BR122020016555B1 - Método para produção de material de perovskita e material de perovskita - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um material de perovskita e um método para sua produção. O método compreende as etapas de: preparar uma tinta precursora de halogeneto de chumbo, depositar a tinta precursora de halogeneto de chumbo sobre um substrato; secar a tinta precursora de halogeneto de chumbo para formar um filme fino; e depositar um segundo solvente e um sal sobre o filme fino. A preparação de uma tinta precursora de halogeneto de chumbo compreende as etapas de: introduzir um halogeneto de chumbo em um recipiente; introduzir um primeiro solvente no recipiente; contatar o halogeneto de chumbo com o primeiro solvente para dissolver o halogeneto de chumbo; e introduzir água em um recipiente.
Description
[0001] O uso de fotovoltaicos (PVs) para gerar potência elétrica a partir de radiação ou energia solar pode incluir muitos benefícios, incluindo, por exemplo, uma fonte de alimentação, emissões baixas ou inexistência, produção de potência independente da rede de energia, estruturas físicas duráveis (sem partes móveis), sistemas confiáveis e estáveis, construção modular, instalação relativamente rápida, uso e fabricação seguros e opinião pública satisfatória e aceitação de uso.
[0002] As particularidades e vantagens da presente invenção serão prontamente evidentes para aqueles indivíduos versados na técnica. Embora inúmeras mudanças possam ser feitas por aqueles indivíduos versados na técnica, tais mudanças se encontram abrangidas no espírito da invenção.
[0003] A Figura 1 é uma ilustração de projeto de DSSC representando várias camadas do DSSC de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0004] A Figura 2 é outra ilustração de projeto de DSSC representando várias camadas do DSSC de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0005] A Figura 3 é uma ilustração exemplificativa do projeto de dispositivo de BHJ de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0006] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma célula fotovoltaica típica que inclui uma camada ativa de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0007] A Figura 5 é um esquema de um dispositivo de 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 de PV exemplificativo de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0009] A Figura 7 é um diagrama estilizado que mostra componentes de um dispositivo de PV exemplificativo de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0010] A Figura 8 é um diagrama estilizado que mostra componentes de um dispositivo de PV exemplificativo de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0011] A Figura 9 é um diagrama estilizado que mostra componentes de um dispositivo de PV exemplificativo de acordo com algumas modalidades da presente revelação.
[0012] A Figura 10 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita de acordo com algumas modalidades.
[0013] A Figura 11 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita de acordo com algumas modalidades.
[0014] A Figura 12 mostra imagens de um microscópio eletrônico de varredura em corte transversal que comparam um PV de perovskita fabricado com água (superior) e sem água (inferior).
[0015] As Figuras 13 a 20 são diagramas estilizados de dispositivos de material de perovskita de acordo com algumas modalidades.
[0016] Aprimoramentos em vários aspectos das tecnologias de PV compatíveis com PVs orgânicos, não orgânicos e/ou híbridos prometem reduzir adicionalmente o custo tanto de PVs orgânicos quanto outros PVs. Por exemplo, algumas células solares, como células solares sensibilizadas por corante de estado sólido, podem tomar vantagem dos componentes alternativo de alta estabilidade e de baixo custo inovadores, como materiais de transporte de carga de estado sólido (ou, coloquialmente, “eletrólitos de estado sólido”). Além disso, vários tipos de células solares podem incluir, vantajosamente, materiais de interface e outros, que podem, dentre outras vantagens, ser mais duráveis e de custo menor do que as opções convencionais atualmente em existência.
[0017] A presente revelação se refere, de modo geral, 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 aparelho, métodos de uso, e formação dessas composições de matéria.
[0018] Os exemplos dessas composições de matéria podem incluir, por exemplo, materiais de transporte de lacuna e/ou materiais que podem ser adequados para uso como, por exemplo, camadas interfaciais (IFLs), corantes e/ou outros elementos de dispositivos PV. Tais compostos podem ser distribuídos em uma variedade de dispositivos PV, como células de heterojunção (por exemplo, bicamada e volume), células híbridas (por exemplo, orgânicos com CH3NH3PbI3, nanobastões de ZnO ou pontos quânticos de PbS), e DSSCs (células solares sensibilizadas por corante). As últimas, DSSCs, existem em três formas: eletrólitos à base de solvente, eletrólitos de líquido iônico, e transportadores de lacuna de estado sólido (ou DSSCs de estado sólido, isto é, SS-DSSCs). As estruturas de SS-DSSC de acordo com algumas modalidades podem ser substancialmente livres de eletrólito, contendo, em vez disso, materiais de transporte de lacuna, como spiro- OMeTAD, CsSnI3 e outros materiais ativos.
[0019] Alguns ou todos os materiais de acordo com algumas modalidades da presente revelação também podem ser vantajosamente usados em qualquer dispositivo eletrônico orgânico ou de outro tipo, com alguns exemplos que incluem, sem limitação: bateria, transistores de efeito de campo (FETs), diodos emissores de luz (LEDs), dispositivos ópticos não lineares, memristores, capacitores, retificadores e/ou antenas de retificação.
[0020] Em algumas modalidades, a presente revelação pode fornecer PV e outros dispositivos semelhantes (por exemplo, baterias, baterias PV híbridas, PVs de multijunção, FETs, LEDs etc.). Esses dispositivos podem, em algumas modalidades, incluir material ativo aprimorado, camadas interfaciais e/ou um ou mais materiais de perovskita. Um material de perovskita pode ser incorporado em vários dentre 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 similares a cátion); M compreende um ou mais metais (exemplos que incluem 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 maiores detalhes abaixo.
[0021] Algumas modalidades de PV podem ser descritas a título de referência a várias representações de células solares, conforme mostrado nas Figuras 1, 3, 4 e 5. Por exemplo, uma arquitetura de PV exemplificativa de acordo com algumas modalidades pode ser substancialmente da forma substrato-ânodo-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 ser notado que o uso do termo “camada ativa” não se destina de modo qualquer modo a restringir ou, de outro modo, definir, explícita ou implicitamente, as propriedades de qualquer outra camada — por exemplo, em algumas modalidades, qualquer uma ou ambas as IFLs também podem ser ativas na medida em que as mesmas também podem ser semicondutoras. 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 PV, como modalidades de PV de material de perovskita. A célula PV 2610 inclui uma camada transparente 2612 de vidro (ou material similarmente transparente à radiação solar) o que permite que a radiação solar 2614 se 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 por doador de elétron ou material tipo p 2618, e/ou um aceitador de elétron ou material tipo n 2620, e/ou um semicondutor ambipolar, que exibe ambas características de material tipo p e n. A camada ativa ou, conforme retratado na Figura 4, a camada fotoativa 2616, é ensanduichada entre duas camadas de eletrodo eletricamente condutivas 2622 e 2624. Na Figura 4, a camada de eletrodo 2622 é um óxido de índio adulterado com estanho (material de ITO). Conforme notado anteriormente, uma camada ativa de algumas modalidades não precisa ser necessariamente fotoativa, embora, no dispositivo mostrado na Figura 4, seja. A camada de eletrodo 2624 é um material de alumínio. Outros materiais podem ser usados conforme é conhecido na técnica. A célula 2610 também inclui uma camada interfacial (IFL) 2626, mostrada no exemplo da Figura 4 como um material de ZnO. A IFL pode auxiliar na separação de carga. Em algumas modalidades, a IFL 2626 pode compreender um composto orgânico de acordo com a presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como um filme fino. Em outras modalidades, a IFL 2626 pode compreender uma IFL de multicamadas, que é discutido em maiores detalhes abaixo. Também pode haver uma IFL 2627 adjacente ao eletrodo 2624. Em algumas modalidades, a IFL 2627 adjacente ao eletrodo 2624 também pode ou compreende em vez disso um composto orgânico fotoativo de acordo com a presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como um filme fino. Em outras modalidades, a IFL 2627 adjacente ao eletrodo 2624 também pode ou compreende em vez disso uma IFL de multicamadas (novamente, discutido em maiores detalhes abaixo). Uma IFL de acordo com algumas modalidades pode ser semicondutora em caráter, e pode ser do tipo p ou tipo n ou pode ser dielétrica em caráter. Em algumas modalidades, a IFL no lado de cátodo do dispositivo (por exemplo, IFL 2627 conforme mostrado na Figura 4) pode ser do tipo p, e a IFL no lado de ânodo do dispositivo (por exemplo, IFL 2626 conforme mostrado na Figura 4) pode ser tipo n. Em outras modalidades, entretanto, a IFL de lado de cátodo pode ser do tipo n e a IFL de lado de ânodo pode ser do tipo p. A célula 2610 é fixada a ligações 2630 e uma unidade de descarga 2632, como uma bateria.
[0022] Ainda outras modalidades podem ser descritas a título de referência à Figura 3, que representa um projeto de dispositivo de BHJ estilizado, e inclui: substrato de vidro 2401; eletrodo de ITO (óxido de índio adulterado com estanho) 2402; camada interfacial (IFL) 2403; camada fotoativa 2404; e cátodos de LiF/Al 2405. Os materiais de construção de BHJ referidos como meros exemplos; qualquer outra construção de BHJ conhecida na técnica pode ser usada consistente com a presente revelação. Em algumas modalidades, a camada fotoativa 2404 pode compreender qualquer um ou mais materiais que a camada ativa ou fotoativa 2616 do dispositivo da Figura 4 possa compreender.
[0023] A Figura 1 é uma ilustração de PVs de DSSC simplificada de acordo com algumas modalidades, referida no presente contexto para propósitos de ilustrar a montagem de tais PVs exemplificativos. Um DSSC exemplificativo conforme mostrado na Figura 1 pode ser construído de acordo com o seguinte: camada de eletrodo 1506 (mostrada como óxido de estanho adulterado com flúor, FTO) é depositada sobre uma camada de substrato 1507 (mostrada como vidro). A camada mesoporosa ML 1505 (que pode em algumas modalidades ser TiO2) é depositada sobre a camada de eletrodo 1506 e, então, o fotoeletrodo (até o momento compreendendo camada de substrato 1507, camada de eletrodo 1506 e camada mesoporosa 1505) é embebido em um solvente (não mostrado) e corante 1504. Isso deixa o corante 1504 preso à superfície da ML. Um contraeletrodo separado é produzido compreendendo a camada de substrato 1501 (também mostrada como vidro) e a camada de eletrodo 1502 (mostrada como Pt/FTO). O fotoeletrodo e contraeletrodo são combinados, ensanduichando as várias camadas 1502 - 1506 entre as duas camadas de substrato 1501 e 1507 conforme mostrado na Figura 1 e permitindo que as camadas de eletrodo 1502 e 1506 sejam utilizadas como um cátodo e ânodo, respectivamente. Uma camada de eletrólito 1503 é depositada diretamente sobre o fotoeletrodo completo após a camada de corante 1504 ou através de uma abertura no dispositivo, tipicamente uma lacuna pré-perfurada por jateamento de areia no substrato de contraeletrodo 1501. A célula também pode ser fixada a ligações e uma unidade de descarga, como uma bateria (não mostrada). A camada de substrato 1507 e a camada de eletrodo 1506, e/ou camada de substrato 1501 e a camada de eletrodo 1502 devem ser transparência suficiente para permitir que a radiação solar atravesse até o corante fotoativo 1504. Em algumas modalidades, o contraeletrodo e/ou fotoeletrodo pode ser rígido, enquanto em outros qualquer um ou ambos podem ser flexíveis. As camadas de substrato de várias modalidades podem compreender qualquer um ou mais dentre: vidro, polietileno, PET, Kapton, quartzo, folha de alumínio, folha de ouro e aço. Em determinadas modalidades, um DSSC pode incluir adicionalmente uma camada de coleta leve1601, conforme mostrado na Figura 2, para difundir a luz incidente a fim de aumentar o comprimento do trajeto da luz através da camada fotoativa do dispositivo (aumentando assim a probabilidade de a luz ser absorvida na camada fotoativa).
[0024] Em outras modalidades, a presente revelação fornece DSSCs de estado sólido. Os DSSCs de estado sólido de acordo com algumas modalidades podem fornecer vantagens como carência de vazamento e/ou problemas de corrosão, que podem afetar os DSSCs que compreendem eletrólitos líquidos. Além disso, um portador de carga de estado sólido pode fornecer física de dispositivo mais rápido (por exemplo, transporte de carga mais rápido). Adicionalmente, eletrólitos de estado sólido podem, em algumas modalidades, ser fotoativos e, portanto, contribuir para potência derivada de um dispositivo de DSSC de estado sólido.
