JP2018137449A - ペロブスカイト太陽電池材料を形成する方法 - Google Patents

ペロブスカイト太陽電池材料を形成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低コストで安定な太陽電池材料の形成方法を提供する。
【解決手段】光活性ペロブスカイト材料を調製する方法。当該方法は、鉛ハロゲン化物前駆体インクを調製するステップを有する。この鉛ハロゲン化物前駆体インクを調製するステップは、鉛ハロゲン化物を容器に導入するステップと、第1の溶媒を容器に導入するステップと、鉛ハロゲン化物を第1の溶媒と接触させ、鉛ハロゲン化物を溶解するステップと、を有する。当該方法は、さらに、鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップと、鉛ハロゲン化物前駆体インクを乾燥させ、薄膜を形成するステップと、薄膜を熱処理するステップと、第2の溶媒および塩で、薄膜を洗浄するステップと、を有する。
【選択図】図４

Description

太陽エネルギーまたは太陽光線から電力を生じる光起電力セル（PV）の使用は、例えば、電源、低またはゼロエミッション、パワーグリッドとは独立した電力生成、耐久性のある物理構造（可動部品なし）、安定かつ信頼性のあるシステム、モジュラー構造、比較的迅速な導入、安全な製造および使用、ならびに好意的な世論および使用許容性を含む、多くの利点を提供する。
本発明の特徴および利点は、当業者には容易に理解される。当業者には多くの変更が可能であり、そのような変更は、本発明の範囲に属する。
本発明では、
鉛ハロゲン化物前駆体インクを調製するステップであって、
鉛ハロゲン化物を容器に導入するステップと、
第1の溶媒を前記容器に導入するステップと、
前記鉛ハロゲン化物を前記第1の溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップと、
を有するステップと、
前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップと、
前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを乾燥させ、薄膜を形成するステップと、
前記薄膜を熱処理するステップと、
第2の溶媒および塩で、前記薄膜を洗浄するステップと、
を有する方法が提供される。
本発明のある実施例によるDSSCの各種層が描かれた、DSSC構成を示した図である。 本発明のある実施例によるDSSCの各種層が描かれた、別のDSSC構成を示した図である。 本発明のある実施例によるBHJ装置構成の一例を示した図である。 本発明のある実施例による活性層を含む典型的な光起電力セルの概略図である。 本発明のある実施例による典型的な固体DSS装置の概略図である。 本発明のある実施例によるPV装置の一例の部材を示した模式図である。 本発明のある実施例によるPV装置の一例の部材を示した模式図である。 本発明のある実施例によるPV装置の一例の部材を示した模式図である。 本発明のある実施例によるPV装置の一例の部材を示した模式図である。
有機、無機、および／またはハイブリッドPVと互換性のあるPV技術の各種態様における改善は、OPVと他のPVの両方のコストをさらに低下させる。例えば、ある太陽電池、例えば固体色素感応太陽電池では、固体電荷輸送材料（または口語的に「固体電解質」）のような、新たなコスト効果のある、高安定性の代替部材が活用される。また、各種太陽電池は、界面材料および他の材料を有することが有意であり、これは、従来の既存のオプションよりもコスト効果があり、耐久性がある。
本発明は、全般に、太陽光線から電気エネルギーを形成する際の、物質の組成物、機器、および光起電力セルにおける材料の使用の方法に関する。より具体的には、本願は、光活性および他の物質の組成、機器、使用の方法、およびそのような物質の組成物の形成に関する。
これらの物質の組成物の一例には、例えば、ホール輸送材料、ならびに／または例えば、界面層、色素、および／もしくはPV装置の他の素子の使用に適した材料が含まれる。そのような部材は、ヘテロ接合セル（例えばバイレイヤおよびバルク）、ハイブリッドセル（例えばCH3NH3PbI3を含む有機物、ZnOナノロッド、またはPbS量子ドット）、DSSC（色素感応太陽電池）のような、多くのPV装置を備えても良い。後者のDSSCは、3つの形態で存在する：溶媒系電解質、イオン性液体電解質、および固体ホールトランスポータ（または固体DSSC、すなわちSS-DSSC）である。ある実施例によるSS-DSSC構造は、実質的に電解質フリーであり、代わりに、スピロOMeTAD、CsSnI3および他の活性材料のような、ホール輸送材料を有しても良い。
また、本発明のある実施例による一部のまたは全ての材料は、いかなる有機系または他の電子装置に使用されても良い。ある例には、これに限られるものではないが、フィールド効果トランジスタ（FET）、発光ダイオード（LED）、非線形光学装置、メモリスタ、キャパシタ、整流器（retifier）および／または整流（retifying）アンテナが含まれる。
ある実施例では、本発明により、PVおよび他の同様の装置（例えば、電池、ハイブリッドPVバッテリ、マルチジャンクションPV、FET、LED等）が提供され得る。そのような装置は、ある実施例では、改善された活性材料、界面層、および／または1または2以上のペロブスカイト材料を含んでも良い。ペロブスカイト材料は、PVまたは他の装置の各種1または2以上の態様で、組み込まれても良い。本発明のある実施例によるペロブスカイト材料は、一般式がCMX3であっても良い。ここで、Cは、1または2以上のカチオン（例えばアミン、アンモニウム、1族金属、2族金属、および／または他のカチオンもしくはカチオン状化合物）であり、Mは、1または2以上の金属（例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、およびZr）を含み、Xは、1または2以上のアニオンを含む。各種実施例によるペロブスカイト材料の詳細は、以下に示される。
（光起電力セルおよび他の電子装置）
図1、3、4、5に示す太陽電池の各例を参照して、あるPVの実施例について説明する。例えば、ある実施例によるPV構造は、実質的に、基板-アノード-IFL-活性層-IFL-カソードの形態である。ある実施例の活性層は、光活性であり、および／または光活性材料を含んでも良い。従来から知られているような他の層および材料が、電池内で利用されても良い。また、「活性層」という用語の使用は、限定的意図ではなく、いかなる他の層の特性を、明示的にまたは暗示的に定めても良いことに留意する必要がある。例えば、ある実施例では、IFLの一方または両方は、これらが半導体的である限り、活性である。特に、図4を参照すると、模式的なPVセル2610が描かれており、PV内には、ある層の高い界面特性が示されている。PV2610は、DSSC PVの実施例のような、いくつかのPV装置に適用可能な一般構造を表す。PVセル2610は、ガラス（または太陽光線に対して透明な同様の材料）の透明層2612を有し、これにより、太陽光線2614は、層内を透過することができる。また、ある実施例の透明層は、（例えば図1の基板層1507のように）基板とも称され、これは、例えば、ガラス、ポリエチレン、PET、カプトン、石英、アルミニウム箔、金箔、または鋼のような、1または2以上の各種剛性または可撓性材料を有しても良い。光活性層2616は、電子ドナーまたはp型材料2618と、電子アクセプタまたはn型材料2620とで構成される。活性層、または図4に示すような光活性層2616は、2つの導電性電極層2622および2624の間に挟まれる。図4において、電極層2622は、ITO材料である。前述のように、ある実施例の活性層は、必ずしも光活性であるで必要はないが、図4に示された装置では、そのようになっている。電極層2624は、アルミニウム材料である。従来の他の材料を使用しても良い。また、セル2610は、界面層（IFL）2626を有し、この層は、図4に示す例では、PEDOT：PSS材料である。IFLは、電荷分離を支援しても良い。ある実施例では、IFL2626は、自己組織化モノレイヤ（SAM）または薄膜として、本発明による光活性有機化合物を有する。他の実施例では、IFL2626は、薄いコーティングバイレイヤを有し、これについては後述する。また、装置のアルミニウムカソード側には、IFL2627があっても良い。ある実施例では、装置のアルミニウムカソード側のIFL2627は、自己組織化モノレイヤ（SAM）または薄膜として、本発明による光活性有機化合物を、さらにあるいは代わりに有しても良い。他の実施例では、装置のアルミニウムカソード側のIFL2627は、薄いコーティングバイレイヤ（以降に示す）を、さらにあるいは代わりに有しても良い。ある実施例によるIFLは、半導体的性質を有し、p型またはn型であっても良い。ある実施例では、装置のカソード側のIFL（例えば図4に示すIFL2627）は、p型であり、装置のアノード側のIFL（例えば図4に示すIFL2626）は、n型であっても良い。ただし、他の実施例では、カソード側のIFLは、n型であり、アノード側のIFLは、p型であっても良い。セル2610は、リード2630、およびバッテリのような放電ユニット2632に取り付けられる。
図3を参照して、さらに別の実施例について示す。図3には、模式的なBHJ装置構成を示す。これは、ガラス基板2401、ITO（スズドープインジウム酸化物）電極2402、界面層（IFL）2403、光活性層2404、およびLiF／Alカソード2405を有する。BHJの材料構成は、単なる一例であり、本発明に適合する、従来のいかなる他のBHJ構造を使用しても良い。ある実施例では、光活性層2404は、図4の装置の活性または光活性層2616を有する、いかなる1または2以上の材料を有しても良い。
