreto de lítio, fluoreto de lítio, iodeto de sódio, brometo de sódio, cloreto de sódio, fluoreto de sódio, iodeto de potássio, brometo de potássio, cloreto de potássio, fluoreto de potássio. O halogeneto de metal do Grupo 1 pode compreender uma única espécie de halogeneto de metal do Grupo 1 ou pode compreender uma mistura de halogeneto de metal do Grupo 1 em uma razão precisa. Em uma modalidade, o halogeneto de metal do Grupo 1 pode compreender iodeto de césio. Em outra modalidade, o halogeneto de metal do Grupo 1 pode compreender iodeto de rubídio. Em outra modalidade, o halogeneto de metal do Grupo 1 pode compreender iodeto de sódio. Em outra modalidade, o halogeneto de metal do Grupo 1 pode compreender iodeto de potássio.
[0090] Alternativamente, outros precursores de sal metálico do Grupo 1 podem ser usados em conjunto com ou em vez de sais de halogeneto metálico
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50/55 do Grupo 1 para formar uma solução de sal metálico do Grupo 1. Os sais metálicos precursores adequados do Grupo 1 podem compreender qualquer combinação de metais do Grupo 1 e os seguintes ânions: nitrato, nitrito, carboxilato, acetato, formato, oxilato, sulfato, sulfito, tiossulfato, fosfato, tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, tetra (perfluorofenil) borato, hidreto óxido, peróxido, hidróxido, nitreto, arsenato, arsenito, perclorato, carbonato, bicarbonato, cromato, dicromato, iodato, bromato, clorato, clorito, hipoclorito, hipobromito, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isotiocianato, azotato, carbamoildicianometanida, dicanonitrosometanida, dicianamida, tricianometanida, amida e permanganato.
[0091 ] Um solvente pode então ser adicionado ao recipiente para dissolver os sólidos de halogeneto de metal do Grupo 1 para formar a solução de halogeneto de metal do Grupo 1. Solventes adequados incluem, entre outros, Nciclo-hexil-2-pirrolidona seca, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida (DMF), dialquilformamida, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetra-hidrofurano, formamida, terc -butilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e suas combinações. Em uma modalidade, os sólidos de chumbo são dissolvidos em dimetilsulfóxido seco (DMSO). Os sólidos de iodetos metálicos do Grupo 1 podem ser dissolvidos a uma temperatura entre cerca de 20 SC e cerca de 150 SC. Em uma modalidade, os sólidos de iodetos metálicos do Grupo 1 são dissolvidos à temperatura ambiente (isto é, cerca de 25 SC). Os sólidos de iodetos metálicos do Grupo 1 podem ser dissolvidos pelo tempo necessário para formar uma solução, que pode ocorrer durante um período de tempo de até 72 horas. A solução resultante forma a solução de halogeneto de metal do Grupo 1. Em algumas modalidades, a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 pode ter uma concentração de halogeneto de metal do Grupo 1 entre cerca de 0,001 M e cerca de 10 M. Em uma modalidade, a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 tem uma concentração de halogeneto de metal do Grupo 1 de cerca de 1 M. Em algumas modalidades, a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 pode ainda
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51/55 compreender um aminoácido (por exemplo, ácido 5-aminovalérico, histidina, glicina, licina), um hidro-halogeneto de aminoácido (por exemplo, cloridrato de ácido 5-amino valérico), um agente (SAM) modificador superfície de IFL (como os discutidos anteriormente na especificação) ou uma combinação dos mesmos.
[0092] Em seguida, a solução de halogeneto de chumbo e a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 são misturadas para formar uma tinta precursora de película fina. A solução de halogeneto de chumbo e a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 podem ser misturadas em uma razão tal que a tinta precursora de película fina resultante tenha uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que está entre 0% e 25% da concentração molar do chumbo halogeneto. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 1% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 5% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 10% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 15% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 20% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em modalidades particulares, a tinta precursora de película fina pode ter uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que é 25% da concentração molar do halogeneto de chumbo. Em algumas modalidades, a solução de halogeneto de chumbo e a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 podem ser agitadas ou agitadas durante ou após a mistura.