[0025] Alguns dos exemplos de DSSCs de estado sólido podem ser descritos a título de referência à Figura 5, que é um esquema estilizado de um DSSC de estado sólido típico. Como com a célula solar exemplificativa representada, por exemplo, na Figura 4, uma camada ativa compreendida de primeiro e segundo material ativo (por exemplo, condutor e/ou semicondutor) material (2810 e 2815, respectivamente) é ensanduichada 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 o material ativo do tipo p, e compreende um eletrólito de estado sólido. Em determinadas modalidades, o primeiro material ativo 2810 pode compreender um material orgânico como spiro-OMeTAD e/ou poli(3-hexiltiofeno), um binário, ternário, quaternário inorgânico ou complexo maior, qualquer material semicondutor sólido ou qualquer combinação do mesmo. Em algumas modalidades, o primeiro material ativo pode compreender, em vez disso, ou adicionalmente, um óxido e/ou um sulfeto, e/ou um seleneto e/ou um iodeto (por exemplo, CsSnI3). Portanto, por exemplo, o primeiro material ativo de algumas modalidades pode compreender material tipo p de estado sólido, que pode compreender sulfeto de índio e cobre, e, em algumas modalidades, pode compreender seleneto de gálio, índio e cobre. O segundo material ativo 2815 mostrado na Figura 5 é material ativo do tipo n, e compreende TiO2 revestido com um corante. Em algumas modalidades, o segundo material ativo pode compreender, da mesma forma, um material orgânico, como spiro-OMeTAD, um binário, ternário, quaternário, ou complexo maior inorgânico ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o segundo material ativo pode compreender um óxido, como alumina, e/ou pode compreender um sulfeto, e/ou o mesmo pode compreender um seleneto. Portanto, em algumas modalidades, o segundo material ativo pode compreender sulfeto de índio e cobre, e, em algumas modalidades, pode compreender seleneto de gálio, índio e cobre. O segundo material ativo 2815 de algumas modalidades pode constituir uma camada mesoporosa. Além disso, além de ser ativo, qualquer um ou ambos dentre o primeiro e o segundo materiais ativos 2810 e 2815 pode ser fotoativo. Em outras modalidades (não mostrado na Figura 5), o segundo material ativo pode compreender um sólido eletrólito. Além disso, em modalidades em que qualquer um dentre o primeiro e o segundo materiais ativos 2810 e 2815 compreendem um sólido eletrólito, o dispositivo PV pode carecer de uma quantidade eficaz de eletrólito líquido. Embora mostrada e referida na Figura 5 como sendo camada de estado sólido do tipo p (por exemplo, primeiro material ativo que compreende sólido eletrólito) pode em algumas modalidades em vez disso ser semicondutor do tipo n. Nessas modalidades, então, o segundo material ativo (por exemplo, TiO2 (ou outro material mesoporoso) conforme mostrado na Figura 5) revestido com um corante pode ser semicondutor do tipo p (em oposição ao semicondutor do tipo n mostrado e discutido em relação à Figura 5).
[0026] As camadas de substrato 2801 e 2825 (ambas mostradas na Figura 5 como vidro) formam as respectivas camadas de fundo e topo externas da célula exemplificativa da Figura 5. Essas camadas podem compreender qualquer material de transparência suficiente para permitir que radiação solar atravesse para a camada ativa/fotoativa que compreende corante, primeiro e segundo materiais ativos e/ou fotoativos 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 exemplificativa representada na Figura 4, a radiação solar passa através da camada de substrato 2825 e eletrodo 2820 para a camada ativa, sobre a qual pelo menos uma porção da radiação solar é absorvida com a finalidade de produzir um ou mais éxcitons para habilitar a geração elétrica.
[0027] Um DSSC de estado sólido de acordo com algumas modalidades pode ser construído de modo substancialmente semelhante àquele descrito acima em relação ao DSSC representado como estilizado na Figura 1. Na modalidade mostrada na Figura 5, material ativo do tipo p 2810 corresponde ao eletrólito 1503 da Figura 1; material ativo do tipo n 2815 corresponde a ambos os corantes 1504 e ML 1505 da Figura 1; os eletrodos 2805 e 2820 respectivamente correspondem às camadas de eletrodos 1502 e 1506 da Figura 1; e camadas de substrato 2801 e 2825 respectivamente correspondem às camadas de substrato 1501 e 1507.
[0028] Várias modalidades da presente revelação fornecem materiais e/ou projetos aprimorados em vários aspectos de célula solar e outros dispositivos, que incluem dentre outras coisas, materiais ativos (que incluem camadas de transporte de lacuna e/ou transporte de elétron), camadas interfaciais e projeto de dispositivo geral.
[0029] A presente revelação em algumas modalidades fornece materiais e projetos vantajosos de uma ou mais camadas interfaciais dentro de um PV, que inclui IFLs de revestimento fino. As IFLs de revestimento fino podem ser empregadas em uma ou mais IFLs de um PV de acordo com várias modalidades discutidas no presente documento no presente documento.
[0030] De acordo com várias modalidades, dispositivos podem incluir, opcionalmente, uma camada interfacial entre quaisquer duas outras camadas e/ou materiais, embora os dispositivos não precisem conter quaisquer camadas interfaciais. Por exemplo, um dispositivo de material de perovskita pode conter zero, um, dois, três, quatro, cinco ou mais camadas interfaciais (como o dispositivo exemplificativo da Figura 7, que contém cinco camadas interfaciais 3903, 3905, 3907, 3909, e 3911). Uma camada interfacial pode incluir qualquer material adequado para melhorar a coleta e/ou transporte de carga entre duas camadas ou materiais; também pode ajudar a evitar ou reduzir a probabilidade de recombinação de carga uma vez que uma carga foi transportada distante de um dos materiais adjacentes à camada interfacial. Uma camada interfacial pode homogeneizar física e eletricamente, adicionalmente, os respectivos substratos para criar variações em rigidez de substrato, constante dielétrica, adesão, criação ou arrefecimento brusco de defeitos (por exemplo, armadilhas de carga, estados de superfície). Materiais de interface adequados podem incluir qualquer um ou mais dentre: Al; Bi; Co; Fe; In; Mn; Mo; Ni; platina (Pt); Si; Sn; Ta; Ti; V; W; Nb; Zn; Zr; óxidos de qualquer um dos metais anteriores (por exemplo, alumina, sílica, titânia); um sulfeto dos metais anteriores; um nitreto de qualquer um dos metais anteriores; grupos aquil silil funcionalizado ou não funcionalizado; grafite; grafeno; fulerenos; nanotubos de carbono; qualquer material mesoporoso e/ou material interfacial discutido em outro lugar no presente documento; e combinações dos mesmos (o que inclui, em algumas modalidades, bicamadas de materiais combinados). Em algumas modalidades, uma camada interfacial pode incluir material de perovskita. Adicionalmente, camadas interfaciais podem compreender modalidades dopadas de qualquer material interfacial mencionado no presente documento (por exemplo, ZnO adulterado com Y, nanotubos de carbono de parede única adulterados com N).
[0031] Em primeiro lugar, conforme notado anteriormente, uma ou mais IFLs (por exemplo, qualquer uma ou ambas as IFLs 2626 e 2627 conforme mostrado na Figura 4) podem compreender um composto orgânico fotoativo da presente revelação como uma monocamada automontada (SAM) ou como um filme fino. Quando um composto orgânico fotoativo da presente revelação for aplicado como um SAM, pode compreender um grupo de ligação através do qual pode ser ligado de modo covalente ou de outro modo à superfície de qualquer um ou ambos do ânodo e cátodo. O grupo de ligação de algumas modalidades pode compreender qualquer um ou mais dentre COOH, SiX3 (em que X pode ser qualquer porção química adequada para formar um composto de silício ternário, como Si(OR)3 e SiCl3), SO3, PO4H, OH, CH2X (em que X pode compreender um halogeneto de Grupo 17), e O. O grupo de ligação pode ser ligado de modo covalente ou de outro modo a uma porção química de remoção de elétron, uma porção química de doador de elétron e/ou uma porção química de núcleo. O grupo de ligação pode se fixar à superfície de eletrodo de modo a formar uma camada organizada direcional de uma única molécula (ou, em algumas modalidades, múltiplas moléculas) em espessura (por exemplo, em que múltiplos compostos orgânicos fotoativos são ligados ao ânodo e/ou cátodo). Conforme notado, o SAM pode se fixar por meio de interações covalentes, mas em algumas modalidades pode se fixar por meio de ligação de hidrogênio iônica e/ou interações de força de dispersão (isto é, Van Der Waals). Além disso, em determinadas modalidades, mediante exposição à luz, o SAM pode entrar em um estado excitado zwiteriônico, criando, assim, uma IFL altamente polarizada, que pode carregar diretamente os portadores de uma camada ativa em um eletrodo (por exemplo, o ânodo ou cátodo). Essa injeção de portador de carga melhorada pode, em algumas modalidades, ser realizada polarizando-se eletronicamente o corte transversal da camada ativa e aumentando assim as velocidades de deriva de portador de carga em direção ao seu respectivo eletrodo (por exemplo, lacuna até ânodo; elétrons até cátodo). As moléculas para aplicações de ânodo de algumas modalidades podem compreender compostos ajustáveis que incluem uma porção química de doador de elétron primária ligada a uma porção química de núcleo, que, por sua vez, é ligada a uma porção química de remoção de elétron, que, por sua vez, é ligada a um grupo de ligação. Nas aplicações de cátodo de acordo com algumas modalidades, as moléculas de IFL podem compreender um composto ajustável que compreende uma porção química carente de elétrons ligada a uma porção química de núcleo, que, por sua vez, é ligada a uma porção química de doador de elétron, que, por sua vez, é ligada a um grupo de ligação. Quando um composto orgânico fotoativo for empregado como uma IFL de acordo com tais modalidades, o mesmo pode reter o caráter fotoativo, embora, em algumas modalidades, não precise ser fotoativo.
[0032] Além de ou em vez de uma de IFL de SAM de composto orgânico fotoativo, um PV de acordo com algumas modalidades pode incluir uma camada interfacial fina (uma “camada interfacial de revestimento fina” ou “IFL de revestimento fino”) revestido em pelo menos uma porção do primeiro ou do segundo material ativo dessas modalidades (por exemplo, primeiro ou segundo material ativo 2810 ou 2815 conforme 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, TiO2 ou outro material mesoporoso, como TiO2 do segundo material ativo 2815).O segundo material ativo pode compreender TiO2 revestido com uma IFL de revestimento fino que compreende alumina (por exemplo, Al2O3) (não mostrado na Figura 5), que, por sua vez, é revestido com um corante. As referências no presente documento a TiO2 e/ou titânia não se destinam a limitar as razões de estanho e óxido nesses compostos de óxido-estanho descritos no presente documento.Isto é, um composto de titânia pode compreender titânio em qualquer um ou mais dentre 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. Portanto, várias modalidades podem incluir (em vez de ou além de TiO2) TixOy, em que x pode ser qualquer valor, número inteiro ou número 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). Portanto, algumas modalidades podem incluir, por exemplo, TiO2 e/ou Ti2O3. Além disso, titânia em quaisquer razões ou combinação de razões entre titânio e óxido pode ser de qualquer uma ou mais estruturas de cristal em algumas modalidades, incluindo qualquer um ou mais dentre anatase, rutilo e amorfo.
[0033] Outros óxidos de metal exemplificativos para uso na IFL de revestimento fino de algumas modalidades podem incluir óxidos de metal semicondutores, como NiO, WO3, V2O5 ou MoO3. A modalidade em que o segundo (por exemplo, tipo n) material ativo compreende TiO2 revestido com uma IFL de revestimento fino que compreende Al2O3 poderia ser formada, por exemplo, com um material precursor como Al(NO3^xH2O, ou qualquer outro material adequado para depositar Al2O3 no TiO2, seguido por recozimento térmico e revestimento de corante. Em modalidades exemplificativas em que um revestimento de MoO3 é, em vez disso usado, o revestimento pode ser formado com um material precursor como Na2Mo4^2H2O; considerando que um revestimento de V2O5 de acordo com algumas modalidades pode ser formado com um material precursor como NaVO3; e um revestimento de WO3 de acordo com algumas modalidades pode ser formado com um material precursor como NaWO4^H2O. A concentração de material precursor (por exemplo, Al(NO3)3^xH2O) pode afetar a espessura de filme final (aqui, de A^O3) depositado no TiO2 ou outro material ativo. Portanto, modificar a concentração de material precursor pode ser um método pelo qual a espessura de filme final pode ser controlada. Por exemplo, maior espessura de filme pode resultar de maior concentração de material precursor. Maior espessura de filme pode, não necessariamente, resultar em maior PCE em um dispositivo de PV que compreende um revestimento de óxido de metal. Portanto, um método de algumas modalidades pode incluir revestir uma camada de TiO2 (ou outro mesoporoso) com o uso de um material precursor que tem uma concentração na faixa de aproximadamente 0,5 a 10,0 mM; outras modalidades podem incluir revestir a camada com um material precursor que tem uma concentração na faixa de aproximadamente 2,0 a 6,0 mM; ou, em outras modalidades, aproximadamente 2,5 a 5,5 mM.