図1には、ある実施例による単純化されたDSSC PVの例を示す。これは、そのようなPVの組立体を示すために参照される。図1に示すDSSCの例は、以下のように構成される：基板層1507（ガラスとして示されている）の上に、電極層1506（フッ素ドープスズ酸化物FTOとして示されている）が設置される。電極層1506上に、メゾポーラス層ML 1505（ある例ではTiO2）が成膜される。次に、光電極（基板層1507、電極層1506、およびメゾポーラス層1505を有する場合）が、溶媒（図示されていない）および色素1504中に浸漬される。これにより、MLの表面に結合した色素1504が残る。基板層1501（ガラスとして示されている）および電極層1502（Pt／FTOとして示されている）を有する、別個の対極が構成される。光電極および対極が組み合わされ、図1に示すように、各層1502-1506が、2つの基板層1501、1507の間に挟まれる。これにより、電極層1502、1506を、それぞれカソードおよびアノードとして、利用できる。色素層1504の後、直接完成した光電極の上に、または装置の開口、すなわち通常、対極基板1501のサンドブラスト法により予備開口された孔を介して、電解質1503の層が成膜される。また、セルは、リード、およびバッテリ（図示されていない）のような放電ユニットに取り付けられる。基板層1507および電極層1506、ならびに／または基板層1501および電極層1502は、十分に透明であり、太陽光は、光活性色素1504を介して通過することができる。ある実施例では、対極および／または光電極は剛性があるが、たの実施例では、少なくとも一方が可撓性であっても良い。各実施例の基板層は、ガラス、ポリエチレン、PET、カプトン、石英、アルミニウム箔、金箔、および鋼の1または2以上を有しても良い。ある実施例では、DSSCは、さらに、図2に示すような光収集層1601を有し、装置の光活性層を通る光路長を増加させるため、入射光を散乱しても良い（これにより、光が光活性層に吸収されると、それと同様に増加する）。
他の実施例では、本発明により、固体DSSCが提供される。ある実施例による固体DSSCは、液体電解質を有するDSSCに影響を及ぼす、リークおよび／または腐食問題の防止のような利点を提供する。また、固体電荷担体は、より高速の装置特物理性（例えば迅速な電荷輸送）を提供する。また、固体電解質は、ある実施例では、光活性であり、従って、固体DSSC装置から得られる電力に寄与する。
固体DSSCのある例を、図5を参照して説明する。この図は、通常の固体DSSCの模式的な概略図である。例えば図4に示すような太陽電池の例では、第1および第2の活性（例えば導電性および／または半導電性）材料（それぞれ、2810および2815）で構成される活性層は、電極2805と2820の間に挟まれる（それぞれ、Pt/FTOおよびFTOとして、図5に示されている）。図5に示す実施例では、第1の活性材料2810は、p型材料であり、固体電解質を有する。ある実施例では、第1の活性材料2810は、スピロ-OMeTAD、および／またはポリ（3-ヘキシルチオフェン）、無機二元系、三元系、またはより高次の複合体、任意の固体半導体材料、またはこれらの任意の組み合わせのような有機材料を含む。ある実施例では、第1の活性材料は、追加でまたは代わりに、酸化物、および／または硫化物、および／またはセレン化物、および／またはヨウ化物を有しても良い（例えばCsSnI3）。例えば、ある実施例の第1の活性材料は、固体p型材料を有し、これは銅インジウム硫黄であっても良い。ある実施例では、これは、銅インジウムガリウムセレン化物を有しても良い。図5に示す第2の活性材料2815は、n型活性材料であり、色素コーティングされたTiO2を有しても良い。ある実施例では、同様に、第2の活性材料は、スピロ-OMeTADのような有機材料、無機二元系、三元系、四元系、またはより高次の複合物、またはこれらの任意の組合わせを有しても良い。ある実施例では、第2の活性材料は、アルミナのような酸化物を有し、および／またはこれは、硫化物を有し、および／またはこれは、セレン化物を有しても良い。従って、ある実施例では、第2の活性材料は、銅インジウム硫化物を有し、ある実施例では、これは銅インジウムガリウムセレン化金属を有しても良い。ある実施例の第2の活性材料2815は、メゾポーラス層で構成されても良い。また、活性であることに加えて、第1および第2の活性材料2810、2815の一方または両方は、光活性であっても良い。他の実施例（図5には示されていない）では、第2の活性材料は、固体電解質を有しても良い。また、第1および第2の活性材料2810、2815のいずれかが固体電解質を有する実施例では、PV装置は、有効な量の液体電解質を有しなくても良い。p型である場合を、図5を参照して示したが、固体層（例えば固体電解質を有する第1の活性材料）は、ある実施例では、代わりにn型半導体的であっても良い。そのような実施例では、色素コーティングされた第2の活性材料（例えば、図5に示したようなTiO2（または他のメゾポーラス材料））は、p型半導体的であっても良い（図5に示すn型半導体の反対）。
基板層2801および2825（図5ではガラスとして示されている）は、図5の代表セルのそれぞれの外側上部および底部層を構成する。これらの層は、十分に透明ないかなる材料を有しても良く、太陽光線は、色素を有する活性／光活性層、第1および第2の活性および／または例えば、ガラス、ポリエチレン、PET、カプトン、石英、アルミニウム箔、金箔、または鋼のような、光活性材料2810、2805を通過する。また、図5に示した実施例では、電極2805（Pt／FTO）はカソードであり、電極2820はアノードである。図4に示した太陽電池では、太陽光線は、基板層2825および電極2820を通って、活性層に到達し、ここで、太陽光線の少なくとも一部が吸収され、電気発生が可能な1または2以上の励起が生じる。
ある実施例による固体DSSCは、図1において示されたようなDSSCに関して、前述のものと実質的に同様の方法で構成される。図5に示した実施例では、p型活性材料2810は、図1の電解質1503に対応し、n型活性材料2815は、図1の色素1504およびML1505の両方に対応する。電極2805、2820は、それぞれ、図1の電極層1502、1506に対応する。基板層2801、2825は、それぞれ、基板層1501、1507に対応する。
本発明の各実施例では、太陽電池、および活性材料（ホール輸送層および／または電子輸送層を含む）、界面層、を含む他の装置、ならびに装置構造全体の各態様において、改善された材料および／または構造が提供される。
（界面層）
ある実施例では、本発明により、薄いコーティングIFLを含むPV内の1または2以上の界面層の有意な材料および構造が提供される。薄いコーティングIFLは、各実施例のPVの1または2以上のIFLに使用されても良い。
まず、前述のように、1または2以上のIFL（例えば、図4に示すようなIFL2626、2627の一方または両方）は、自己組織化モノレイヤ（SAM）として、または薄膜として、本発明の光活性有機化合物を有しても良い。本発明の光活性有機化合物がSAMとして適用される場合、これは、結合基を有し、これを介して、アノードおよびカソードの一方または両方と共有結合され、または他の状態で結合される。ある実施例の結合基は、COOH、SiX3（Xは、例えばSi(OR)3、SiCl3のような3元系シリコン化合物の形成に適した部分）、SO3、PO4H、OH、CH2X（ここでXは、17族のハロゲン化物を有する）、およびOの1または2以上を有する。結合基は、電子取り出し部分、電子ドナー部分、および／またはコア部分に共有結合され、または他の状態で結合される。結合基は、電極表面に付着され、ある厚さで（例えば複数の光活性有機化合物がアノードおよび／またはカソードに結合される）、単分子（またはある実施例では、複数の分子）の配向され組織化された層が形成される。SMAは、共有結合の相互作用を介して付着されるが、ある実施例では、これは、イオン性、水素結合性、および／または分散力（すなわちファンデルワールス力）の相互作用を介して付着されても良い。また、ある実施例では、光露光の際に、SAMが両性イオン励起状態に入り、これにより、大きく分極したIFLが形成される。これは、活性層から電極（例えばアノードまたはカソード）に、電荷担体を誘導する。ある実施例では、この増強された電荷担体の注入は、活性層の断面を電子的にポール化することにより達成され、従って、これらの各電極に向かう電荷担体のドリフト速度が増大する（例えばアノードへのホール、カソードへの電子）。ある実施例のアノード用途の分子は、調整可能な化合物を有しても良い。これは、コア部分に結合された一次電子ドナー部分を有し、これは、電子引き出し部分に結合され、これは、結合基に結合される。ある実施例によるカソード用途では、IFL分子は、調整可能な化合物を有し、これは、コア部分に結合された電子欠乏部分を有し、これは、電子ドナー部分に結合され、これが、結合基に結合される。光活性有機化合物は、そのような実施例によるIFLとして用いられ、これは、光活性特性を保持する。ただし、ある実施例では、光活性は必ずしも必要ではない。