[0093] A tinta precursora de película fina pode então ser depositada no substrato desejado. As camadas de substrato adequadas podem incluir qualquer
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52/55 uma das camadas de substrato identificadas anteriormente nesta revelação. Como observado acima, a tinta precursora de película fina pode ser depositada por vários meios, incluindo, entre outros, fundição por gota, fundição por rotação, revestimento por rotogravura, revestimento por lâmina, revestimento por rotura reversa, impressão por matriz, impressão em tela ou impressão a jato de tinta. Em certas modalidades, a tinta precursora de película fina pode ser revestida por rotação sobre o substrato a uma velocidade de cerca de 500 rpm a cerca de 10.000 rpm por um período de tempo de cerca de 5 segundos a cerca de 600 segundos. Em uma modalidade, a tinta precursora de película fina pode ser revestida por rotação no substrato a cerca de 3.000 rpm por cerca de 30 segundos. A tinta precursora de película fina pode ser depositada no substrato em uma atmosfera ambiente em uma faixa de umidade de cerca de 0% de umidade relativa a cerca de 50% de umidade relativa. A tinta precursora de película fina pode então ser deixada secar em uma atmosfera substancialmente livre de água, isto é, menos de 20% de umidade relativa, para formar uma película fina.
[0094] A película fina pode então ser recozida termicamente por um período de tempo de até cerca de 24 horas a uma temperatura de cerca de 20 °C a cerca de 300 °C. Em uma modalidade, a película fina pode ser recozida termicamente por cerca de dez minutos a uma temperatura de cerca de 50 SC. A camada ativa do material de perovskita pode então ser completada por um processo de conversão no qual o filme precursor é submerso ou enxaguado com uma solução salina compreendendo um solvente ou mistura de solventes (por exemplo, DMF, isopropanol, metanol, etanol, butanol, clorofórmio clorobenzeno, dimetilsulfóxido, água) e sal (por exemplo, iodeto de metilamônio, iodeto de formamidínio, iodeto de guanidínio, iodeto de 1,2,2-triaminovinilamônio, hidroiodeto de ácido 5-aminovalérico) em uma concentração entre 0,001 M e 10 M. Em certas modalidades, as películas finas de material de perovskita também podem ser pós-recozidas termicamente da mesma maneira que na primeira linha deste parágrafo.
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53/55 [0095] Em algumas modalidades, a solução de sal pode ser preparada massajando o sal em um vaso limpo e seco em um ambiente de atmosfera controlada. Os sais adequados incluem, mas não estão limitados a, iodeto de metilamônio, iodeto de formamidínio, iodeto de guanidínio, iodeto de imidazólio, iodeto de eteno-tetramina, iodeto de eteno-tetramina, iodeto de 1,2,2triaminovinilamônio e hidro-iodeto de ácido 5-aminovalérico. Outros sais adequados podem incluir qualquer cátion orgânico descrito acima na seção intitulada Material de perovskita. O sal pode compreender uma única espécie de sal ou pode compreender uma mistura de sal em uma razão precisa. Em uma modalidade, o sal pode compreender iodeto de metilamônio. Em outra modalidade, o sal pode compreender iodeto de formamidínio. Em seguida, um solvente pode então ser adicionado ao vaso para dissolver os sólidos de sal para formar a solução de sal. Os solventes adequados incluem, mas não estão limitados a, DMF, isopropanol, metanol, etanol, butanol, clorofórmio clorobenzeno, dimetilsulfóxido, água e combinações dos mesmos. Em uma modalidade, os sólidos de sal de iodeto de formamidínio são dissolvidos em isopropanol. Os sólidos de sal podem ser dissolvidos a uma temperatura entre cerca de 20 SC e cerca de 150 SC. Em uma modalidade, os sólidos de sal são dissolvidos à temperatura ambiente (isto é, cerca de 25 SC). Os sólidos de sal podem ser dissolvidos pelo tempo necessário para formar uma solução, que pode ocorrer durante um período de tempo de até 72 horas. A solução resultante forma a solução salina. Em algumas modalidades, a solução de sal pode ter uma concentração de sal entre cerca de 0,001 M e cerca de 10 M. Em uma modalidade, a solução de sal tem uma concentração de sal de cerca de 1 M.