[0034] Além disso, embora referido no presente documento como Al2O3 e/ou alumina, deve ser notado que várias razões de alumínio e oxigênio podem ser usadas na formação de alumina. Portanto, embora algumas modalidades discutidas no presente documento no presente documento sejam descritas com referência a Al2O3, esta descrição não se destina a definir uma razão necessária de alumínio em oxigênio. Em vez disso, as modalidades podem incluir qualquer um ou mais compostos de óxido de alumínio, em que cada um tem uma razão de óxido de alumínio de acordo com AlxOy, em que x pode ser qualquer valor, número inteiro ou número não inteiro, entre aproximadamente 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, número inteiro ou número 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, como formas alfa, gama e/ou formas amorfas de alumina.
[0035] Da mesma forma, embora referidos no presente documento como MoO3, WO3, e V2O5, esses compostos podem, em vez disso, ou adicionalmente, ser representados como MoxOy, WxOy, e VxOy, respectivamente. No que diz respeito a cada um dentre MoxOy e WxOy, x pode ser qualquer valor, número inteiro ou número 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, número inteiro ou número não inteiro, entre aproximadamente 1 e 100. Em algumas modalidades, y pode ser qualquer valor entre aproximadamente 1 e 4. No que diz respeito a VxOy, x pode ser qualquer valor, número inteiro ou número 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, número inteiro ou número não inteiro, entre aproximadamente 1 e 100; em determinadas modalidades, pode ser um valor de número inteiro ou de número não inteiro entre aproximadamente 1 e 10.
[0036] De modo semelhante, referências em algumas modalidades ilustrativas no presente documento a CsSnI3 não são destinadas 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, assim, essas modalidades podem incluir, em vez disso, ou adicionalmente, várias razões de césio, estanho e iodo, como qualquer um ou mais compostos de césio-estanho-iodo, em que cada um tem uma razão de CsxSnyIz. Nessas modalidades, x pode ser qualquer valor, número inteiro ou número 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, número inteiro ou número 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, número inteiro ou número não inteiro, entre 0,1 e 100. Em algumas modalidades, z pode estar entre aproximadamente 2,5 e 3,5. Adicionalmente CsSnI3 pode ser adulterado ou composto com outros materiais, como SnF2, em razões de CsSnI3:SnF2 que estão na faixa de 0,1:1 a 100:1, incluindo todos os valores (números inteiros ou não inteiros) entre os mesmos.
[0037] Além disso, uma IFL de revestimento fino pode compreender uma bicamada. Portanto, retornando ao exemplo em que a IFL de revestimento fino compreende um óxido de metal (como alumina), a IFL de revestimento fino pode compreender TiO2-mais-óxido de metal. Essa IFL de revestimento fino pode ter uma capacidade maior de resistir à recombinação de carga em comparação ao TiO2 mesoporoso ou outro material ativo sozinho.Além disso, na formação de uma camada de TiO2 camada, um revestimento de TiO2 secundário é frequentemente necessário para fornecer suficiente interconexão física de partículas de TiO2, de acordo com algumas modalidades da presente revelação.O revestimento de uma IFL de revestimento fino de bicamada em TiO2 mesoporoso (ou outro material ativo mesoporoso) pode compreender uma combinação de revestimento com o uso de um composto que compreende tanto metal óxido quanto TiCl4, resultando em uma IFL de revestimento fino de bicamada que compreende uma combinação de óxido de metal e revestimento de TiO2 secundário, que pode fornecer aprimoramentos de desempenho ao longo do uso de qualquer material por si só.
[0038] Em algumas modalidades, a IFL pode compreender um titanato. Um titanato de acordo com algumas modalidades pode ser da fórmula geral M’TiO3, em que: M’ compreende qualquer cátion 2+. Em algumas modalidades, M’ pode compreender uma forma catiônica de Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ni, Zn, Cd, Hg, Cu, Pd, Pt, Sn ou Pb. Em algumas modalidades, a IFL pode compreender uma espécie única de titanato, sendo que em outras modalidades, a IFL pode compreender duas ou mais espécies diferentes de titanatos. Em uma modalidade, o titanato tem a fórmula SrTiO3. Em outra modalidade, o titanato pode ter a fórmula BaTiO3. Em ainda outra modalidade, o titanato pode ter a fórmula CaTiO3.
[0039] A título de explicação, e sem implicar em nenhuma limitação, titanatos têm uma estrutura cristalina de perovskita e semeiam fortemente o processo de conversão de crescimento de MAPbI3. Titanatos de modo geral também cumprem outras exigências de IFL, tais como comportamento ferroelétrico, mobilidade de carreador de carga suficiente, transparência óptica, níveis de energia correspondentes e alta constante dielétrica.
[0040] Qualquer material interfacial abordado no presente documento pode compreender adicionalmente composições adulteradas. Para modificar as características (por exemplo, elétricas, ópticas, mecânicas) de um material interfacial, um material estequiométrico ou não estequiométrico pode ser adulterado com um ou mais elementos (por exemplo, Na, Y, Mg, N, P) em quantidades que estão na faixa de tão pouco quanto 1 ppb a 50% em mol. Alguns exemplos de materiais interfaciais incluem: NiO, TiO2, SrTiO3, Al2O3, ZrO2, WO3, V2O5, MO3, ZnO, grafeno e negro de carbono. Exemplos de adulterantes possíveis para esses materiais interfaciais incluem: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Nb, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Sn, In, B, N, P, C, S, As, um halogeneto, um pseudohalogeneto (por exemplo, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isotiocianato, azida, tetracarbonilcobaltato, carbamoildicianometanida, dicianonitrosometanida, dicianamida e tricianometanida) e Al em qualquer um de seus estados de oxidação. Referências no presente documento aos materiais interfaciais adulterados não destinam-se a limitar as razões de elementos componentes em compostos de material interfacial.
[0041] A Figura 10 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 4400 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 4400 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 10 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 4400 inclui o primeiro e segundo substratos 4401 e 4407. Um primeiro eletrodo (ITO) 4402 está disposto sobre uma superfície interna do primeiro substrato 4401, e um segundo eletrodo (Ag) 4406 está disposto sobre uma superfície interna do segundo substrato 4407.Uma camada ativa 4450 é ensanduichada entre os dois eletrodos 4402 e 4406. A camada ativa 4450 inclui uma primeira IFL (por exemplo, SrTiO3) 4403, um material fotoativo (por exemplo, MAPbI3) 4404 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, Spiro-OMeTAD) 4405.
[0042] As IFLs de revestimento fino e o método de revestimento das mesmas em TiO2 anteriormente discutidos novamente podem, em algumas modalidades, ser empregados em DSSCs que compreendem eletrólitos líquidos.Portanto, retornando ao exemplo de uma IFL de revestimento fino e referindo-se novamente à Figura 1 para um exemplo, o DSSC da Figura 1 poderia compreender adicionalmente uma IFL de revestimento fino conforme descrito acima revestido na camada mesoporosa 1505 (isto é, a IFL de revestimento fino seria inserida entre a camada mesoporosa 1505 e o corante 1504).
[0043] Em uma modalidade, um dispositivo de material de perovskita pode ser formulado por fundação PbI2 em um substrato de ITO revestido por SrTiO3. O PbI2 pode ser convertido em MAPbI3 por um processo de imersão. Esse processo é descrito em mais detalhes abaixo. Esse processo de conversão é mais completo (conforme observado por espectroscopia óptica) em comparação com a preparação do substrato sem SrTiO3.
[0044] Em algumas modalidades, as IFLs de revestimento fino anteriormente discutidas no contexto de DSSCs podem ser usadas em qualquer camada de interface 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, memristor, capacitor, retificador, antena de retificação, etc. Além disso, as IFLs de revestimento fino de algumas modalidades podem ser empregadas em qualquer um dentre vários dispositivos em combinação com outros compostos discutidos na presente revelação, que incluem, sem limitação, qualquer um ou mais dentre as seguintes de várias modalidades da presente revelação: material de transporte de lacuna sólido como material ativo e aditivos (como, em algumas modalidades, ácido chenodeoxicólico ou 1,8-diiodooctano).
[0045] Em algumas modalidades, múltiplas IFLs produzidas a partir de diferentes materiais podem estar dispostas adjacentes umas às outras de modo a formar uma IFL compósita. Essa configuração pode envolver duas IFLs diferentes, três IFLs diferentes ou um número ainda maior de IFLs diferentes. A IFL de multicamadas ou IFL compósita resultante pode ser usada no lugar de uma IFL de material único. Por exemplo, uma IFL compósita pode ser usada como IFL 2626 e/ou como IFL 2627 na célula 2610, mostrada no exemplo da Figura 4. Embora a IFL compósita se difira de uma IFL de material único, a montagem de uma célula de PV de material de perovskita que tem IFLs de multicamadas não é substancialmente diferente da montagem de uma célula de PV de material de perovskita que tem apenas IFLs de material único.
[0046] De modo geral, a IFL compósita pode ser produzida com o uso de qualquer um dos materiais abordados no presente documento como adequados para uma IFL. Em uma modalidade, a IFL compreende uma camada de Al2O3 e uma camada de ZnO ou M:ZnO (ZnO adulterado, por exemplo, Be:ZnO, Mg:ZnO, Ca:ZnO, Sr:ZnO, Ba:ZnO, Sc:ZnO, Y:ZnO, Nb:ZnO). Em uma modalidade, a IFL compreende uma camada de ZrO2 e uma camada de ZnO ou M:ZnO. Em certas modalidades, a IFL compreende múltiplas camadas. Em algumas modalidades, uma IFL de multicamadas tem, de modo geral, uma camada condutora, uma camada dielétrica e uma camada semicondutora. Em modalidades particulares, as camadas podem se repetir, por exemplo, uma camada condutora, uma camada dielétrica, uma camada semicondutora, uma camada dielétrica e uma camada semicondutora. Exemplos de IFLs de multicamadas incluem uma IFL que tem uma camada de ITO, uma camada de Al2O3, uma camada de ZnO e uma segunda camada de Al2O3; uma IFL que tem uma camada de ITO, uma camada de Al2O3, uma camada de ZnO, uma segunda camada de Al2O3 e uma segunda camada de ZnO; uma IFL que tem uma camada de ITO, uma camada de Al2O3, uma camada de ZnO, uma segunda camada de Al2O3, uma segunda camada de ZnO e uma terceira camada de Al2O3; e IFLs que têm quantas camadas forem necessárias para se alcançar as características de desempenho desejadas. Conforme abordado anteriormente, as referências às certas razões estequiométricas não se destinam a limitar as razões de elementos componentes em camadas de IFL de acordo com várias modalidades.
[0047] Dispor duas ou mais IFLs adjacentes como uma IFL compósita pode superar uma IFL única em células de PV de material de perovskita em que os atributos de cada material de IFL podem ser aproveitados em uma IFL única. Por exemplo, na arquitetura que tem uma camada de ITO, uma camada de Al2O3 e uma camada de ZnO, em que ITO é um eletrodo de condução, Al- 2O3 é um material dielétrico e ZnO é um semicondutor de tipo n, ZnO atua como um aceitador de elétron com propriedades de transporte de elétron com bom desempenho (por exemplo, mobilidade). Adicionalmente, Al2O3 é um material fisicamente robusto que adere bem ao ITO, homogeniza a superfície limitando-se os defeitos de superfície (por exemplo, armadilhas de carga) e aperfeiçoa as características de diodo de dispositivo através de supressão de corrente escura.