光活性有機化合物SAM IFLに加えて、またはこれに変えて、ある実施例によるPVは、第1または第2の活性材料（例えば、図5に示すような第1または第2の活性材料2810または2815）のいずれかの少なくとも一部にコーティングされた、薄い界面層（「薄いコーティング界面層」、または「薄いコーティングIFL」）を有しても良い。また、薄いコーティングIFLの少なくとも一部には、色素がコーティングされても良い。ある実施例では、薄いコーティングIFLは、n型またはp型であり、これは、下地材料（例えばTiO2、または第2の活性材料2815のTiO2のような他のメゾポーラス材料）と同じ種類であっても良い。第2の活性材料は、アルミナ（例えばAl2O3）（図5に示されていない）を有する薄いコーティングIFLでコーティングされたTiO2を有し、これは、色素でコーティングされる。TiO2および／またはチタニアは、そのようなスズ酸化物化合物内のスズと酸化物の比を限定することを意図するものではない。すなわち、チタニア化合物は、各種酸化状態の1または2以上のチタン（例えばチタンI、チタンII、チタンIII、チタンIV）を有し、従って、各実施例は、化学量論的なおよび／または非化学量論的な量のチタンと酸化物とを含む。従って、各実施例は、（TiO2に変えてまたはこれに加えて）TixOyを含んでも良い。ここで、xは、1から100の間の整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、ｘは、約0.5から3の間である。同様に、ｙは、約1.5と4の間である（整数である必要はない）。従って、ある実施例は、例えば、TiO2および／またはTi2O3を含む。また、チタンと酸化物の間の比またはその組み合わせにおいて、チタニアは、1または2以上の結晶構造を有し、ある実施例では、これには、アナターゼ、ルチル、およびアモルファスの1または2以上が含まれる。
ある実施例の薄いコーティングIFLに使用される他の金属酸化物の例は、ZnO、ZrO2、Nb2O3、SrTiO3、Ta2O3、NiO、WO3、V2O5、またはMoO3のような、半導体金属酸化物を含む。第2の活性材料が、Al2Ｏ3を含む薄いコーティングIFLでコーティングされたTiO2を含む一実施例は、例えば、Al(NO3)3・xH2Oのような、前駆体材料で構成され、またはTiO2へのAl2Ｏ3の成膜に適した他の任意の材料で構成され、次に、熱処理が実施され、色素がコーティングされる。代わりにMoO3コーティングが使用される実施例では、コーティングが、Na2Mo4・2H2Oのような前駆体材料で形成される。一方、ある実施例では、NaVO3のような前駆体材料で、V2O5コーティングが形成される。ある実施例ではNaWO4・H2Oのような前駆体材料で、WO3コーティングが形成される。前駆体材料（例えばAl(NO3)3・xH2O）の濃度は、TiO2または他の活性材料に成膜される最終膜厚に影響を及ぼす。従って、前駆体材料の濃度を変えることで、最終膜厚が制御できる。例えば、前駆体材料濃度が大きくなると、より厚い膜厚が得られる。金属酸化物コーティングを有するPV装置において、厚い膜厚により、必ずしも大きなPCEが得られるとは限られない。従って、ある実施例の方法は、約0.5から10.0mMの範囲の濃度の前駆体材料を用いて、TiO2層（または他のメゾポーラス層）をコーティングするステップを有する。他の実施例は、約2.0から6.0ｍMの範囲の濃度の前駆体材料で層をコーティングするステップを有する。他の実施例では、これは約2.5から5.5mMである。
また、本願では、Al2O3および／またはアルミナと称されているが、アルミニウムを形成する際に、アルミニウムと酸素には、各種比が使用され得ることに留意する必要がある。従って、ある実施例において、Al2O3と称されていても、そのような記載は、酸素内のアルミニウムの所定の比を定めることを意図するものではない。むしろ、実施例は、1または2以上のアルミニウム-酸化物化合物を含んでも良く、各々は、AlxOyによるアルミニウム酸化物比を有する。ここで、xは、約1から100の間の整数または非整数の値である。ある実施例では、xは、約1から3の間である（整数である必要はない）。同様に、yは、0.1から100の間の整数または非整数である。ある実施例では、yは、2と4の間である（整数である必要はない）。また、各実施例において、AlxOyの各結晶形態は、α、γ、および／またはアモルファスのアルミナ形態であっても良い。
同様に、MoO3、WO3、および V2O5と称されていても、そのような化合物は、その代わりにまたはこれに加えて、それぞれ、MoxOy、WxOy、およびVxOyを表しても良い。MoxOyおよびWxOyのそれぞれに関し、xは、約1から100の間の整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、これは、約0.5から1.5の間である。同様に、yは、約1から100の間の、整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、yは、約1から4の間の任意の値である。VxOyに関し、ｘは、約0.5から100の間の整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、これは、約0.5と1.5の間である。同様に、yは、約1から100の間の整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、これは、約1から10の間の整数または非整数の任意の値である。
同様に、ある実施例において称されるCsSnI3は、各実施例によるセシウム-スズ-ヨウ素化合物における成分元素の比を限定することを意図するものではない。ある実施例は、スズとヨウ素の化学量論的および／または非化学量論的な量を含む。従って、そのような実施例は、その代わりに、またはこれに加えて、各々が比CsxSnyIzを有する、1または2以上のセシウム-スズ-ヨウ素化合物のような、セシウム、スズ、およびヨウ素の各比を含む。そのような実施例において、xは、0.1から100の間の整数または非整数の任意の値である。ある実施例では、xは、約0.5から1.5の間である（整数である必要はない）。同様に、yは、約0.1から100の間の整数または非整数である。ある実施例では、yは、約0.5と1.5の間であっても良い（整数である必要はない）。同様に、zは、約0.1から100の間の整数または非整数である。ある実施例では、zは、約2.5と3.5の間であっても良い。また、CsSnI3は、SnF2のような他の材料でドープされ、または混合され、CsSnI3：SnF2の比は、0.1：1から100：1の範囲の、全ての値（整数または非整数）を含む。
また、薄いコーティングIFLは、バイレイヤを有しても良い。従って、薄いコーティングIFLが（アルミナのような）金属酸化物を含む例に戻ると、薄いコーティングIFLは、TiO2と金属酸化物を有しても良い。そのような薄いコーティングIFLは、メゾポーラスTiO2または他の単独の活性材料に比べて、大きな電荷再結合抵抗を有する。また、本発明のある実施例では、TiO2粒子の十分な物理的相互接続を提供するため、TiO2層を形成する際に、第2のTiO2コーティングがしばしば必要になる。メゾポーラスTiO2（または他のメゾポーラス活性材料）の上に、バイレイヤの薄いコーティングIFLをコーティングするステップは、金属酸化物とTiCl4の両方を含む化合物を用いて、コーティングを行う組み合わせを有しても良い。金属酸化物と二次TiO2コーティングとを有するバイレイヤの薄いコーティングIFLが得られ、これにより、いずれかの材料の使用にわたって、それ自身の特性の改善が提供される。
ある実施例では、薄いコーティングIFL、および前述のTiO2上にこれらをコーティングする方法は、液体電解質を有するDSSCに使用される。従って、薄いコーティングIFLの例を参照し、例えば図1を再度参照すると、図1のDSSCは、さらに、メゾポーラス層1505の上にコーティングされた、前述の薄いコーティングIFLを有する（すなわち、薄いコーティングIFLは、メゾポーラス層1505と色素1504の間に挿入される）。
ある実施例では、DSSCに関して前述した薄いコーティングIFLは、PV（例えばハイブリッドPVまたは他のPV）、フィールド効果トランジスタ（FET）、発光ダイオード（LED）、非線形光学装置、メモリスタ、キャパシタ、整流器（retifier）および／または整流（retifying）アンテナ等のような、半導体装置の界面層に使用される。また、ある実施例の薄いコーティングIFLは、これに限られるものではないが、以下の各実施例の1または2以上を含む他の部材と組み合わされて、各装置に使用される：固体ホール輸送層材料のような活性材料、および添加剤（ある実施例では、ケノデオキシコール酸または1，8-ジオードオクタン）。
（添加剤）
前述のように、ある実施例によるPVおよび他の装置は、添加剤を有しても良い（例えば、1または2以上の酢酸、プロパン酸、トリフルオロ酢酸、ケノデオキシコール酸、デオキシコール酸、1，8-ジオードオクタン、および1，8-ジチオオクタン）。そのような添加剤は、色素浸漬の前に、または各比で色素との混合して浸漬溶液を形成する前に、直接、前処理剤として、使用されても良い。ある実施例では、これらの添加剤は、例えば、オープン活性サイトをブロックすることにより、および色素分子間を秩序化する分子を含むことにより、色素の溶解度を高めたり、色素分子のクラスター化を抑制したりする機能を有する。これらは、任意の適当な色素と使用され、これには、本発明の実施例による光活性化合物が含まれる。
（ペロブスカイト材料）
ペロブスカイト材料は、PVまたは他の装置の1または2以上の態様で組み込まれる。ある実施例によるペロブスカイト材料は、一般式がCMX3である。ここで、Cは、1または2以上のカチオン（例えばアミン、アンモニウム、1族金属、2族金属、および／または他のカチオンもしくはカチオン状化合物）を含む。Mは、1または2以上の金属を含む（例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、およびZrを含む）。Xは、1または2以上のアニオンを含む。ある実施例では、Cは、1または2以上の有機カチオンを含んでも良い。