[0096] Por exemplo, o uso do processo descrito acima com uma solução de iodeto de chumbo (II), uma solução de iodeto de césio e uma solução de sal de iodeto de metilamônio (MA) pode resultar em um material de perovskita com a fórmula de Cs/MAPbh, onde i é igual a um número entre 0 e 1. Como outro exemplo, o uso de uma solução de iodeto de chumbo (II), uma solução de iodeto de rubídio e uma solução de sal de iodeto de formamidínio (FA) pode resultar
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54/55 em urn material de perovskita com a fórmula de Rb/FAPbh, onde i é igual a urn número entre 0 e 1. Como outro exemplo, o uso de uma solução de iodeto de chumbo (II), uma solução de iodeto de césio e uma solução de sal de iodeto de formamidínio (FA) pode resultar em um material de perovskita com a fórmula de Cs/FAPbh, onde i é igual a um número entre 0 e I.Como outro exemplo, o uso de uma solução de iodeto de chumbo (II), uma solução de iodeto de potássio e uma solução de sal de iodeto de formamidínio (FA) pode resultar em um material de perovskita com a fórmula de K/FAPbh, onde i é igual a um número entre 0 e 1. Como outro exemplo, a utilização de um chumbo (II) de solução de iodeto de uma solução de iodeto de sódio, e um formamidínio (FA) solução de sal de iodeto, pode resultar em um material de perovskita possuindo a uma fórmula de Na/FAPbh, em que i é igual a um número entre 0 e 1. Como outro exemplo, o uso de uma solução de mistura de iodeto de chumbo (II) - cloreto de chumbo (II), uma solução de iodeto de césio e uma solução de sal de iodeto de formamidínio (FA) pode resultar em um material de perovskita com a fórmula de Cs/FAPbhyCLy, em que i é igual a um número entre 0 e 1 e y representa um número entre 0 e 3.
[0097] Portanto, a presente invenção está bem adaptada para atingir os fins e vantagens mencionados, bem como aqueles que são inerentes a ela. As modalidades particulares divulgadas acima são apenas ilustrativas, pois a presente invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, mas equivalentes, aparentes para os versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos aqui apresentados. Além disso, nenhuma limitação se destina aos detalhes de construção ou projeto aqui mostrados, além dos descritos nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas particulares divulgadas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente invenção. Em particular, todo intervalo de valores (da forma de cerca de a a cerca de b ou, equivalentemente, de aproximadamente a a b ou, equivalentemente, de aproximadamente ab) divulgados aqui deve ser entendido como referindo-se ao
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55/55 conjunto de potência (o conjunto de todos os subconjuntos) do respectivo intervalo de valores e estabeleça todos os intervalos abrangidos pelo intervalo mais amplo de valores. Além disso, os termos das reivindicações têm seu significado comum e claro, a menos que de outra forma explícita e claramente definida pelo titular da patente.

Claims (30)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
    preparar uma tinta precursora de película fina, em que a preparação da tinta precursora de película fina compreende as etapas de:
    introduzir um halogeneto de chumbo em um primeiro vaso; introduzir um primeiro solvente no primeiro vaso;
    colocar o halogeneto de chumbo em contato com o primeiro solvente para dissolver o halogeneto de chumbo para formar uma solução de halogeneto de chumbo;
    introduzir um halogeneto de metal do Grupo 1 em um segundo vaso;
    introduzir um segundo solvente no segundo vaso; e colocar o halogeneto de metal do Grupo 1 em contato com o segundo solvente para dissolver o halogeneto de metal do Grupo 1 para formar uma solução de halogeneto de metal do Grupo 1;
    colocar a solução de halogeneto de chumbo em contato com a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 para formar a tinta precursora de película fina;
    depositar a tinta precursora de película fina em um substrato;
    secar a tinta precursora de película fina para formar uma película fina; recozer a película fina; e enxaguar a película fina com uma solução salina compreendendo um terceiro solvente e um sal selecionado do grupo que consiste em halogeneto de metilamônio, halogeneto de formamidínio, halogeneto de guanidínio, halogeneto de eteno tetramina, halogeneto de imidazólio, halogeneto de 1,2,2triaminovinilamônio e 5-aminovalérico hidro-halogeneto ácido.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de chumbo compreende iodeto de chumbo (II).
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de césio.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de rubídio.
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de sódio.
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    2/5
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de potássio.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro solvente e o segundo solvente são selecionados do grupo que consiste em N-ciclo-hexil-2-pirrolidona seca, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida (DMF), dialquilformamida, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetra-hidrofurano, formamida, terc-butilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e suas combinações.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro solvente compreende dimetilformamida seca (DMF).
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo solvente compreende dimetilsulfóxido (DMSO).
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o terceiro solvente é selecionado do grupo que consiste em dimetilformamida, isopropanol, metanol, etanol, butanol, clorofórmio, clorobenzeno, dimetilsulfóxido, água e suas combinações.