[0048] A Figura 11 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 4500 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 4500 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 11 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 4500 inclui o primeiro e segundo substratos 4501 e 4508. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 4502 está disposto sobre uma superfície interna do primeiro substrato 4501, e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 4507 está disposto sobre uma superfície interna do segundo substrato 4508.Uma camada ativa 4550 é ensanduichada entre os dois eletrodos 4502 e 4507. A camada ativa 4550 inclui uma IFL compósita que compreende uma primeira IFL (por exemplo, Al2O3) 4503 e uma segunda IFL (por exemplo, ZnO) 4504, um material fotoativo (por exemplo, MAPbI3) 4505 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, Spiro-OMeTAD) 4506.
[0049] As Figuras 13 a 20 são diagramas estilizados de dispositivos de material de perovskita de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes dos dispositivos sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que as Figuras 13 a 18 são diagramas estilizados; portanto, as modalidades de acordo com os mesmos podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. Os dispositivos exemplificativos incluem camadas e materiais descritos ao longo de toda essa revelação. Os dispositivos podem incluir uma camada de substrato (por exemplo, vidro), camadas de eletrodos (por exemplo, ITO, Ag), camadas interfaciais, que podem ser IFLs compósitas (por exemplo, ZnO, Al2O3, Y:ZnO e/ou Nb:ZnO), um material fotoativo (por exemplo, MAPbh, FAPbh, 5-AVA^HCl: MAPbI3 e/ou CHP: MAPbI3) e uma camada de transporte de carga (por exemplo, Spiro-OMeTAD, PCDTBT, TFB, TPD, PTB7, F8BT, PPV, MDMO- PPV, MEH-PPV e/ou P3HT).
[0050] A Figura 13 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6100 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6100 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 13 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6100 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6101. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6102 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6101 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6107 está disposto sobre uma camada ativa 6150 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6102 e 6107. A camada ativa 6150 inclui uma IFL compósita que compreende uma primeira IFL (por exemplo, Al2O3) 6103 e uma segunda IFL (por exemplo, ZnO) 6104, um material fotoativo (por exemplo, MAPbI3) 6105 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, Spiro-OMeTAD) 6106.
[0051] A Figura 14 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6200 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6200 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 14 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6200 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6201. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6202 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6201 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6206 está disposto sobre uma camada ativa 6250 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6202 e 6206. A camada ativa 6250 inclui uma IFL (por exemplo, Y:ZnO) 6203, um material fotoativo (por exemplo, MAPbI3) 6204 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, P3HT) 6205.
[0052] A Figura 15 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6300 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6300 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 15 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6300 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6301. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6302 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6301 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6309 está disposto sobre uma camada ativa 6350 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6302 e 6309. A camada ativa 6350 inclui uma IFL compósita que compreende uma primeira IFL (por exemplo, Al2O3) 6303, uma segunda IFL (por exemplo, ZnO) 6304, uma terceira IFL (por exemplo, Al2O3) 6305 e uma quarta IFL (por exemplo, ZnO) 6306, um material fotoativo (por exemplo, MAPbI3) 6307 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, PCDTBT) 6308.
[0053] A Figura 16 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6400 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6400 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 16 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6400 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6401. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6402 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6401 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6409 está disposto sobre uma camada ativa 6450 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6402 e 6409. A camada ativa 6450 inclui uma IFL compósita que compreende uma primeira IFL (por exemplo, Al2O3) 6403, uma segunda IFL (por exemplo, ZnO) 6404, uma terceira IFL (por exemplo, Al2O3) 6405 e uma quarta IFL (por exemplo, ZnO) 6406, um material fotoativo (por exemplo,5-AVA^HCL:MAPbh) 6407 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, PCDTBT) 6408.
[0054] A Figura 17 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6500 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6500 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 17 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6500 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6501. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6502 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6501 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6506 está disposto sobre uma camada ativa 6550 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6502 e 6506. A camada ativa 6550 inclui uma IFL (por exemplo, Nb:ZnO) 6503, um material fotoativo (por exemplo, FAPbI3) 6504 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, P3HT) 6505.
[0055] A Figura 18 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6600 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6600 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 18 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6600 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6601. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6602 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6601 e um segundo eletrodo (por exemplo, Ag) 6606 está disposto sobre uma camada ativa 6650 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6602 e 6606. A camada ativa 6650 inclui uma IFL (por exemplo, Y:ZnO) 6603, um material fotoativo (por exemplo, CHP;MAPbI3) 6604 e uma camada de transporte de carga (por exemplo, P3HT) 6605.
[0056] A Figura 19 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6700 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6700 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 19 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6700 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6701. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6702 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6701 e um segundo eletrodo (por exemplo, Al) 6707 está disposto sobre uma camada ativa 6750 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6702 e 6707. A camada ativa 6750 inclui uma IFL (por exemplo, SrTiO3) 6703, um material fotoativo (por exemplo, FAPbI3) 6704, uma primeira camada de transporte de carga (por exemplo, P3HT) 6705 e uma segunda camada de transporte de carga (por exemplo, MoOx) 6706.
[0057] A Figura 20 é um diagrama estilizado de um dispositivo de material de perovskita 6800 de acordo com algumas modalidades. Embora vários componentes do dispositivo 6800 sejam ilustrados como camadas distintas que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 16 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 6800 inclui um substrato (por exemplo, vidro) 6801. Um primeiro eletrodo (por exemplo, ITO) 6802 está disposto sobre uma superfície interna do substrato 6801 e um segundo eletrodo (por exemplo, Al) 6811 está disposto sobre uma camada ativa 6850 que é ensanduichada entre os dois eletrodos 6802 e 6811. A camada ativa 6850 inclui uma IFL compósita que compreende uma primeira IFL (por exemplo, Al2O3) 6803, uma segunda IFL (por exemplo, ZnO) 6804, uma terceira IFL (por exemplo, Al2O3) 6805, uma quarta IFL (por exemplo, ZnO) 6806 e uma quinta IFL (por exemplo, Al2O3) 6807, um material fotoativo (por exemplo, FAPbI3) 6808, uma primeira camada de transporte de carga (por exemplo, P3HT) 6809 e uma segunda camada de transporte de carga (por exemplo, MoOx) 6810.
[0058] Um material de perovskita pode ser incorporado em vários dentre 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 similares a cátion); M compreende um ou mais metais (exemplos que incluem Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti e Zr); e X compreende um ou mais ânions. Em algumas modalidades, C pode incluir um ou mais cátions orgânicos.
[0059] Em determinadas modalidades, C pode incluir um amônio, um cátion orgânico da fórmula geral [NR4]+ em que os grupos R podem ser os mesmos grupos ou grupos diferentes.Os grupos R adequados incluem, sem limitação: grupo metila, etila, propila, butila, pentila ou isômero dos mesmos; qualquer alcano, alqueno ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cíclico, cadeia ramificada ou reta; haletos 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 dentro do anel (piridina, pirrol, pirrolidina, piperidina, tetrahidroquinolina); qualquer grupo que contém enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo que contém nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo que contém fósforo (fosfato); qualquer grupo que contém boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (por exemplo, ácido acético, ácido propanoico) e derivados de éster ou amida dos mesmos; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amoniovalérico) que inclui derivados de alfa, beta, gama e maiores derivados; qualquer grupo que contém silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxido ou grupo, - OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0060] Em determinadas modalidades, C pode incluir um formamidínio, um cátion orgânico da fórmula geral [R2NCRNR2]+ em que os grupos R podem ser os mesmos grupos ou grupos diferentes.Os grupos R adequados incluem, sem limitação: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou isômero dos mesmos; qualquer alcano, alqueno, ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cíclico, cadeia ramificada ou reta; haletos 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 dentro do anel (por exemplo, imidazol, benzimidazol, diidropirimidina, (azolidinulidenemetil)pirrolidina, triazol); qualquer grupo que contém enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo que contém nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo que contém fósforo (fosfato); qualquer grupo que contém boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e derivados de éster ou amida dos mesmos; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amoniovalérico) que inclui derivados de alfa, beta, gama e maiores derivados; qualquer grupo que contém silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxido ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0061] A Fórmula 1 ilustra a estrutura de um cátion de formamidina que tem a fórmula geral de [R2NCRNR2]+ conforme descrito acima. A Fórmula 2 ilustra estruturas exemplificativas de diversos cátions de formamidina que podem servir como um cátion “C” em um material de perovskita.
[0062] Em determinadas modalidades, C pode incluir um guanidínio, um cátion orgânico da fórmula geral [(R2N)2C=NR2]+ em que os grupos R podem ser os mesmos grupos ou grupos diferentes.Os grupos R adequados incluem, sem limitação: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou isômero dos mesmos; qualquer alcano, alqueno, ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cíclico, cadeia ramificada ou reta; haletos 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 dentro do anel (por exemplo, octahidropirimido[1,2a]pirimidina, pirimido[2,3-a]pirimidina, hexahidroimidazo [2,3-a]imidazol, hexahidropirimidin2,3-imina); qualquer grupo que contém enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo que contém nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo que contém fósforo (fosfato); qualquer grupo que contém boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e derivados de éster ou amida dos mesmos; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amoniovalérico) que inclui derivados de alfa, beta, gama e maiores derivados; qualquer grupo que contém silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxido ou grupo, - OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0063] A Fórmula 3 ilustra a estrutura de um cátion de guanidina que tem a fórmula geral de [(R2N)2C=NR2]+ conforme descrito acima. A Fórmula 4 ilustra exemplos de estruturas de diversos cátions de guanidina que podem servir como um cátion “C” em um material de perovskita.
[0064] Em determinadas modalidades, C pode incluir um cátion de eteno tetramina, um cátion orgânico da fórmula geral [(R2N)2C=C(NR2)2]+ em que os grupos R podem ser os mesmos grupos ou grupos diferentes.Os grupos R adequados incluem, sem limitação: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou isômero dos mesmos; qualquer alcano, alqueno, ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cíclico, cadeia ramificada ou reta; haletos 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 dentro do anel (por exemplo, 2-hexahidropirimidin-2-ilidenohexahidropirimidina, octahidropirazino[2,3-b]pirazina, pirazino[2,3-b]pirazina, quinoxalino[2,3- b]quinoxalina); qualquer grupo que contém enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo que contém nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo que contém fósforo (fosfato); qualquer grupo que contém boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e derivados de éster ou amida dos mesmos; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5-amoniovalérico) que inclui derivados de alfa, beta, gama e maiores derivados; qualquer grupo que contém silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxido ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0065] A Fórmula 5 ilustra a estrutura de um cátion de tetramina de eteno que tem a fórmula geral de [(R2N)2C=C(NR2)2]+ conforme descrito acima. A Fórmula 6 ilustra exemplos de estruturas de diversos íons de tetramina de eteno que podem servir como um cátion “C” em um material de perovskita.
[0066] Em determinadas modalidades, C pode incluir um cátion de imidazol, um aromático, um cátion orgânico cíclico da fórmula geral [CRNRCRNRCR]+ em que os grupos R podem ser os mesmos grupos ou grupos diferentes.Os grupos R adequados podem incluir, sem limitação: grupo hidrogênio, metila, etila, propila, butila, pentila ou isômero dos mesmos; qualquer alcano, alqueno, ou alcino CxHy, em que x = 1 - 20, y = 1 - 42, cíclico, cadeia ramificada ou reta; haletos 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 dentro do anel (por exemplo, 2- hexahidropirimidin-2-ilidenohexahidropirimidina, octahidropirazino[2,3- b]pirazina, pirazino[2,3-b]pirazina, quinoxalino[2,3-b]quinoxalina); qualquer grupo que contém enxofre (por exemplo, sulfóxido, tiol, sulfeto de alquila); qualquer grupo que contém nitrogênio (nitróxido, amina); qualquer grupo que contém fósforo (fosfato); qualquer grupo que contém boro (por exemplo, ácido borônico); qualquer ácido orgânico (ácido acético, ácido propanoico) e derivados de éster ou amida dos mesmos; qualquer aminoácido (por exemplo, glicina, cisteína, prolina, ácido glutâmico, arginina, serina, histindina, ácido 5- amoniovalérico) que inclui derivados de alfa, beta, gama e maiores derivados; qualquer grupo que contém silício (por exemplo, siloxano); e qualquer alcóxido ou grupo, -OCxHy, em que x = 0 - 20, y = 1 - 42.