ある実施例では、Cは、アンモニウム、一般式が[NR4]+の有機カチオンを含む。ここでR基は、同じまたは異なる反応基である。好適なR基には、これに限られるものではないが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルの各基、もしくはその異性体；任意のアルカン、アルケン、またはアルキンCxHy、ここでｘ＝1〜20、y＝1〜42で、環状、分岐または直鎖である；アルキルハロゲン化物CxHyXz、ここでx＝1 〜20、y＝0〜42、z＝1〜42であり、X＝F、Cl、Br、またはIである；任意の芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；環内に少なくとも一つの窒素が含まれる環状錯体（例えば、ピリジン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、テトラヒドロキノリン）；任意の硫黄含有基（例えばスルホキシド、チオール、アルキル硫化物）；任意の窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；任意のリン含有基（リン酸塩）；任意のボロン含有基（例えば、ホウ酸）；任意の有機酸（例えば酢酸、プロパン酸）；エステルもしくはアミド誘導体；α、β、γ、およびより大きな誘導体を含む、任意のアミノ酸（例えばグリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、5-アンモニウム吉草酸）；任意のシリコン含有基（例えばシロキサン）；ならびに任意のアルコキシまたは-OCxHy反応基、ここでx＝0 〜20であり、y＝1〜42である。
ある実施例では、Cは、ホルムアミジニウム、一般式が［R2NCHNR2］+の有機カチオンを含む。ここで、R基は、同じであっても異なる反応基であっても良い。好適なR基は、これに限られるものではないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルの各基、もしくはその異性体；任意のアルカン、アルケン、またはアルキンCxHy、ここでｘ＝1〜20、y＝1〜42で、環状、分岐または直鎖である；アルキルハロゲン化物CxHyXz、ここでx＝1〜20、y＝0〜42、z＝1〜42であり、X＝F、Cl、Br、またはIである；任意の芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；環内に少なくとも一つの窒素が含まれる環状錯体（例えば、イミダゾール、ベンジミダゾール、ジヒドロピリミジン、（アゾリジニリデン（lidinylidene）メチル）ピロリジン、トリアゾール）；任意の硫黄含有基（例えばスルホキシド、チオール、アルキル硫化物）；任意の窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；任意のリン含有基（リン酸塩）；任意のボロン含有基（例えば、ホウ酸）；任意の有機酸（例えば酢酸、プロパン酸）；エステルもしくはアミド誘導体；α、β、γ、およびより大きな誘導体を含む、任意のアミノ酸（例えばグリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、5-アンモニウム吉草酸）；任意のシリコン含有基（例えばシロキサン）；ならびに任意のアルコキシまたは-OCxHy反応基、ここでx＝0〜20であり、y＝1〜42である。
ある実施例では、Cは、グアニジニウム、一般式が[(R2N)2C=NR2]+の有機カチオンを有する。ここで、R基は、同じであっても、異なる反応基であっても良い。好適なR基には、これに限られるものではないが、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルの各基、もしくはその異性体；任意のアルカン、アルケン、またはアルキンCxHy、ここでｘ＝1〜20、y＝1〜42で、環状、分岐または直鎖である；アルキルハロゲン化物CxHyXz、ここでx＝1〜20、y＝0〜42、z＝1〜42であり、X＝F、Cl、Br、またはIである；任意の芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；環内に少なくとも一つの窒素が含まれる環状錯体（例えば、オクタヒドロピリミド［1,2-a］ピリミジン、ピリミド［1,2-a］ピリミジン、ヘキサヒドロイミダゾ［1,2-a］イミダゾール、ヘキサヒドロピリミジン-2-イミン）；任意の硫黄含有基（例えばスルホキシド、チオール、アルキル硫化物）；任意の窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；任意のリン含有基（リン酸塩）；任意のボロン含有基（例えば、ホウ酸）；任意の有機酸（例えば酢酸、プロパン酸）；エステルもしくはアミド誘導体；α、β、γ、およびより大きな誘導体を含む、任意のアミノ酸（例えばグリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、5-アンモニウム吉草酸）；任意のシリコン含有基（例えばシロキサン）；ならびに任意のアルコキシまたは-OCxHy反応基、ここでx＝0〜20であり、y＝1〜42である。
ある実施例では、Cは、エテンテトラミンカチン、一般式が［(R2N)2C=C(NR2)2］＋の有機カチオンを含んでも良い。ここでR基は、同じまたは異なる反応基である。好適なR基には、これに限られるものではないが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルの各基、もしくはその異性体；任意のアルカン、アルケン、またはアルキンCxHy、ここでｘ＝1〜20、y＝1〜42で、環状、分岐または直鎖である；アルキルハロゲン化物CxHyXz、ここでx＝1〜20、y＝0〜42、z＝1〜42であり、X＝F、Cl、Br、またはIである；任意の芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；環内に少なくとも一つの窒素が含まれる環状錯体（例えば、2-ヘキサヒドロピリミジン-2-イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［2,3-b］ピラジン、ピラジノ［2,3-b］ピラジン、キノキサリノ［2,3-b］キノキサリン；任意の硫黄含有基（例えばスルホキシド、チオール、アルキル硫化物）；任意の窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；任意のリン含有基（リン酸塩）；任意のボロン含有基（例えば、ホウ酸）；任意の有機酸（例えば酢酸、プロパン酸）；エステルもしくはアミド誘導体；α、β、γ、およびより大きな誘導体を含む、任意のアミノ酸（例えばグリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチンジン、5-アンモニウム吉草酸）；任意のシリコン含有基（例えばシロキサン）；ならびに任意のアルコキシまたは-OCxHy反応基、ここでx＝0〜20であり、y＝1〜42である。
ある実施例では、Xは、1または2以上のハロゲン化物を含んでも良い。ある実施例では、Xは、これとは別に、またはこれに加えて、16族のアニオンを有する。ある実施例では、16族のアニオンは、硫化物またはセレン化物である。ある実施例では、各有機カチオンCは、各金属Mよりも大きく、各アニオンは、カチオンCおよび金属Mの両方と結合できても良い。各実施例によるペロブスカイト材料の一例は、CsSnI3（前述）およびCsxSnyIz（ここで、x、y、zは、前述の用に変化する）を含む。他の例は、一般式がCsSnX3の化合物を含む。ここで、Xは、以下の任意の1または2以上である：I3、I2.95F0.05；I2Cl：ICl2；およびCl3。他の実施例では、Xは、以下の任意の1または2以上を有する：I、Cl、F、およびBr。CｓおよびSnに比べてXの全割合は、略化学量論CsSnX3となる。ある実施例では、Ｘを構成する元素の組み合わされた化学量論は、CsxSnyIzに関して説明したように、Izと同じ規則に従っても良い。さらに別の例は、一般式がRNH3PbX3の化合物を含む。ここでRは、CnH2n+1であり、nは、0〜10の範囲であり、Xは、F、Cl、Br、およびIの1または2以上を含む。カチオンRNH3および金属Pbに比べて、Xの全割合は、RNH3PbX3の略化学量論に従う。また、ある特定の例では、Rは、水素、アルキル鎖（例えば、CH3、CH3CH2、CH3CH2CH2等）、およびα、β、γおよびより大きな誘導体を含むアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチンジン、5-アンモニウム吉草酸）を含む。
（複合ペロブスカイト材料の装置設計）
ある実施例では、本発明により、1または2以上のペロブスカイト材料を含む、PVと他の同様の装置（例えばバッテリ、ハイブリッドPVバッテリ、FET、LED等）との複合構造が提供される。例えば、1または2以上のペロブスカイト材料は、ある実施例の第1および第2の活性材料の少なくとも一方として機能しても良い（例えば、図5における活性材料2810および2815）。より一般的には、本発明のある実施例により、1または2以上のペロブスカイト材料を含む活性層を有するPVまたは他の装置が提供される。そのような実施例では、ペロブスカイト材料（すなわち、1または2以上のペロブスカイト材料を含む材料）は、各構成の活性層に使用される。また、ペロブスカイト材料は、活性層の1または2以上の部材の機能を提供しても良い（例えば電荷輸送材料、メゾポーラス材料、光活性材料、および／または界面材料、これらの各々については、以降に詳しく説明する）。ある実施例では、同じペロブスカイト材料が、そのような機能の複数を提供しても良い。一方、他の実施例では、複数のペロブスカイト材料が装置に含まれ、各ペロブスカイト材料が、そのような機能の1または2以上を提供しても良い。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、いかなる役割を提供する場合も、各状態で装置に含まれ、および／または調製されても良い。例えば、これは、ある実施例では、実質的に固体であっても良い。他の実施例では、これは、溶液であっても良い（例えばペロブスカイト材料が液体中に溶解し、前記液体中に、個々のイオン性サブ種の状態で存在する）。あるいは、これは、サスペンションであっても良い（例えばペロブスカイト材料粒子）。溶液またはサスペンションは、コーティングされ、または装置（例えば、メゾポーラス層、界面、電荷輸送、光活性、または他の層、および／または電極のような、装置の別の部材）に成膜されても良い。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、装置の別の部材の表面に、in-situで形成される（例えば、固体薄膜として、気相成膜法により）。ペロブスカイト材料を含む固体または液体層を形成するため、他の好適な手段が使用されても良い。