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tinta precursora de película fina tem uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que está entre 1 % e 25% da concentração molar do halogeneto de chumbo.
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recozimento da película fina ocorre entre cerca de 5 a cerca de 30 minutos a uma temperatura entre cerca de 40 °C e cerca de 60 °C.
  13. 13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal compreende iodeto de formamidínio.
  14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal compreende iodeto de metilamônio.
  15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lavagem da película fina compreende pelo menos submersão parcial na solução salina.
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  16. 16. Material de perovskita caracterizado pelo fato de que é preparado por um processo que compreende as etapas de:
    preparar uma tinta precursora de película fina, em que a preparação da tinta precursora de película fina compreende as etapas de:
    introduzir um halogeneto de chumbo em um primeiro vaso; introduzir um primeiro solvente no primeiro vaso;
    colocar o halogeneto de chumbo em contato com o primeiro solvente para dissolver o halogeneto de chumbo para formar uma solução de halogeneto de chumbo;
    introduzir um halogeneto de metal do Grupo 1 em um segundo vaso;
    introduzir um segundo solvente no segundo vaso; e colocar o halogeneto de metal do Grupo 1 em contato com o segundo solvente para dissolver o halogeneto de metal do Grupo 1 para formar uma solução de halogeneto de metal do Grupo 1;
    colocar a solução de halogeneto de chumbo em contato com a solução de halogeneto de metal do Grupo 1 para formar a tinta precursora de película fina;
    depositar a tinta precursora de película fina em um substrato;
    secar a tinta precursora de película fina para formar uma película fina; recozer a película fina; e enxaguar a película fina com uma solução salina compreendendo um terceiro solvente e um sal selecionado do grupo que consiste em halogeneto de metilamônio, halogeneto de formamidínio, halogeneto de guanidínio, halogeneto de eteno tetramina, halogeneto de imidazólio, halogeneto de 1,2,2triaminovinilamônio e hidro-halogeneto de ácido 5-aminovalérico.
  17. 17. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de chumbo compreende iodeto de chumbo (II).
  18. 18. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de césio.
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  19. 19. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de rubídio.
  20. 20. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de sódio.
  21. 21. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de metal do Grupo 1 compreende iodeto de potássio.
  22. 22. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro solvente e o segundo solvente são selecionados do grupo que consiste em N-ciclo-hexil-2-pirrolidona seca, alquil2-pirrolidona, dimetilformamida (DMF), dialquilformamida, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetra-hidrofurano, formamida, tercbutilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e suas combinações.
  23. 23. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro solvente compreende dimetilformamida seca (DMF).
  24. 24. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o segundo solvente compreende dimetilsulfóxido (DMSO).
  25. 25. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o terceiro solvente é selecionado do grupo que consiste em dimetilformamida, isopropanol, metanol, etanol, butanol, clorofórmio, clorobenzeno, dimetilsulfóxido, água e suas combinações.
  26. 26. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a tinta precursora de película fina tem uma concentração molar do halogeneto de metal do Grupo 1 que está entre 1% e 25% da concentração molar do halogeneto de chumbo.
  27. 27. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o recozimento da película fina ocorre por cerca de 5 a cerca de 30 minutos a uma temperatura entre cerca de 40 °C a cerca de 60 °C.
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    5/5
  28. 28. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sal compreende iodeto de formamidinio.
  29. 29. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sal compreende iodeto de metilamônio.