[0067] Em algumas modalidades, X pode incluir um ou mais haletos. Em determinadas modalidades, X pode incluir em vez disso ou adicionalmente um ânion de Grupo 16. Em determinadas modalidades, o ânion do Grupo 16 pode ser sulfeto ou seleneto. Em certas modalidades, X pode incluir em vez de ou adicionalmente um ou mais pseudohalogenetos (por exemplo, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isotiocianato, azida, tetracarbonilcobaltato, carbamoildicianometanida, dicianonitrosometanida, dicianamida e tricianometanida). Em algumas modalidades, cada cátion orgânico C pode ser maior do que cada metal M, e cada ânion X pode ter a capacidade de se ligar tanto com um cátion C quanto com um metal M. Os exemplos de materiais de perovskita de acordo com várias modalidades incluem CsSnI3 (previamente discutidos no presente documento) e CsxSnyIz (com x, y e z variando de acordo com a discussão anterior).Outros exemplos incluem compostos da fórmula geral CsSnX3, em que X pode ser qualquer um ou mais dentre: I3, I2.95F0.05; I2Cl; ICl2; e Cl3. Em outras modalidades, X pode compreender qualquer um ou mais dentre I, Cl, F, e Br em quantidades de modo que a razão total de X em comparação a Cs e Sn resulte na estequiometria geral de CsSnX3. Em algumas modalidades, a estequiometria combinada dos elementos que constituem X pode seguir a mesma regra que Iz conforme discutido anteriormente em relação a CsxSnyIz. Ainda outros exemplos incluem compostos da fórmula geral RNH3PbX3, em que R pode ser CnH2n+1, em que n está na faixa de 0 a 10, e X pode incluir qualquer um ou mais dentre F, Cl, Br, e I em quantidades de modo que a razão total de X em comparação ao RNH3 de cátion e Pb de metal resulta na estequiometria geral de RNH3PbX3. Adicionalmente, alguns exemplos específicos de R incluem H, cadeias de 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) que incluem alfa, beta, gama, e maiores derivados. PROJETO DE DISPOSITIVO DE MATERIAL DE PEROVSKITA COMPÓSITO
[0068] Em algumas modalidades, a presente revelação pode fornecer projeto compósito de PV e outros dispositivos semelhantes (por exemplo, baterias, baterias de PV híbrida, FETs, LEDs etc.) que incluem um ou mais materiais de perovskita. Por exemplo, um ou mais materiais de perovskita podem servir como qualquer um ou ambos dentre o primeiro e o segundo materiais ativos 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 que têm uma camada ativa que compreende um ou mais materiais de perovskita. Nessas modalidades, o material de perovskita (isto é, o material que inclui qualquer um ou mais materiais de perovskita) pode ser empregado em camadas ativas de várias arquiteturas. Além disso, o material de perovskita pode atuar na função (ou funções) 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 maiores detalhes abaixo). Em algumas modalidades, os mesmos materiais de perovskita podem atuar em múltiplas tais funções, embora, em outras modalidades, uma pluralidade de materiais de perovskita pode ser incluída em um dispositivo, sendo que cada material de perovskita atua em uma ou mais dessas funções. Em determinadas modalidades, independente do papel que um material de perovskita pode ter, o mesmo pode ser preparado e/ou estar 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, material de perovskita pode ser dissolvido em líquido e presente no dito líquido em sua subespécie iônica individual); ou pode ser uma suspensão (por exemplo, de partículas de material de perovskita). Uma solução ou suspensão pode ser revestida ou, de outro modo, depositada dentro de um dispositivo (por exemplo, em outro componente do dispositivo, como uma camada mesoporosa, interfacial, de transporte de carga, fotoativa ou outra camada e/ou em um eletrodo).Os materiais de perovskita em algumas modalidades podem ser formados in situ sobre uma superfície de outro componente de um dispositivo (por exemplo, por deposição de vapor como um sólido de filme fino). Qualquer outro meio adequado para formar uma camada sólida ou líquida que compreende material de perovskita pode ser empregado.
[0069] Em geral, um dispositivo de material de perovskita pode incluir um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo e uma camada ativa que compreende um material de perovskita, sendo que a camada ativa é disposta pelo menos parcialmente entre o primeiro e o segundo eletrodos. Em algumas modalidades, o primeiro eletrodo pode ser um dentre um ânodo e a cátodo, e o segundo eletrodo pode ser o outro dentre um ânodo e cátodo. Uma camada ativa de acordo com determinadas modalidades pode incluir qualquer um ou mais componentes de camada ativa, que inclui 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 gálio, índio e cobre, arseneto de gálio, fosfito de índio e germânio, polímeros semicondutores, outros materiais fotoativos)); e material interfacial. Qualquer um ou mais desses componentes de camada ativa pode incluir um ou mais materiais de perovskita. Em algumas modalidades, alguns ou todos os componentes de camada ativa podem estar completa ou parcialmente dispostos em subcamadas. Por exemplo, a camada ativa pode compreender qualquer uma ou mais dentre: uma camada interfacial que inclui material interfacial; uma camada mesoporosa que inclui material mesoporoso; e uma camada de transporte de carga que inclui material de transporte de carga. Em algumas modalidades, o material fotoativo, como um corante, pode ser revestido sobre, ou, de outro modo, disposto sobre, qualquer uma ou mais dentre essas camadas. Em determinadas modalidades, qualquer uma ou mais camadas podem ser revestidas com um eletrólito líquido. Adicionalmente, 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 (tal como entre um corante e uma camada mesoporosa), e/ou entre dois revestimentos (tal como entre um eletrólito líquido e um corante), e/ou entre um componente de camada ativa e um eletrodo. Referência às camadas no presente documento pode incluir uma disposição final (por exemplo, porções substancialmente distintas de cada material separadamente definível dentro do dispositivo), e/ou referência a uma camada pode significar disposição durante a construção de um dispositivo, não obstante a possibilidade de intermistura subsequente do material (ou materiais) em cada camada. As camadas podem, em algumas modalidades, ser distintas e compreender material substancialmente contíguo (por exemplo, camadas podem ser conforme ilustrado de modo estilizado na Figura 1). Em outras modalidades, as camadas podem ser substancialmente intermistas (como no caso de, por exemplo, BHJ, híbrido, e algumas células de DSSC), cujo exemplo é mostrado pelo primeiro e pelo 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 que compreende camadas intermistas do primeiro e do segundo materiais ativos 2618 e 2620. De qualquer forma, quaisquer duas ou mais camadas de qualquer tipo podem, em determinadas modalidades, ser dispostas adjacentes entre si (e/ou de modo intermisto entre si) de modo a alcançar uma área de superfície de contato alta. Em determinadas modalidades, uma camada que compreende material de perovskita pode estar disposta adjacente a uma ou mais outras camadas com a finalidade de alcançar área de superfície de contato alta (por exemplo, em que um material de perovskita exibe baixa mobilidade de carga). Em outras modalidades, a área de superfície de contato alta pode não ser necessária (por exemplo, em que um material de perovskita exibe alta mobilidade de carga).
[0070] Um dispositivo de material de perovskita de acordo com algumas modalidades pode, opcionalmente, incluir um ou mais substratos. Em algumas modalidades, qualquer um ou ambos dentre 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 da composição dos dispositivos (por exemplo, substrato, eletrodo, camada ativa e/ou componentes de camada ativa) podem completa ou parcialmente ser rígidos ou flexíveis em várias modalidades. Em algumas modalidades, um eletrodo pode agir como um substrato, negando assim a necessidade por um substrato separado.
[0071] Além disso, um dispositivo de material de perovskita de acordo com determinadas modalidades pode, opcionalmente, incluir material de coleta leve (por exemplo, em uma camada de coleta leve, como a Camada de Coleta Leve 1601 como representada no PV exemplificativo representado na Figura 2). Além disso, um dispositivo de material de perovskita pode incluir qualquer um ou mais aditivos, como qualquer um ou mais dentre os aditivos discutidos acima em relação a algumas modalidades da presente revelação.
[0072] 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 que compreendem material contíguo, deve ser compreendido que a Figura 7 é um diagrama estilizado; portanto, as modalidades de acordo com o mesmo podem incluir tais camadas distintas e/ou camadas não contíguas substancialmente intermistas consistentes com o uso de “camadas” previamente discutidas no presente documento. O dispositivo 3900 inclui o primeiro e segundo substratos 3901 e 3913. Um primeiro eletrodo 3902 está disposto sobre uma superfície interna do primeiro substrato 3901, e um segundo eletrodo 3912 está disposto sobre uma superfície interna do segundo substrato 3913.Uma camada ativa 3950 é 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. Além disso, a Figura 7 ilustra um dispositivo exemplificativo 3900 de acordo com modalidades em que as subcamadas da camada ativa 3950 são separadas pelas camadas interfaciais, e, adicionalmente, em que as camadas interfaciais estão dispostas sobre cada eletrodo 3902 e 3912. Em particular, a segunda, terceira e quarta camadas interfaciais 3905, 3907, e 3909 estão, respectivamente, dispostas entre cada uma dentre a camada mesoporosa 3904, o primeiro material fotoativo 3906, o segundo material fotoativo 3908 e a camada de transporte de carga 3910. A primeira e 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 segundo eletrodo 3912. Portanto, a arquitetura do dispositivo exemplificativo representado na Figura 7 pode ser distinguida como: substrato—eletrodo— camada ativa—eletrodo—substrato. A arquitetura da camada ativa 3950 pode ser distinguida como: camada interfacial—camada mesoporosa—camada interfacial—material fotoativo—camada interfacial—material fotoativo—camada interfacial—camada de transporte de carga—camada interfacial. Conforme notado anteriormente, em algumas modalidades, as camadas interfaciais não precisam estar presentes; ou, uma ou mais camadas interfaciais podem ser incluídas apenas entre determinados, mas não todos, componentes de uma camada ativa e/ou componentes de um dispositivo.
[0073] Um substrato, como qualquer um ou ambos dentre o primeiro e o segundo substratos 3901 e 3913, pode ser flexível ou rígido. Se dois substratores forem incluídos, pelo menos um deve ser transparente ou translúcido à radiação eletromagnética (EM) (como, por exemplo, radiação de UV, visível ou IR). Se um substrato for incluído, o mesmo pode ser, de modo semelhante, transparente ou translúcido, embora não precise ser, desde que uma porção do dispositivo permita que a radiação de EM entre em contato com a camada ativa 3950. Os materiais de substrato adequados incluem qualquer um ou mais dentre: vidro; safira; óxido de magnésio (MgO); mica; polímeros (por exemplo, PET, PEG, polipropileno, polietileno, etc.); cerâmicas; panos (por exemplo, algodão, seda, lã); madeira; parede de gesso; metal; e combinações dos mesmos.
[0074] Conforme notado anteriormente, um eletrodo (por exemplo, um de 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. Qualquer um ou ambos os eletrodos 3902 e 3912 pode ser acoplado a ligações, cabos, fios ou outros meios que habilitem o transporte de carga para e/ou a partir do dispositivo 3900. Um eletrodo pode constituir qualquer material condutivo, e pelo menos um eletrodo deve ser transparente ou translúcido para radiação EM, e/ou ser disposto de modo 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 estanho e índio ou óxido de índio adulterado com estanho (ITO); óxido de estanho adulterado com flúor (FTO); óxido de cádmio (CdO); óxido de estanho, índio e zinco (ZITO); óxido de zinco e alumínio (AZO); alumínio (Al); ouro (Au); cálcio (Ca); magnésio (Mg); titânio (Ti); aço; carbono (e alotropias dos mesmos); e combinações dos mesmos.
[0075] O material mesoporoso (por exemplo, o material incluso na camada mesoporosa 3904 da Figura 7) pode incluir qualquer material que contém poro. Em algumas modalidades, os poros podem ter diâmetros que estão na faixa de cerca de 1 a cerca de 100 nm; em outras modalidades, o diâmetro de poro pode estar na faixa 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 outro lugar no presente 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, ceria, titânia, 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.
[0076] O 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, seleneto de cádmio, seleneto de gálio, índio e cobre, arseneto de gálio, fosfito de índio e germânio, um ou mais polímeros semicondutores e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, o material fotoativo pode compreender em vez disso ou adicionalmente compreender um corante (por exemplo, N719, N3, outros corantes com base em 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 que contém material de perovskita pode estar em uma forma sólida, ou em algumas modalidades pode tomar a forma de um corante que inclui uma suspensão ou solução que compreende material de perovskita. Essa solução ou suspensão pode ser revestida sobre outros componentes de dispositivo de modo semelhante a outros corantes. Em algumas modalidades, material que contém perovskita sólido pode ser depositado por qualquer meio adequado (por exemplo, deposição por vapor, deposição de solução, colocação direta do 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 determinadas modalidades que incluem múltiplos corantes ou outros materiais fotoativos, cada um dentre os dois ou mais corantes ou outros materiais fotoativos pode ser separado por uma ou mais camadas interfaciais. Em algumas modalidades, múltiplos corantes e/ou compostos fotoativos podem ser, pelo menos em parte, intermisturados.