通常、ペロブスカイト材料装置は、第1の電極、第2の電極、およびペロブスカイト材料を含む活性層を有し、該活性層は、第1の電極と第2の電極の間の少なくとも一部に設置される。ある実施例では、第1の電極は、アノードまたはカソードであり、第2の電極は、逆にカソードまたはアノードである。ある実施例による活性層は、以下の1または2以上を含む、1または2以上の活性層部材を有する：電荷輸送材料；液体電解質；メゾポーラス材料；光活性材料（例えば、色素、シリコン、カドミウムテルル化物、カドミウム硫化物、カドミウムセレン化物、銅インジウムガリウムセレン化物、ガリウムヒ素、ゲルマニウムインジウムリン化物、半導体ポリマー、他の光活性材料）；および界面材料。これらの活性層成分の1または2以上は、1または2以上のペロブスカイト材料を含んでも良い。ある実施例では、一部または全ての活性層成分は、一部または全体がサブレイヤで配列されても良い。例えば、活性層は、以下の1または2以上を有しても良い：界面材料を含む界面層、メゾポーラス材料を含むメゾポーラス層、電荷輸送材料を含む電荷輸送層。ある実施例では、色素のようなペロブスカイト材料が、1または2以上のこれらの層に、コーティングまたは成膜される。ある実施例では、1または2以上の層は、液体電解質でコーティングされる。また、界面層は、ある実施例による活性層の、2または3以上の他の層の間に、および／または層とコーティングの間（色素とメゾポーラス層の間など）に、および／または2つのコーティングの間（液体電解質と色素の間など）、および／または活性層部材と電極の間に、介在される。本願において、層は、最終配置（例えば、装置内で別個に定められる、各材料の実質的に別個の部分）を有しても良く、および／または各層における材料のその後の混合の可能性とは無関係に、層は、装置の構成中の配置を意味しても良い。ある実施例では、層は、分離した状態であり、実質的に連続した材料を有しても良い（例えば、層は、模式的に図1に示されている）。他の実施例では、層は、実質的に混合され（例えば、BHJ、ハイブリッド、およびあるDSSCセルの場合）、この一例は、図4において、光活性層2616内の第1および第2の活性材料2618、2620により示されている。ある実施例では、装置は、図4に示されているように、これらの2種類の層の混合物を有し、これは、別個の連続層2627、2626、2622を有する。また、光活性層2616は、第1および第2の活性材料2618、2620の混合層を有する。ある実施例では、任意の場合、いかなる種類の2または3以上の層が、相互に隣接され（および／または相互に混合され）、高接触表面積が得られても良い。ある実施例では、ペロブスカイト材料を有する層は、1または2以上の他の層に隣接して配置され、高接触表面積が得られる（例えば、ペロブスカイト材料は、この位置で、低い電荷移動度を示す）。他の実施例では、高接触面積は、必要ではない（例えばペロブスカイト材料が、大きな電荷移動度を示す場合など）。
ある実施例によるペロブスカイト材料装置は、1または2以上の基板を任意で含んでも良い。ある実施例では、第1および第2の電極の少なくとも一方は、基板上にコーティングされ、あるいは設置される。これにより、電極は、実質的に、基板と活性層の間に設置される。各実施例では、装置を構成する材料（例えば、基板、電極、活性層、および／または活性層成分）は、全体または一部が剛性または可撓性を有する。ある実施例では、電極は、基板として機能し、これにより別個の基板の必要性がなくなる。
また、ある実施例によるペロブスカイト材料装置は、任意で、（例えば、図2に示したPV例に示した光収集層1601のような、光収集層に）光収集材料を有しても良い。また、ペロブスカイト材料装置は、1または2以上の添加剤を有しても良く、これは、本発明のある実施例による、前述の添加剤の1または2以上であっても良い。
ペロブスカイト材料装置に含まれる各材料の一部の記載には、図7が参照される。図7には、ある実施例によるペロブスカイト材料装置3900の模式図が示されている。装置3900の各種部材は、連続材料を有する別個の層として示されているが、図7は概略的な図であることを理解する必要がある。すなわち、ある実施例では、これは、そのような別個の層を有し、および／または実質的に混合され、非連続な層であり、前述の「層」の使用に対応する。装置3900は、第1および第2の基板3901、3913を有する。第1の電極3902は、第2の基板3913の内表面上に配置される。活性層3950は、2つの電極3902、3912の間に挟まれる。活性層3950は、メゾポーラス層3904、第1および第2の光活性材料3906、3908、電荷輸送層3910、ならびにいくつかの界面層を有する。さらに図7には、実施例による装置3900の一例を示す。活性層3950のサブレイヤは、界面層により分離され、さらに、界面層は、各電極3902、3912上に設置される。特に、第2，第3、および第4の界面層3905、3907、3909は、それぞれ、メゾポーラス層3904、第1の光活性材料3906、第2の光活性材料3908、および電荷輸送層3910の間に配置される。第1および第5の界面層3903、3911は、それぞれ、（i）第1の電極3902とメゾポーラス層3904の間、（ii）電荷輸送層3910と第2の電極3912の間に配置される。従って、図7に示された装置例の構成は、基板−電極−活性層−電極−基板として、特徴付けられる。活性層3950の構成は、界面層−メゾポーラス層−界面層−光活性材料−界面層−光活性材料−界面層−電荷輸送層−界面層として、特徴付けられる。前述のように、ある実施例では、界面層は、存在しなくても良い。あるいは、全てではないがある活性層の部材および／または装置の部材の間のみに、1または2以上の界面層が含まれても良い。
第1および第2の基板3901、3913の少なくとも一方のような基板は、可撓性があっても、剛性があっても良い。2つの基板が含まれる場合、少なくとも一方は、電磁（EM）放射線（例えば、UV、可視光、IR光など）に対して、透明または半透明である必要がある。一つの基板が含まれる場合、これは、同様に、透明または半透明であっても良い。ただし、装置の一部において、EM放射線が活性層3950と接することが許容される限り、必ずしもそれは必要ではない。好適な基板材料は、ガラス、サファイア、マグネシウム酸化物（MgO）、マイカ、ポリマー（例えばPET、PEG、ポリプロピレン、ポリエチレン等）、セラミクス、繊維（例えば綿、シルク、ウール）、木材、ドライウオール、金属、およびこれらの組み合わせの1または2以上を含む。
前述のように、電極（例えば、図7の電極3902、3912の一方）は、アノードまたはカソードであっても良い。ある実施例では、一つの電極は、カソードとして機能し、他方は、アノードとして機能しても良い。電極3902、3912の一方または両方は、リード、ケーブル、ワイヤ、または装置3900への、もしくは装置3900からの電荷輸送が可能な他の手段に結合される。電極は、任意の導電性材料で構成され、少なくとも一つの電極は、EM放射線に対して、透明または半透明であり、および／またはEM放射線が活性層3950の少なくとも一部と接するような方法で配置される。好適な電極材料は、インジウムスズ酸化物もしくはススドープインジウム酸化物（ITO）、フッ素ドープスス酸化物（FTO）、カドミウム酸化物（CdO）、亜鉛インジウムスズ酸化物（ZITO）、アルミニウム亜鉛酸化物（AZO）、アルミニウム（Al）、金（Au）、カルシウム（Ca）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、鋼、炭素（およびその同素体）、およびこれらの組み合わせの1または2以上を有しても良い。
メゾポーラス材料（例えば、図7のメゾポーラス層3904に含まれる材料）は、任意のポア含有材料を含んでも良い。ある実施例では、ポアは、約1から約100nmの範囲の直径を有しても良い。他の実施例では、ポア直径は、約2から約50nmの範囲である。好適なメゾポーラス材料は、以下の1または2以上を含む：他で記載された界面材料および／またはメゾポーラス材料、アルミニウム（Al）、ビスマス（Bi）、インジウム（In）、 モリブデン（Mo）、ニオブ（Nb）、ニッケル（Ni）、シリコン（Si）、チタン（Ti）、バナジウム（V）、亜鉛（Zn）、ジルコニウム（Zr）、前記金属の1または2以上の酸化物（例えば、アルミナ、セリア、チタニア、亜鉛酸化物、ジルコニアなど）、前記金属の1または2以上の硫化物、前記金属の1または2以上の窒化物、およびこれらの組み合わせ。