  30. 30. Material de perovskita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a lavagem da película fina compreende pelo menos submersão parcial na solução salina.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9880458B1 (en) 2017-04-17 2018-01-30 Hee Solar, L.L.C. Hybrid perovskite material processing
GB201811537D0 (en) 2018-07-13 2018-08-29 Univ Oxford Innovation Ltd Turnable blue emitting lead halide perovskites
GB201811539D0 (en) 2018-07-13 2018-08-29 Univ Oxford Innovation Ltd Fabrication process for a/m/x materials
WO2020060896A1 (en) 2018-09-14 2020-03-26 Alliance For Sustainable Energy, Llc Mixed three-dimensional and two-dimensional perovskites and methods of making the same
CN113169280A (zh) * 2019-03-26 2021-07-23 积水化学工业株式会社 光电转换元件、光电转换元件的制造方法及太阳能电池
CN110093065B (zh) * 2019-04-29 2021-04-02 清华大学 一种具有荧光特性的纳米晶墨水及其制备方法和图案化应用
CN110429178A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 上海交通大学 一种提高钙钛矿光电性能的方法
US11659723B2 (en) * 2019-11-13 2023-05-23 Cubicpv Inc. Perovskite material photovoltaic device and method for assembly
JP2023505062A (ja) * 2019-11-27 2023-02-08 キュービックピーブイ インコーポレイテッド ペロブスカイト半導体装置における界面層としての非フラーレン受容体（ｎｆａ）
CN111349035B (zh) * 2020-03-06 2021-09-03 江西理工大学 一种有机-无机杂化钙钛矿及其制备方法和应用
US10984959B1 (en) * 2020-04-13 2021-04-20 United Arab Emirates University Quantum dot-sensitized solar cell and method of making the same
US20230340288A1 (en) * 2020-08-03 2023-10-26 The University Of North Carolina At Chapel Hill Perovskite ink for scalable fabrication of efficient and stable perovskite modules
CN113046076A (zh) * 2021-03-25 2021-06-29 昆明理工大学 一种原位制备钙钛矿闪烁体薄膜的方法
CN113278327A (zh) * 2021-06-10 2021-08-20 华东理工大学 一种双重加密防伪钙钛矿墨水及其制备方法
JP2023060770A (ja) * 2021-10-18 2023-04-28 Ckd株式会社 錫系ペロブスカイト層の製造方法
CN116082880B (zh) * 2021-11-05 2024-03-22 中国科学院化学研究所 一种纳米胶囊型钙钛矿墨水、制备方法及其应用

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160005547A1 (en) * 2013-01-10 2016-01-07 Korea Research Institute Of Chemical Technology Inorganic-organic hybrid solar cell having durability and high performance
US9136408B2 (en) 2013-11-26 2015-09-15 Hunt Energy Enterprises, Llc Perovskite and other solar cell materials
US9425396B2 (en) * 2013-11-26 2016-08-23 Hunt Energy Enterprises L.L.C. Perovskite material layer processing
JP6362868B2 (ja) * 2014-01-21 2018-07-25 国立大学法人京都大学 高効率ペロブスカイト型太陽電池の製造方法
KR101561284B1 (ko) 2014-04-17 2015-10-16 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 페로브스카이트 구조 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지
TWI474992B (zh) * 2014-04-29 2015-03-01 Univ Nat Central 鈣鈦礦薄膜及太陽能電池的製備方法
US9305715B2 (en) * 2014-08-01 2016-04-05 Hunt Energy Enterprises Llc Method of formulating perovskite solar cell materials
JP2016132638A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 三菱化学株式会社 有機無機ペロブスカイト化合物、発光体、半導体材料、電子デバイス及び太陽電池
JP6563212B2 (ja) * 2015-02-23 2019-08-21 大阪瓦斯株式会社 ペロブスカイト系材料及びそれを用いた光電変換装置
US10005800B2 (en) * 2015-03-12 2018-06-26 Korea Research Institute Of Chemical Technology Mixed metal halide perovskite compound and semiconductor device including the same
WO2016187340A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Alliance For Sustainable Energy, Llc Organo-metal halide perovskites films and methods of making the same
CN106328813B (zh) * 2015-06-29 2018-08-28 清华大学 一种高稳定性掺铯钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
KR101715253B1 (ko) 2015-08-07 2017-03-10 성균관대학교산학협력단 수분 및 광 안정성이 향상된 페로브스카이트 및 이를 이용한 태양전지
WO2017031373A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Massachusetts Institute Of Technology Planar mixed-metal perovskite for optoelectronic applications
EP3356884B1 (en) 2015-09-29 2023-07-05 Alliance for Sustainable Energy, LLC Energy-harvesting chromogenic devices
CN105647530B (zh) * 2016-02-01 2017-12-12 南京理工大学 一种金属卤化物无机钙钛矿量子点的制备方法
CN105609635B (zh) * 2016-03-17 2018-05-15 东华大学 一种在空气中制备高结晶度钙钛矿薄膜的方法
CN105789451B (zh) * 2016-04-19 2018-05-25 中国科学院化学研究所 一种钙钛矿晶体薄膜及其水蒸汽退火制备方法与应用
US9570240B1 (en) * 2016-08-04 2017-02-14 The United States of America represented by the Secretary of the Air Force Controlled crystallization to grow large grain organometal halide perovskite thin film
US9880458B1 (en) 2017-04-17 2018-01-30 Hee Solar, L.L.C. Hybrid perovskite material processing

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