[0077] 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 de estado sólido (isto é, um eletrólito de estado sólido identificado coloquialmente), ou pode incluir um eletrólito líquido e/ou líquido iônico. Qualquer um dentre o eletrólito líquido, líquido iônico e material de transporte de carga de estado sólido pode ser referido como o material de transporte de carga. Conforme usado no presente documento, o “material de transporte de carga” se refere a qualquer material, sólido, líquido ou, de outro modo, com a capacidade de coletar os portadores de carga e/ou transportar portadores de carga. Por exemplo, nos dispositivos PV de acordo com algumas modalidades, um material de transporte de carga pode ter uma capacidade de transportar portadores de carga para um eletrodo. Os portadores de carga podem incluir lacunas (cujo transporte poderia produzir o material de transporte de carga assim como identificado adequadamente “material de transporte de lacuna”) e elétrons. As lacunas podem ser transportadas em direção a um ânodo, e 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. Os exemplos adequados de material de transporte de carga de acordo com algumas modalidades podem incluir qualquer um ou mais dentre: material de perovskita; I-/I3-; complexos de Co; politiofenos (por exemplo, poli(3-hexiltiofeno) e derivados dos mesmos, ou P3HT); copolímeros à base de carbazol, como poliheptadecanilcarbazol ditienilbenzotiadiazol e derivados dos mesmos (por exemplo, PCDTBT); outros copolímeros como policiclopentaditiofeno—benzotiadiazol e derivados dos mesmos (por exemplo, PCPDTBT), polibenzoditiofenil-tienotiofenodiil e derivados dos mesmos (por exemplo, PTB6, PTB7, PTB7-th, PCE-10); poli(triarilamina) compostos e derivados dos mesmos (por exemplo, PTAA); Spiro-OMeTAD; vinilenos de polifenileno e derivados dos mesmos (por exemplo, MDMO-PPV, MEH-PPV); derivados de fulerenos e/ou fulereno (por exemplo, C60, PCBM); e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, o material de transporte de carga pode incluir qualquer material, sólido ou líquido, com a capacidade de coletar portadores de carga (elétrons ou lacunas), e/ou com a capacidade de transportar portadores de carga. O material de transporte de carga de algumas modalidades pode, portanto, ser material semicondutor e/ou ativo do tipo n ou p. O material de transporte de carga pode ser disposto próximo a um dos eletrodos de um dispositivo. O mesmo pode, em algumas modalidades, estar disposto adjacente a um eletrodo, embora em outras modalidades uma camada interfacial possa estar disposta entre o material de transporte de carga e um eletrodo (conforme mostrado, por exemplo, na Figura 7 com a quinta camada interfacial 3911). Em determinadas modalidades, o tipo de material de transporte de carga pode ser selecionado com base no eletrodo para o qual é próximo. Por exemplo, se o material de transporte de carga coletar e/ou transportar lacunas, pode ser próximo a um ânodo com a finalidade de transportar lacunas ao ânodo. Entretanto, o material de transporte de carga pode, em vez disso, ser colocado próximo a um cátodo, e ser selecionado ou construídos com a finalidade de transportar elétrons ao cátodo.
[0078] Conforme notado anteriormente, os dispositivos de acordo com várias modalidades podem, opcionalmente, incluir uma camada interfacial entre quaisquer duas outras camadas e/ou materiais, embora os dispositivos de acordo com algumas modalidades não precisem conter quaisquer camadas interfaciais. Portanto, por exemplo, um dispositivo de material de perovskita pode conter zero, um, dois, três, quatro, cinco ou mais camadas interfaciais (como o dispositivo exemplificativo da Figura 7, que contém cinco camadas interfaciais 3903, 3905, 3907, 3909, e 3911). Uma camada interfacial pode incluir uma camada interfacial de revestimento fina de acordo com modalidades discutidas anteriormente no presente documento (por exemplo, que compreende alumina e/ou outras partículas de óxido de metal, e/ou uma bicamada de óxido de metal/titânia e/ou outros compostos de acordo com camadas interfaciais de revestimento fino como discutido em outro lugar no presente documento). Uma camada interfacial de acordo com algumas modalidades pode incluir qualquer material adequado para melhorar a coleta e/ou transporte de carga entre duas camadas ou materiais; também pode ajudar a evitar ou reduzir a probabilidade de recombinação de carga uma vez que uma carga foi transportada distante de um dos materiais adjacentes à camada interfacial. Os materiais de interface adequados podem incluir qualquer um ou mais dentre: qualquer material mesoporoso e/ou material adulterado discutido em outro lugar no presente documento; Al; Bi; Co; Cu; Fe; In; Mn; Mo; Ni; platina (Pt); Si; Sn; Ta; Ti; V; W; Nb; Zn; Zr; óxidos de qualquer um dos metais anteriores (por exemplo, alumina, sílica, titânia); um sulfeto dos metais anteriores; um nitreto de qualquer um dos metais anteriores; grupos aquil silil funcionalizado ou não funcionalizado; grafite; grafeno; fulerenos; nanotubos de carbono; e combinações dos mesmos (o que inclui, em algumas modalidades, bicamadas de materiais combinados). Em algumas modalidades, uma camada interfacial pode incluir material de perovskita.
[0079] Um dispositivo de acordo com a representação estilizada da Figura 7 pode, em algumas modalidades, ser um PV, como um DSSC, BHJ, ou célula solar híbrida. Em algumas modalidades, os dispositivos de acordo com a Figura 7 pode constituir PVs multicelulares seriais ou paralelos, baterias, baterias de PV híbrida, FETs, LEDS e/ou qualquer outro dispositivo discutido no presente documento. Por exemplo, um BHJ de algumas modalidades pode incluir dois eletrodos correspondentes a eletrodos 3902 e 3912, e uma camada ativa que compreende pelo menos dois materiais em uma interface de heterojunção (por exemplo, quaisquer dois dos materiais e/ou camadas da camada ativa 3950). Em determinadas modalidades, outros dispositivos (como baterias de PV híbridas, PVs multicelulares seriais ou paralelos, etc.) pode compreender uma camada ativa que inclui um material de perovskita, correspondente à camada ativa 3950 da Figura 7. Resumidamente, a natureza estilizada da representação do dispositivo exemplificativo da Figura 7 não deve, de modo algum, limitar a estrutura ou arquitetura permissível dos dispositivos de várias modalidades de acordo com a Figura 7.
[0080] As modalidades exemplificativas mais específicas adicionais de dispositivos de perovskita serão discutidas em termos de representações estilizadas adicionais dos dispositivos exemplificativos. A natureza estilizada dessas representações, as Figuras 8 a 18, não se destina, de modo semelhante, a restringir o tipo de dispositivo que pode, em algumas modalidades, ser construído de acordo com qualquer uma ou mais das Figuras 8 a 18 Isto é, as arquiteturas exibidas nas Figuras 8 a 18 podem ser adaptadas com a finalidade de fornecer BHJs, baterias, FETs, baterias de PV híbridas, PVs de multicelulares seriais, PVs multicelulares paralelos e outros dispositivos semelhantes de outras modalidades da presente revelação, de acordo com qualquer meio adequado (que inclui ambos aqueles discutidos expressamente em outro lugar no presente documento, e outros meios adequados, que serão evidentes para aqueles indivíduos versados na técnica com o benefício desta revelação).
[0081] A Figura 8 representa um dispositivo exemplificativo 4100 de acordo com várias modalidades. O dispositivo 4100 ilustra as modalidades que incluem primeiro e segundo substratos de vidro 4101 e 4109. Cada substrato de vidro tem um eletrodo de FTO disposto sobre sua superfície interna (primeiro eletrodo 4102 e segundo eletrodo 4108, respectivamente), e cada eletrodo tem uma camada interfacial depositada sobre sua superfície interna: A primeira camada interfacial de TiO2 4103 é depositada sobre o primeiro eletrodo 4102, e a segunda camada interfacial de Pt 4107 é depositada sobre o segundo eletrodo 4108.Estão ensanduichados entre as duas camadas interfaciais: uma camada mesoporosa 4104 (que compreende TiO2); material fotoativo 4105 (que compreende o material de perovskita MAPbI3); e uma camada de transporte de carga 4106 (que compreende aqui CsSnI3).
[0082] A Figura 9 representa um dispositivo exemplificativo 4300 que omite uma camada mesoporosa. O dispositivo 4300 inclui um composto fotoativo de material de perovskita 4304 (que compreende MAPbI3) ensanduichado entre a primeira e a segunda camadas interfaciais 4303 e 4305 (que compreende titânia e alumina, respectivamente). A camada interfacial de titânia 4303 é revestida sobre um primeiro eletrodo de FTO 4302, que, por sua vez, está disposto sobre uma superfície interna de um substrato de vidro 4301. Uma camada de transporte de carga de spiro-OMeTAD 4306 é revestida sobre uma camada interfacial alumina 4305 e disposta sobre uma superfície interna de um segundo eletrodo de ouro 4307.
[0083] Como será aparente para um indivíduo de habilidade comum na técnica com o 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 exemplificativo da Figura 7). Em algumas modalidades, conforme discutido acima, cada camada fotoativa pode ser separada por uma camada interfacial (conforme mostrado pela terceira camada interfacial 3907 na Figura 7). Além disso, uma camada mesoporosa pode estar disposta sobre um eletrodo, tal como ilustrado na Figura 7 pela camada mesoporosa 3904 que está disposta sobre o primeiro eletrodo 3902. Embora a Figura 7 represente uma camada interfacial interveniente 3903 disposta entre as duas, em algumas modalidades uma camada mesoporosa pode estar disposta diretamente sobre um eletrodo.
[0084] Outras arquiteturas de dispositivo de material de perovskita exemplificativas serão evidentes para aqueles indivíduos versados na técnica com o benefício desta revelação. Os exemplos incluem, sem limitação, dispositivos que contêm camadas ativas que têm qualquer 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 de estado sólido—material de perovskita; (7) material de transporte de carga de estado sólido—corante— material de perovskita—camada mesoporosa; (8) material de transporte de carga de estado sólido—material de perovskita—corante—camada mesoporosa; (9) material de transporte de carga de estado sólido—corante— material de perovskita—camada mesoporosa; e (10) material de transporte de carga de estado sólido—material de perovskita—corante—camada mesoporosa. Os componentes individuais de cada arquitetura exemplificativa (por exemplo, camada mesoporosa, material de transporte de carga, etc.) pode estar de acordo com a discussão acima para cada componente. Além disso, cada arquitetura exemplificativa é discutida em maiores detalhes abaixo.
[0085] Como um exemplo particular de algumas das camadas ativas supracitadas, em algumas modalidades, uma camada ativa pode incluir um eletrólito líquido, material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas dentre essas 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, TiO2) pode ser adequada. Em algumas modalidades, o material de perovskita pode ser depositado sobre a camada mesoporosa, e sobre a mesma revestido com o eletrólito líquido. O material de perovskita de algumas dessas modalidades pode atuar pelo menos em parte como um corante (portanto, pode ser fotoativo).
[0086] Em outras modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir material de perovskita, um corante e uma camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de perovskita—corante—camada mesoporosa. O corante pode ser revestido sobre a camada mesoporosa e o material de perovskita pode ser disposto sobre a camada mesoporosa revestida por corante. O material de perovskita pode funcionar como o material de transporte de lacuna em determinadas dentre essas modalidades.
[0087] Em ainda outras modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir o primeiro material de perovskita, o segundo material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita—segundo material de perovskita—camada mesoporosa. O primeiro e o segundo materiais de perovskita podem, cada um, compreender o mesmo material de perovskita ou os mesmos podem compreender materiais de perovskita diferentes. Qualquer um dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita pode ser fotoativo (por exemplo, um primeiro e/ou segundo material de perovskita dessas modalidades pode funcionar pelo menos em parte como um corante).