光活性材料（例えば、図7の第1または第2の光活性材料3906、3908）は、シリコン（ある実施例では、単結晶シリコン）、カドミウムテルル、カドミウム硫化物、カドミウムセレン化物、銅インジウムガリウムセレン化物、ガリウムヒ素、ゲルマニウムインジウムリン化物、1または2以上のポリマー、およびそれらの組み合わせの1または2以上のような、任意の光活性化合物を有する。ある実施例では、光活性材料は、その代わりに、またはこれに加えて、色素（例えばN719、N3、他のレニウム系色素）を有する。ある実施例では、別の層（例えばメゾポーラス層および／または界面層）に、（何らかの組成の）色素がコーティングされる。ある実施例では、光活性材料は、ペロブスカイト材料の1または2以上を有する。ペロブスカイト材料含有光活性物質は、固体状であっても良く、他の実施例では、ペロブスカイト材料のサスペンションまたは溶液を含む色素の形態であっても良い。そのような溶液またはサスペンションは、他の色素と同様の方法で、他の装置部材上にコーティングされても良い。ある実施例では、固体ペロブスカイト含有材料は、任意の好適手段（例えば気相成膜法、溶液堆積法、固体材料の直接配置など）により設置される。各実施例による装置は、1、2、3、またはそれ以上の光活性成分（例えば1、2、3またはそれ以上のペロブスカイト材料、色素、またはそれらの組み合わせ）を有しても良い。複数の色素または他の光活性材料を含むある実施例では、2または3以上の色素、または他の光活性材料の各々は、1または2以上の界面層により、分離される。ある実施例では、複数の色素および／または光活性成分は、少なくとも一部が混合されても良い。
電荷輸送材料（例えば、図7における電荷輸送層3910の電荷輸送材料）は、固体状電荷輸送材料（すなわち口語的に、固体電解質と称される）を有し、あるいは液体電解質および／またはイオン性液体を有する。液体電解質、イオン性液体、および固体状の電荷輸送材料は、電荷輸送材料と称される。本願において、「電荷輸送材料」とは、固体、液体、または電荷担体を収集できる、および／または電荷担体を輸送できる、任意の材料を意味する。例えば、ある実施例によるPV装置において、電荷輸送材料は、電荷担体を電極に輸送可能である。電荷担体は、ホール（その輸送により、電荷輸送材料は、正確には「ホール輸送材料」と称される）および電子を含んでも良い。ホールは、アノードに向かって移動し、電子は、カソードに向かって移動し、これは、PVまたは他の装置におけるカソードまたはアノードに関する電荷輸送材料の配置に依存する。ある実施例による電荷輸送材料の好適な例には、以下の1または2以上が含まれる：ペロブスカイト材料、I-/I3 -、Co錯体、ポリチオフェン（例えば、ポリ（3-ヘキシルチオフェン）およびその誘導体、またはP3HT）、ポリヘプタデカニルカルバゾール ジチエニルベンゾチアジアゾール、およびその誘導体（例えばPCDTBT）のようなカルバゾール系コポリマ、ポリシクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾールおよびその誘導体（例えばPCPDTBT）のような他のコポリマ、ポリ（トリアリールアミン）化合物およびその誘導体（例えばPTAA）、スピロ−OMeTAD、フラーレンおよび／またはフラーレン誘導体（例えばC60、PCBM）、およびこれらの組み合わせ。ある実施例では、電荷輸送材料は、電荷担体（電子またはホール）を収集可能な、および／または電荷担体を輸送可能な、固体、液体、任意の材料を含んでも良い。従って、ある実施例の電荷輸送材料は、n型またはp型活性であり、および／または半導電性材料である。電荷輸送材料は、装置の電極の一つの近傍に配置されても良い。ある実施例では、これは、電極に隣接して配置されるが、他の実施例では、電荷輸送材料と電極の間には、界面層が配置される（例えば図7において、第5の界面層3911で示されている）。ある実施例では、電荷輸送材料のタイプは、近接する電極に基づいて選定される。例えば、電荷輸送材料がホールを収集し、および／または輸送する場合、これは、アノードの近傍に配置され、ホールをアノードに輸送する。あるいは、その代わりに、電荷輸送材料は、カソード近接して配置され、電子をカソードに輸送するように選択され、または構成される。
前述のように、各実施例による装置は、2つの他の層および／または材料の間に、任意で界面層を含んでも良い。ただし、ある実施例による装置は、必ずしも界面層を含まなくても良い。従って、例えば、ペロブスカイト材料装置は、0、1、2、3、4、5、またはそれ以上の界面層を含む（5つの界面層3903、3905、3907、3909、3911を含む図7の装置例のように）。界面層は、前述の実施例による、薄いコーティング界面層を有しても良い（例えば、アルミナおよび／または他の金属酸化物粒子、および／またはチタニア／金属酸化物バイレイヤ、および／または他の箇所に記載の薄いコーティング界面層による他の化合物）。ある実施例による界面層は、2つの層もしくは材料間の電荷輸送を高め、および／または収集を高める、任意の好適な材料を有し、これは、いったん電荷が界面層に近接する材料の一つから輸送された際に、電荷再結合を防止または抑制しても良い。好適な界面材料は、以下の1または2以上を含んでも良い：メゾポーラス材料、および／または本願に記載の界面材料、Al、Bi、In、Mo、Ni、白金（Pt）、 Si、Ti、V、Nb、Zn、Zr、前記金属の酸化物（例えばアルミナ、シリカ、チタニア）、前述の金属の硫化物、前述の金属の窒化物、官能化された、またはされていないアルキルシリル基、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、およびその組み合わせ（ある実施例では、組み合わされた材料のバイレイヤを含む）。ある実施例では、界面層は、ペロブスカイト材料を含んでも良い。
図7に模式的に示した装置は、ある実施例では、DSSC、BHJ、またはハイブリッド太陽電池のようなPVである。ある実施例では、図7による装置は、並列または直列マルチセルPV、バッテリ、ハイブリッドPVバッテリ、FET、LEDS、および／または本願に記載の他の装置を構成する。例えば、ある実施例のBHJは、電極3902、3912に対応する2つの電極と、ヘテロ接続界面に少なくとも2つの材料を含む活性層（例えば、活性層3950の材料および／または層の任意の2つ）とを有する。ある実施例では、他の装置（ハイブリッドPVバッテリ、並列または直列マルチセルPV等）は、図7の活性層3950に対応する、ペロブスカイト材料を含む活性層を有しても良い。簡単に言えば、図7の装置の記載の模式的な特徴は、図7による各実施例の装置の許容される構成または構造を限定するものではない。
ペロブスカイト装置の追加のより具体的な例を、装置の模式的な記載に基づいて説明する。同様に、図11〜図12のこれらの記載の模式的な特性は、装置のタイプを限定することを意図するものではない。装置は、ある実施例において、図11〜12の1または2以上により構成されても良い。すなわち、図11〜12に示す構成は、好適手段（本願に明示されたもの、および本開示の利点により、当業者に明らかな他の好適手段）により、本発明の他の実施例のBHJ、バッテリ、FET、ハイブリッドPVバッテリ、直列マルチセルPV、並列マルチセルPV、および他の同様の装置、を提供するように適合されても良い。
図8には、各実施例による一例としての装置4100を示す。装置4100は、第1および第2のガラス基板4101、4109を含む実施例で示されている。各ガラス基板は、内表面に配置されたFTO電極（それぞれ、第1の電極4102、第2の電極4108）を有する。各電極は、その内表面に設置された界面層を有する。TiO2第1の界面層4103は、第1の電極4102の上に配置され、Pt第2の界面層4107は、第2の電極4108の上に配置される。2つの界面層の間には、メゾポーラス層4104（TiO2を有する）、光活性材料4105（ペロブスカイト材料MAPbI3を有する）、および電荷輸送層4106（CsSnI3を有する）が配置される。
図9には、メゾポーラス層が省略された、一例としての装置4300を示す。装置4300は、ペロブスカイト材料光活性化合物4304（MAPbI3を有する）を有し、これは、第1および第2の界面層4303、4305（それぞれチタニア、アルミナを有する）の間に挟まれる。チタニア界面層4303は、FTO第1の電極4302上にコーティングされ、これは、ガラス基板4301の内表面に配置される。スピロOMeTAD電荷輸送層4306は、アルミナ界面層4305の上にコーティングされ、金の第2の電極4307の内表面に配置される。
当業者には本開示の利点が明らかであり、複数の光活性層（図7の一例の装置の光活性層3906、3908により例示される）を有する装置のような、他の各実施例も可能である。ある実施例では、前述のように、各光活性層は、界面層により分離される（図7において第3の界面層3907として示されている）。また、メゾポーラス層は電極上に配置され、図7においては、メゾポーラス層3904は、第1の電極3902上に配置されるように示されている。図7では、介在界面層3903が2つの間に配置されているが、ある実施例では、メゾポーラス層は、電極上に直接設置されても良い。
（追加のペロブスカイト材料装置の例）
本開示の利点により、当業者には、他の例のペロブスカイト材料装置の構成が明らかである。一例には、これに限られるものではないが、以下の任意の構造を有する活性層を有する装置が含まれる：（1）液体電解質−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層、（2）ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層、（3）第1のペロブスカイト材料−第2のペロブスカイト材料−メゾポーラス層、（4）第1のペロブスカイト材料−第2のペロブスカイト材料、（5）第1のペロブスカイト材料−色素−第2のペロブスカイト材料、（6）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料、（7）固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層、（8）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層、（9）固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層、および（10）固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層。各例の構造における個々の部材（例えばメゾポーラス層、電荷輸送材料等）は、前述の各部材と一致しても良い。また、各例の構造については、以下詳細に説明する。