[0088] Em determinadas modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir o primeiro material de perovskita e o segundo material de perovskita. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita—segundo material de perovskita. O primeiro e o segundo materiais de perovskita podem, cada um, compreender o mesmo material (ou materiais) de perovskita ou os mesmos podem compreender materiais de perovskita diferentes. Qualquer um dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita pode ser fotoativo (por exemplo, um primeiro e/ou segundo material de perovskita dessas modalidades pode funcionar pelo menos em parte como um corante). Além disso, qualquer um dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita pode ter a capacidade de funcionar como material de transporte de lacuna. Em algumas modalidades, um dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita funciona como um material de transporte de elétron, e o outro dentre o primeiro e o 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 modo que alcance área altamente interfacial entre o primeiro material de perovskita e o segundo material de perovskita, como na disposição mostrada para o primeiro e o segundo materiais ativos 2810 e 2815, respectivamente, na Figura 5 (ou como mostrado de modo semelhante por material do tipo p e n 2618 e 2620, respectivamente, na Figura 4).
[0089] Em modalidades exemplificativas adicionais, uma camada ativa pode incluir o primeiro material de perovskita, um corante e segundo material de perovskita. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: primeiro material de perovskita— corante—segundo material de perovskita. Qualquer um dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita pode funcionar como material de transporte de carga, e o outro dentre o primeiro e o segundo materiais de perovskita pode funcionar como um corante. Em algumas modalidades, tanto o primeiro quanto o segundo materiais de perovskita podem, pelo menos em parte, servir funções sobrepostas, semelhantes e/ou idênticas (por exemplo, ambos podem servir como um corante e/ou ambos podem servir como um material de transporte de lacuna).
[0090] Em algumas outras modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir um material de transporte de carga de estado sólido e um material de perovskita. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga de estado sólido—material de perovskita. Por exemplo, o material de perovskita e material de transporte de carga de estado sólido pode ser disposto dentro da camada ativa de modo que alcance uma área interfacial alta, como na disposição mostrada para o primeiro e o segundo materiais ativos 2810 e 2815, respectivamente, na Figura 5 (ou como mostrado de modo semelhante pelo material de tipo p e n 2618 e 2620, respectivamente, na Figura 4).
[0091] Em outras modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir um material de transporte de carga de estado sólido, um corante, material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga de estado sólido—corante— material de perovskita—camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas outras dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga de estado sólido—material de perovskita— corante—camada mesoporosa. O material de perovskita pode, em algumas modalidades, servir como um segundo corante. O material de perovskita pode, nessas modalidades, aumentar a amplitude do espectro de luz visível absorvida por um PV ou outro dispositivo que inclui uma camada ativa dessas modalidades. Em determinadas modalidades, o material de perovskita também pode servir ou servir em vez disso como uma camada interfacial entre o corante e a camada mesoporosa e/ou entre o corante e o material de transporte de carga.
[0092] Em algumas modalidades exemplificativas, uma camada ativa pode incluir um eletrólito líquido, um corante, um material de perovskita e uma camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga de estado sólido—corante—material de perovskita—camada mesoporosa. A camada ativa de determinadas outras dentre essas modalidades pode ter substancialmente a arquitetura: material de transporte de carga de estado sólido—material de perovskita—corante—camada mesoporosa. O material de perovskita pode servir como material fotoativo, uma camada interfacial e/ou uma combinação dos mesmos.
[0093] Algumas modalidades fornecem dispositivos PV de BHJ que incluem materiais de perovskita. Por exemplo, um 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 também pode incluir ou incluir em vez disso qualquer um ou mais dos componentes discutidas exemplificativos listados acima em relação a camadas ativas de DSSC. Adicionalmente, em algumas modalidades, a camada fotoativa de BHJ pode ter uma arquitetura de acordo com qualquer uma das modalidades exemplificativas das camadas ativas de DSSC discutidas acima.
[0094] Em algumas modalidades, qualquer uma das camadas ativas que incluem materiais de perovskita incorporada em PVs ou outros dispositivos, conforme discutido no presente documento, pode incluir adicionalmente qualquer um dos vários materiais adicionais também discutidos no presente documento conforme adequado para inclusão em uma camada ativa. Por exemplo, qualquer camada ativa que inclui material de perovskita pode incluir adicionalmente uma camada interfacial de acordo com várias modalidades discutidas no presente documento (como, por exemplo, uma camada interfacial de revestimento fina). A título de exemplo adicional, uma camada ativa que inclui material de perovskita pode incluir adicionalmente uma camada de coleta leve, como a Camada de Coleta Leve 1601 conforme retratado no PV exemplificativo representado na Figura 2.
[0095] Conforme discutido anteriormente, em algumas modalidades, um material de perovskita na camada ativa pode ter a formulação CMX3-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, formamidina, guanidina, tetramina de eteno e/ou outros cátions ou compostos similares a cátion); 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 CPbI3-yCly. Em determinadas modalidades, o material de perovskita pode ser depositado como uma camada ativa em um dispositivo de PV através de, por exemplo, espalhamento por gotas, espalhamento rotativo, impressão por extrusão, serigrafia, ou impressão a jato de tinta em uma camada de substrato com o uso das etapas descritas abaixo.
[0096] Em primeiro lugar, uma tinta precursora de halogeneto de chumbo é formada. Uma quantidade de halogeneto de chumbo pode ser aglomerado em uma ampola seca e limpa dentro de uma caixa de luvas (isto é, caixa de atmosfera controlada com vigias que contêm luvas permite a manipulação de materiais em um ambiente livre de ar). Os haletos de chumbo adequados incluem, sem limitação, 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 exata. Em determinadas 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 mol:mol. 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 mol:mol.
[0097] Alternativamente, outros precursores de sal de chumbo podem ser usados em combinação com ou no lugar de sais de halogeneto de chumbo para formar a tinta precursora. Sias precursores adequados podem compreender qualquer combinação de chumbo (II) ou chumbo (IV) e os seguintes ânions: nitrato, nitreto, carboxilato, acetato, formato, oxilato, sulfato, sulfeto, tiosulfato, fosfato, tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, tetra(perfluorofenil) borato, hidreto, óxido, peróxido, hidróxido, nitreto, arsenato, arseneto, perclorato, carbonato, bicarbonato, cromato, dicromato, iodato, bromato, clorato, cloreto, hipocloreto, hipobrometo, cianeto, cianato, isocianato, fulminato, tiocianato, isotiocianato, azida, tetracarbonilcobaltato, carbamoildicianometanida, dicianonitrosometanida, dicianamida, tricianometanida, amida e permanganato.
[0098] A tinta precursora pode compreender adicionalmente um sal de chumbo (II) ou chumbo (IV) em razões molares de 0 a 100% para os seguintes íons de metal Fe, Cd, Co, Ni, Cu, Hg, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn e Zr, como um sal dos ânions supracitados.
[0099] Um solvente pode, então, ser adicionado à ampola para dissolver os sólidos de chumbo para formar a tinta precursora de halogeneto de chumbo. Os solventes adequados incluem, sem limitação, N-ciclohexil-2-pirrolidona, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida, dialquilformamida secas, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetraidrofurano, formamida, terc- butilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e combinações dos mesmos. 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 °C a cerca de 150 °C. Em uma modalidade, os sólidos de chumbo são dissolvidos a cerca de 85 °C. Os sólidos de chumbo podem ser dissolvidos por tanto tempo quanto necessário para formar uma solução, que pode ocorrer ao longo de um período de tempo até cerca de 72 horas. A solução resultante forma a base da tinta precursora de 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.
[0100] Opcionalmente, certos aditivos podem ser adicionados à tinta precursora de halogeneto de chumbo para afetar a estabilidade e cristalinidade final de perovskita. Em algumas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode compreender adicionalmente um aminoácido (por exemplo, ácido 5-aminovalérico, histidina, glicina, licina), um hidro-halogeneto de aminoácido (por exemplo, cloridrato de ácido 5-aminovalérico), um agente modificador de superfície (SAM) de IFL (como aqueles discutidos anteriormente no relatório descritivo), ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, cloreto de formamidina pode ser adicionado à tinta precursora de halogeneto de chumbo. Em outras modalidades, o halogeneto de qualquer cátion abordado anteriormente no relatório descritivo pode ser usado. Em algumas modalidades, combinações de aditivos podem ser adicionadas à tinta precursora de halogeneto de chumbo incluindo, por exemplo, a combinação de cloreto de formamidina e cloridrato de ácido 5-aminovalérico.
[0101] A título de explicação, e sem limitar a revelação em qualquer teoria de mecanismo particular, verificou-se que formamidina e ácido 5- aminovalérico aperfeiçoam a estabilidade de dispositivo de PV de perovskita quando são usados como aditivos ou contra-cátions em uma fabricação de dispositivo de perovskita em uma etapa. Também se verificou que cloreto, na forma de PbCl2, aperfeiçoa o desempenho de dispositivo de PV de perovskita quando adicionado a uma solução precursora de PbI2 em um método em duas etapas. Verificou-se que o processo de deposição de filme fino de perovskita em duas etapas pode ser aperfeiçoado adicionando-se cloreto de formamidina e/ou cloridrato de ácido 5-aminovalérico diretamente a uma solução precursora de halogeneto de chumbo (por exemplo, PbI2) para alavancar ambas vantagens com um único material. Outros processos de deposição de filme de perovskita podem, da mesma forma, ser aperfeiçoados pela adição de cloreto de formamidina, cloridrato de ácido 5-aminovalérico ou PbCl2 a uma solução precursora de halogeneto de chumbo.
[0102] Os aditivos, que incluem cloreto de formamidina e/ou cloridrato de ácido 5-aminovalérico, podem ser adicionados à tinta precursora de halogeneto de chumbo em várias concentrações dependendo das características desejadas do material de perovskita resultante. Em uma modalidade, os aditivos podem ser adicionados em uma concentração de cerca de 1 nM a cerca de n M. Em outra modalidade, os aditivos podem ser adicionados em uma concentração de cerca de n μM a cerca de 1 M. Em outra modalidade, os aditivos podem ser adicionados em uma concentração de cerca de 1 μM a cerca de 1 mM.
[0103] Opcionalmente, em certas modalidades, água pode ser adicionada à tinta precursora de halogeneto de chumbo. A título de explicação, e sem limitar a revelação em qualquer teoria ou mecanismo particular, a presença de água afeta o crescimento cristalino de filme fino de perovskita. Sob circunstâncias normais, a água pode ser absorvida como vapor do ar. No entanto, é possível controlar a cristalinidade de PV de perovskita através da adição direta de água à tinta precursora de halogeneto de chumbo em concentrações específicas. A água adequada inclui água desionizada destilada, ou qualquer outra fonte de água que esteja substancialmente livre de contaminantes (incluindo minerais). Verificou-se, baseado nas varreduras de luz I a V, que a eficiência de conversão de luz para potência de PV de perovskita pode, aproximadamente, triplicar com a adição de água em comparação com um dispositivo completamente seco.
[0104] A água pode ser adicionada à tinta precursora de halogeneto de chumbo em várias concentrações dependendo das características desejadas do material de perovskita resultante. Em uma modalidade, a água pode ser adicionada em uma concentração de cerca de 1 nl/ml a cerca de 1 ml/ml. Em outra modalidade, a água pode ser adicionada em uma concentração de cerca de 1 μl/ml a cerca de 0,1 ml/ml. Em outra modalidade, a água pode ser adicionada em uma concentração de cerca de 1 μl/ml a cerca de 20 μl/ml.
[0105] A Figura 12 mostra imagens de um microscópio eletrônico de varredura em corte transversal que comparam um PV de perovskita fabricado com água (5110) e sem água (5120). Conforme pode ser visto a partir da Figura 12, há uma alteração estrutural considerável na camada de material de perovskita (5111 e 5121) quando a água é excluída (inferior) durante fabricação, em comparação com quando a água é incluída (superior). A camada de material de perovskita 5111 (fabricada com água) e consideravelmente mais contígua e densa que a camada de material de perovskita 5121 (fabricada sem água).
[0106] A tinta precursora de halogeneto de chumbo pode, então, ser depositada sobre o substrato desejado. As camadas de substrato adequadas podem incluir quaisquer das camadas de substrato identificadas anteriormente nesta revelação. Conforme notado acima, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ser depositada através de uma variedade de meios, que incluem, sem limitação, espalhamento por gotas, espalhamento rotativo, impressão por extrusão, serigrafia, ou impressão à jato de tinta. Em determinadas modalidades, a tinta precursora de halogeneto de chumbo pode ser revestida por rotação no substrato em 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 revestido por rotação no substrato a cerca de 3.000 rpm por cerca de 30 segundos. A tinta precursora de 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 de halogeneto de chumbo pode, então, ser deixada para secar em uma atmosfera substancialmente livre de água, isto é, menor do que 20% de umidade relativa, para formar um filme fino.
[0107] O filme fino pode, então, ser termicamente recozido por um período de tempo de até cerca de 24 horas a uma temperatura de cerca de 20 oC a cerca de 300 oC. Em uma modalidade, o filme fino pode ser termicamente recozido por cerca de dez minutos a uma temperatura de cerca de 50 °C. A camada ativa de material de perovskita pode, então, ser completado por um processo de conversão em que o filme precursor é submerso ou enxaguado com uma solução que compreende 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, iodidrato de ácido 5-aminovalérico) em uma concentração entre 0,001 M e 10 M. Em determinadas modalidades, os filmes finos também podem ser termicamente pós-recozidos do mesmo modo que na primeira linha deste parágrafo.
[0108] Portanto, a presente invenção é bem adaptada para alcançar as finalidades e vantagens bem como aquelas que são inerentes na mesma. As modalidades particulares reveladas acima são somente ilustrativas, como a presente invenção pode ser modificada e praticada em diferentes, mas equivalentes maneiras aparentes àqueles versados na técnica que têm o benefício dos ensinamentos no presente documento. Além disso, nenhuma das limitações é destinada aos detalhes de construção ou projeto mostrado no presente documento, diferentes das descritas nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas particulares reveladas acima podem ser alteradas ou modificadas, e todas tais variações estão consideradas dento do escopo e espírito da presente invenção. Em particular, cada faixa de valores (da forma, “de cerca de a a cerca de b,” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a a b,” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) revelada no presente documento deve ser compreendida de modo a se referir ao conjunto de potência (o conjunto de todos os subconjuntos) das respectivas faixas de valores, e apresentar cada faixa englobada dentro da faixa mais ampla de valores. Também, os termos nas reivindicações têm seu significado comum de plano a menos que por outro lado explicitamente e claramente definidos pela patente.
[0109] As cláusulas seguintes, que não são reivindicações, podem se relacionar a aspectos ou modalidades da presente invenção. 1. Dispositivo fotovoltaico caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro eletrodo; um segundo eletrodo; uma camada ativa disposta, pelo menos parcialmente, entre o primeiro e o segundo eletrodos, sendo que a camada ativa compreende: material fotoativo que compreende um material de perovskita; e uma primeira camada interfacial disposta adjacente a uma segunda camada interfacial, sendo que a primeira camada interfacial compreende um material diferente da segunda camada interfacial. 2. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que o material de perovskita tem a fórmula CMX3, em que C compreende um ou mais cátions, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em metais de Grupo 1, metais de Grupo 2, cátions orgânicos e combinações dos mesmos; em que M compreende um ou mais metais, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn e combinações dos mesmos; e em que X compreende um ou mais ânions, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em halogenetos, pseudohalogenetos, sulfeto, seleneto e combinações dos mesmos. 3. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada interfacial compreende ZnO. 4. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada interfacial compreende Al2O3. 5. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada interfacial compreende ZnO e a segunda camada interfacial compreende Al2O3. 6. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a camada ativa compreende adicionalmente uma terceira camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial ou à segunda camada interfacial. 7. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 6, caracterizado pelo fato de que a primeira camada interfacial compreende Al2O3, a segunda camada interfacial compreende ZnO e a terceira camada interfacial compreende Al2O3. 8. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a camada ativa compreende adicionalmente um material mesoporoso. 9. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a camada ativa compreende adicionalmente: uma terceira camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial ou à segunda camada interfacial; e uma quarta camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial, à segunda camada interfacial ou à terceira camada interfacial. 10. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a camada ativa compreende adicionalmente: uma terceira camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial ou à segunda camada interfacial; uma quarta camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial, à segunda camada interfacial ou à terceira camada interfacial; e uma quinta camada interfacial disposta adjacente à primeira camada interfacial, à segunda camada interfacial, à terceira camada interfacial ou à quarta camada interfacial. 11. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro eletrodo compreende adicionalmente um ânodo; o segundo eletrodo compreende adicionalmente um cátodo; e a primeira camada interfacial e a segunda camada interfacial estão dispostas entre a camada fotoativa e o primeiro eletrodo. 12. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro eletrodo compreende adicionalmente um ânodo; o segundo eletrodo compreende adicionalmente um cátodo; e a primeira camada interfacial e a segunda camada interfacial estão dispostas entre a camada fotoativa e o segundo eletrodo. 13. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda camadas interfaciais compreendem um ou mais compostos, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em Al, Bi, Co, Cu, Fe, In, Mn, Mo, Ni, Pt, Si, Sn, Ta, Ti, V, W, Nb, Zn, Zr, um óxido de qualquer um dos metais anteriores, um sulfeto de qualquer um dos metais anteriores, um nitreto de qualquer um dos metais anteriores, grupos alquil-silil, grafite, grafeno, fulerenos, nanotubos de carbono, um material mesoporoso e combinações dos mesmos. 14. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda camadas interfaciais compreendem um ou mais compostos, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em NiO, TiO2, SrTiO3, Al2O3, ZrO2, WO3, V2O5, MO3, ZnO, grafeno, negro de carbono e combinações dos mesmos. 15. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada interfacial compreende ZnO adulterado com um ou mais compostos selecionados a partir do grupo que consiste em Al, In, B, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Nb e combinações dos mesmos. 16. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada interfacial compreende TiO2 adulterado com um ou mais compostos selecionados a partir do grupo que consiste em Al, In, B, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Nb e combinações dos mesmos. 17. Dispositivo fotovoltaico caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro eletrodo; um segundo eletrodo; e uma camada ativa disposta, pelo menos parcialmente, entre o primeiro e o segundo eletrodos, sendo que a camada ativa compreende: um material de perovskita; e uma pluralidade de camadas interfaciais adjacentes; sendo que cada camada interfacial compreende um material diferente de suas camadas interfaciais adjacentes; em que o material de perovskita tem a fórmula CMX3; em que C compreende um ou mais cátions, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em metais de Grupo 1, metais de Grupo 2, cátions orgânicos e combinações dos mesmos; em que M compreende um ou mais metais, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn e combinações dos mesmos; e em que X compreende um ou mais ânions, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em halogenetos, pseudohalogenetos, sulfeto, seleneto e combinações dos mesmos. 18. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 13, caracterizado pelo fato de que C é metilamônio, M é Pb, e em que X compreende um ou mais halogenetos. 19. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 13, caracterizado pelo fato de que C é metilamônio, M é Sn, e em que X compreende um ou mais halogenetos. 20. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 13, caracterizado pelo fato de que C é um formamidínio, M é Pb, e em que X compreende um ou mais halogenetos. 21. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 13, caracterizado pelo fato de que C é um formamidínio, M é Sn, e em que X compreende um ou mais halogenetos. 22. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende ZnO, e pelo menos uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende Al2O3. 23. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 22, caracterizado pelo fato de que o ZnO compreende ZnO adulterado, que compreende um ou mais compostos selecionados a partir do grupo que consiste em ZnO adulterado com Al, ZnO adulterado com In, ZnO adulterado com B, ZnO adulterado com Be, ZnO adulterado com Mg, ZnO adulterado com Ca, ZnO adulterado com Sr, ZnO adulterado com Ba, ZnO adulterado com Sc, ZnO adulterado com Y, ZnO adulterado com Nb e combinações dos mesmos. 24. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende TiO2, e pelo menos uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende Al2O3. 25. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 24, caracterizado pelo fato de que o TiO2 compreende TiO2 adulterado, que compreende um ou mais compostos selecionados a partir do grupo que consiste em TiO2 adulterado com Al, TiO2 adulterado com In, TiO2 adulterado com B, TiO2 adulterado com Be, TiO2 adulterado com Mg, TiO2 adulterado com Ca, TiO2 adulterado com Sr, TiO2 adulterado com Ba, TiO2 adulterado com Sc, TiO2 adulterado com Y, TiO2 adulterado com Nb e combinações dos mesmos. 26. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de camadas interfaciais compreende: uma primeira camada interfacial que compreende Al2O3; uma segunda camada interfacial que compreende ZnO; uma terceira camada interfacial que compreende Al2O3; uma quarta camada interfacial que compreende ZnO; e uma quinta camada interfacial que compreende Al2O3. 27. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que: o primeiro eletrodo compreende adicionalmente um ânodo; o segundo eletrodo compreende adicionalmente um cátodo; e a pluralidade de camadas interfaciais estão dispostas entre o material de perovskita e o primeiro eletrodo. 28. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que: o primeiro eletrodo compreende adicionalmente um ânodo; o segundo eletrodo compreende adicionalmente um cátodo; e a pluralidade de camadas interfaciais estão dispostas entre o material de perovskita e o segundo eletrodo. 29. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende um ou mais compostos, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em Al, Bi, Co, Cu, Fe, In, Mn, Mo, Ni, Pt, Si, Sn, Ta, Ti, V, W, Nb, Zn, Zr, um óxido de qualquer um dos metais anteriores, um sulfeto de qualquer um dos metais anteriores, um nitreto de qualquer um dos metais anteriores, grupos alquil-silil, grafite, grafeno, fulerenos, nanotubos de carbono, um material mesoporoso e combinações dos mesmos. 30. Dispositivo fotovoltaico, de acordo com a cláusula 17, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a pluralidade de camadas interfaciais compreende um ou mais compostos, cada um selecionado a partir do grupo que consiste em NiO, TiO2, SrTiO3, Al2O3, ZrO2, WO3, V2O5, MO3, ZnO, grafeno, negro de carbono e combinações dos mesmos.
Claims (12)
1. Método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: preparar uma tinta precursora de halogeneto de chumbo, em que preparar uma tinta precursora de halogeneto de chumbo compreende as etapas de: introduzir um halogeneto de chumbo em um recipiente; introduzir um primeiro solvente em um recipiente; contatar o halogeneto de chumbo com o primeiro solvente para dissolver o halogeneto de chumbo; e introduzir água em um recipiente; depositar a tinta precursora de halogeneto de chumbo sobre um substrato; secar a tinta precursora de halogeneto de chumbo para formar um filme fino; e depositar um segundo solvente e um sal sobre o filme fino; em que o primeiro solvente é selecionado do grupo consistindo de N- ciclohexil-2-pirrolidona, alquil-2-pirrolidona, dimetilformamida, dialquilformamida secas, dimetilsulfóxido (DMSO), metanol, etanol, propanol, butanol, tetraidrofurano, formamida, terc-butilpiridina, piridina, alquilpiridina, pirrolidina, clorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano, clorofórmio e combinações dos mesmos.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de chumbo é selecionado do grupo consistindo em iodeto de chumbo (II), brometo de chumbo (II), cloreto de chumbo (II), fluoreto de chumbo (II), e combinações dos mesmos.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o halogeneto de chumbo compreende uma mistura de cloreto de chumbo (II) e iodeto de chumbo (II) misturados em uma proporção de 10 mol de cloreto de chumbo (II) para 90 mol de iodeto de chumbo (II).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que se colocar em contato o haleto de chumbo com o primeiro solvente para dissolver o haleto de chumbo ocorre entre 20 °C a 150°C.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aquecer o filme fino e sal a entre 20 °C e 300 °C.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tinta precursora de haleto de chumbo tem uma concentração de haleto de chumbo entre 0,1M e 5M.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o recozimento do filme fino por até 24 horas a uma temperatura entre 20 °C e 300 °C.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tinta precursora de haleto de chumbo é depositada em uma atmosfera tendo mais que ou igual a 0 grama de H2O por m3 de ar, e menos que ou igual a 20 gramas de H2O por m3 de ar.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal é selecionado do grupo consistindo em iodeto de metilamônio, iodeto de formamidínio, iodeto de guanidínio, iodeto de 1,2,2-triaminovinilamônio e hidroiodeto de ácido 5-aminovalérico.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal é dissolvido no segundo solvente em um concentrado 5 entre 0,1M e 5M.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água é introduzida no recipiente em uma concentração de 1 μL de água a 1 mL de haleto de chumbo e solvente a 100 μL de água e 1 mL de haleto de chumbo e solvente.
12. Material de perovskita caracterizado pelo fato de que é preparado por um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
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