ある実施例では、前述の活性層のいくつかの特定のとして、活性層は、液体電解質、ペロブスカイト材料、およびメゾポーラス層を有しても良い。これらの実施例のいくつかの活性層は、実質的に以下の構造を有する：液体電解質−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層。任意の液体電解質が使用でき、任意のメゾポーラス層（例えばTiO2）が使用できる。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、メゾポーラス層の上に設置され、その上に液体電解質がコーティングされる。そのような実施例のあるペロブスカイト材料は、少なくとも、一部が色素として機能しても良い（すなわち光活性）。
他の実施例では、活性層は、ペロブスカイト材料、色素、およびメゾポーラス層を含む。ある実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層。色素は、メゾポーラス層の上にコーティングされ、ペロブスカイト材料は、色素コーティングメゾポーラス層の上に配置される。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、ホール輸送材料として機能しても良い。
さらに別の実施例では、活性層は、第1のペロブスカイト材料、第2のペロブスカイト材料、およびメゾポーラス層を有する。これらの実施例の活性層は、実質的に、以下の構造を有する：第1のペロブスカイト材料−第2のペロブスカイト材料−メゾポーラス層。第1および第2のペロブスカイト材料は、各々が同じペロブスカイト材料を有し、または異なるペロブスカイト材料を有する。第1および第2のペロブスカイト材料の一方は、光活性であっても良い（例えば、そのような実施例の第1および／または第2のペロブスカイト材料は、少なくとも一部が色素として機能しても良い）。
ある実施例では、活性層は、第1のペロブスカイト材料および第2のペロブスカイト材料を有する。ある実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：第1のペロブスカイト材料−第2のペロブスカイト材料。第1および第2のペロブスカイト材料は、各々同じペロブスカイト材料を有し、または異なるペロブスカイト材料を有しても良い。第1および第2のペロブスカイト材料の各々は、光活性であっても良い（例えば、そのような実施例の第1および／または第2のペロブスカイト材料は、少なくとも一部が色素として機能しても良い）。また、第1および第2のペロブスカイト材料のいずれかは、ホール輸送材料として機能しても良い。ある実施例では、第1および第2のペロブスカイト材料の一つは、電子輸送材料として機能し、第1および第2のペロブスカイト材料の他方は、色素として機能する。ある実施例では、第1および第2のペロブスカイト材料は、活性層内に配置され、それぞれ、図5における第1および第2の活性材料2810、2815として示した配置のように（または、それぞれ、図4におけるp型およびn型材料2618、2620のように）、第1のペロブスカイト材料と第2のペロブスカイト材料の間に、高い界面領域を達成する。
別の実施例では、活性層は、第1のペロブスカイト材料、色素、第2のペロブスカイト材料を有する。ある実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：第1のペロブスカイト材料−色素−第2のペロブスカイト材料。第1および第2のペロブスカイト材料の一方は、電荷輸送材料として機能し、第1および第2のペロブスカイト材料の他方は、色素として機能しても良い。ある実施例では、第1および第2のペロブスカイト材料の両方は、少なくとも一部が重複する、同様の、および／または同一の機能を提供する（例えば、両方が色素として機能し、および／または両方がホール輸送材料として機能する）。
ある別の実施例では、活性層は、固体電荷輸送材料、およびペロブスカイト材料を有する。ある実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料。例えば、ペロブスカイト材料および固体電荷輸送材料は、それぞれ、図5における第2の活性材料2810、2815として示された配置のように（または図4における、それぞれp型およびn型材料2618、2620のように）、高界面領域が得られるように、活性層内に配置される。
他の実施例では、活性層は、固体電荷輸送材料、色素、ペロブスカイト材料、およびメゾポーラス層を有する。ある実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層。他の実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、第2の色素として機能する。そのような実施例のペロブスカイト材料は、PVまたはそのような実施例の活性層を含む他の装置により吸収される可視光のスペクトル幅を広げる。ある実施例では、さらに、または代わりに、ペロブスカイト材料は、色素とメゾポーラス層の間、および／または色素と電荷輸送材料の間の、界面層として機能しても良い。
ある実施例では、活性層は、液体電解質、色素、ペロブスカイト材料、およびメゾポーラス層を有する。これらの実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：固体電荷輸送材料−色素−ペロブスカイト材料−メゾポーラス層。ある他の実施例の活性層は、実質的に以下の構造を有しても良い：固体電荷輸送材料−ペロブスカイト材料−色素−メゾポーラス層。ペロブスカイト材料は、光活性材料、界面層、および／またはこれらの組み合わせとして機能しても良い。
ある実施例では、ペロブスカイト材料を有するBHJ PV装置が提供される。例えば、ある実施例のBHJは、光活性層を有し（例えば、図3の光活性層2404）、これは、1または2以上のペロブスカイト材料を含んでも良い。そのようなBHJの光活性層は、さらに、または代わりに、1または2以上の前述のDSSC活性層に関して示した部材を有しても良い。また、ある実施例では、BHJ光活性層は、前述のDSSC活性層の実施例による任意の構造を有しても良い。
ある実施例では、PVまたは他の同様の装置は、前述の組成および／または構造の1または2以上による活性層を有する。別の実施例では、ペロブスカイト材料を含む活性層は、図6の模式的な図に示した一例のセルの第1および第2の光活性層3701、3705の一方または両方のような、マルチ光活性層PVセルに収容される。ペロブスカイト材料を有する活性層を含む、そのようなマルチ光活性層PVセルは、さらに、一連の電気的に結合されたマルチ光活性層PVセルの内部に組み込まれる。
ある実施例では、PVまたは他の装置内に組み込まれたペロブスカイト材料を含む活性層は、さらに、活性層内のインクルージョンとして適した、任意の各種追加材料を有する。例えば、ペロブスカイト材料を含む活性層は、さらに、各実施例による界面層を有しても良い（例えば薄いコーティング界面層など）。他の例では、ペロブスカイト材料を含む活性層は、さらに、図2のPVに示したような、光収集層1601のような、光収集層を有する。
（ペロブスカイト材料活性層の形成）
前述のように、ある実施例では、活性層内のペロブスカイト材料は、一般式CMX3-yX'y（0≧y≧3）を有する。ここで、Cは、1または2以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、I族金属、II族金属、および／または他のカチオンまたはカチオン状化合物）を有し、Mは、1または2以上の金属（例えば、Fe、Cd、Co、Ni、Cu、Hg、Sn、Pb、Bi, Ge、Ti、Zn、およびZr）であり、XおよびX’は、1または2以上のアニオンを有する。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、CPbI3-yClyを有しても良い。ある実施例では、ペロブスカイト材料は、例えば、以下のステップを用いた、基板層上の滴下キャスト法、スピンキャスト法、スロットダイ印刷法、スクリーン印刷法、またはインクジェット法により、PV装置内の活性層として設置される。
まず、鉛ハロゲン化物前駆体インクが形成される。鉛ハロゲン化物の量は、グローブボックス（例えば、大気フリーの環境下で材料の操作が可能なポートホールを有する、雰囲気制御されたボックス）内の清浄化され乾燥されたガラス瓶で測定される。好適な鉛ハロゲン化物には、これに限られるものではないが、鉛（II）ヨウ化物、鉛（II）臭化物、鉛（II）塩化物、および鉛（II）フッ化物が含まれる。鉛ハロゲン化物は、鉛ハロゲン化物の単一種を有しても良く、あるいは正確な比率で混合された、鉛ハロゲン化物の混物を有しても良い。ある実施例では、鉛ハロゲン化物混合物は、ヨウ化物、臭化物、塩化物またはフッ化物の0.001〜100mol%の2次元、3次元、または4次元の比を有しても良い。ある実施例では、鉛ハロゲン化物混合物は、約10：90（mol：mol）の比で、鉛（II）塩化物および鉛（II）ヨウ化物を有しても良い。別の実施例では、鉛ハロゲン化物混合物は、約5：95、約7.5：92.5、または約15：85（mol：mol）の比で、鉛（II）塩化物、および鉛（II）ヨウ化物を有しても良い。
次に、ガラス瓶に溶媒が添加され、鉛固形物が溶解し、鉛ハロゲン化物の前駆体インクが形成される。好適な溶媒には、これに限られるものではないが、乾燥ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（DMSO）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、およびこれらの組み合わせが含まれる。ある実施例では、鉛固形物は、乾燥ジメチルホルムアミド（DMF）に溶解される。鉛固形物は、約20℃から約150℃の間の温度で溶解しても良い。ある実施例では、鉛固形物は、約85℃で溶解する。鉛固形物は、溶液を形成することが必要な限り、最大約72時間の時間にわたって実施され、溶解されても良い。得られた溶液は、鉛ハロゲン化物前駆体インクのベースを形成する。ある実施例では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約0.001Mから約10Mの範囲の鉛ハロゲン化物濃度を有する。ある実施例では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約1Mの鉛ハロゲン化物濃度を有する。ある実施例では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、さらに、アミノ酸（例えば、5-アミノ吉草酸、ヒスチジン、グリシン、リシン）、アミノ酸ハイドロハライド（例えば、5-アミノ吉草酸ハイドロクロライド）、（本願に示したような）IFL表面改質（SAM）剤、またはこれらの組み合わせを有しても良い。
次に、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、所望の基板上に設置される。好適な基板層は、本願に示したような基板層を有しても良い。前述のように、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、これに限られるものではないが、滴下キャスト法、スピンキャスト法、スロットダイ印刷法、スクリーン印刷法、またはインクジェット法を含む、各種手段を用いて設置される。ある実施例では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約500rpmから約10,000rpmの速度で、約5秒から約600秒間、基板上にスピンコーティングされる。ある実施例では、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、約3000rpmで、約30秒間、基板上にスピンコーティングされる。ハロゲン化物前駆体インクは、湿度範囲が約0％の相対湿度から約50%の相対湿度の周囲雰囲気で、基板上に設置されても良い。次に、鉛ハロゲン化物前駆体インクは、実質的に無水環境下、すなわち20％未満の相対湿度下で乾燥され、薄膜が形成される。
次に、薄膜は、約20℃から約300℃の温度で、最大約24時間、熱処理される。ある実施例では、薄膜は、約50℃の温度で、約10分間熱処理される。次に、従来のプロセスにより、ペロブスカイト材料活性層が完成される。すなわち、前駆体膜は、溶媒または混合溶媒（例えば、DMF、イソプロパノール、メタノール、エタノール、ブタノール、クロロホルム、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、水）と、0.001Mから10Mの間の濃度の塩（例えば、メチルアンモニウムヨウ化物、ホルムアミジニウムヨウ化物、グアニジニウムヨウ化物、1,2,2-トリアミノビニルアンモニウムヨウ化物、5-アミノ吉草酸ハイドロイオダイド）とを含む溶液で浸漬され、または洗浄される。ある実施例では、薄膜は、本段落の最初に示した方法と同じ方法で、ポスト熱処理される。
（アンモニウムヨウ化物の純化）
前述のように、ある実施例では、ペロブスカイト材料活性層の前駆体膜は、溶媒または混合溶媒と、これに限られるものではないが、メチルアンモニウムヨウ化物、ホルムアミジニウムヨウ化物、グアニジニウムヨウ化物を含む塩と、を含む溶液に浸漬され、または洗浄される。メチルアンモニウムヨウ化物（MAI）の合成手順を、以下に示す。同様の手順は、グアニジニウムヨウ化物（GAI）、ホルムアミジニウムヨウ化物（FAI）、アミノ酸ヨウ化物、または任意のハロゲン化物（例えばヨウ化物、臭化物、塩化物、またはフッ化物）の塩にも適用できる
容器内で、メタノール中のメチルアミンのモル過剰量を、ヨウ化水素（HI）溶液に加える。ある実施例では、メチルアミンは、約9.8Mの濃度を有する。ただし、好適な濃度は、約0.001Mから約12Mの範囲である。ある実施例では、HI溶液は、約57％の濃度を有する。ただし、好適な濃度は、約1％から約100％の範囲である。任意の好適な容器が使用され、これには、これに限られるものではないが、丸底フラスコ、ビーカー、三角フラスコ、または他のガラス容器が含まれる。酸素フリーの不活性雰囲気において、撹拌しながら液滴状に添加することで、反応が実施される。ある実施例では、反応は、約0℃の温度で生じる。ただし、反応は、約-196℃以下、または約100℃以上で生じても良い。メチルアミン添加の完了後に、溶液が混合され、2時間にわたって室温まで加熱される。ある実施例では、溶液は、約1分以下の時間で、または約72時間以上の時間で、室温に暖められる。反応の完了後に、減圧処理を用いて溶媒が除去される。固体が残留するが、これは、赤または橙色であっても良い。この固体は、メチルアンモニウムヨウ化物の純化前の形態であり、特に、メチルアンモニウムヨウ化物、余剰開始材料、および／または反応副生成物を含む混合物である。
次に、純化前のメチルアンモニウムヨウ化物に、非極性または微極性溶媒（例えばジエチルエーテル）を添加し、液体が注入される前に、混合物を約30分間、暗室で超音波処理する。
ある実施例では、溶液は、最大約12時間の時間で、超音波処理される。このジエチルエーテルの洗浄ステップは、固体が無色または薄い黄色になるまで、任意の回数だけ繰り返されても良い。ある実施例では、ジエチルエーテルでの洗浄ステップは、合計3回繰り返される。これにより、より純度の高いメチルアンモニウムヨウ化物が形成される。
次に、メチルアンモニウムヨウ化物は、超音波処理器内で、約20℃から約15℃の間の温度で、最小の溶媒エタノール体積に溶解される。ある実施例では、温度は、約60℃である。好適な溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、又は他の極性溶媒を含む。ある実施例では、溶媒は、エタノールを有する。いったん完全に溶解されると、溶液は、約30分の時間をかけて室温まで冷却され、その後、（エタノールと）同体積のジエチルエーテルで層化される。別の実施例では、ジエチルエーテルに対するエタノールの比は、容積比で約1：10から約10：1の範囲である。次に、容器は、不活性ガス（例えばアルゴンまたは窒素）でパージされる。次に、これは冷暗室に設置される。ある実施例では、容器は、約-196℃から約25℃の温度の環境に配置されても良い。ある実施例では、容器は、冷蔵庫内に配置されても良い。容器は、約1時間から約168時間、冷暗室に保持される。ある実施例では、容器は、冷暗室に約14時間保持される。得られた無色の結晶質固体は、好適な方法（例えば真空濾過法、重力濾過法、または遠心分離法）で、回収される。その後、冷たい非極性または微極性溶媒（例えばジエチルエーテル）で1回洗浄され、乾燥される。ある実施例では、結晶質固体は、1回、2回、または3回以上、洗浄される。結晶は、周囲空気中で乾燥され、またはこれに限られるものではないが、真空オーブン、対流オーブン、炉、真空デシケータ、または真空ラインを含む任意の好適な機器により、乾燥される。ある実施例では、固体は、約40℃で、約14時間乾燥される。ただし、固体は、約20℃から約200℃の温度で、約1時間から約168時間の時間で、乾燥されても良い。
従って、本発明を適用することにより、前述のおよび固有の目的ならびに利点が得られる。前述の特定の実施例は、一例を示すためだけのものであり、本発明は、当業者には明らかな、本願の示唆の利益を有する異なる等価な方法で、変更したり、実施したりできる。また、示された構成の詳細は、以下の特許請求の範囲に記載のものを除き、いかなる限定も意図するものではない。従って、前述の特定の実施例は、変更または修正しても良く、全てのそのような変更は、本発明の思想および範囲に属することは明らかである。特に、本願に示した各範囲の値（「約aから約b」の形態、または等価な「約aからb」、または等価な「約a〜b」）は、それぞれの値の範囲のべき集合（power set）（全てのサブセットの組）を表し、広い値の範囲内を網羅する各範囲を表すことが理解される。また、請求項における用語は、出願人により明確に定められたものでない限り、一般的で明確な意味を有する。

Claims (30)

  1. 鉛ハロゲン化物前駆体インクを調製するステップであって、
    鉛ハロゲン化物を容器に導入するステップと、
    第1の溶媒を前記容器に導入するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物を前記第1の溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップと、
    を有するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを乾燥させ、薄膜を形成するステップと、
    前記薄膜を熱処理するステップと、
    第2の溶媒および塩で、前記薄膜を洗浄するステップと、
    を有する方法。
  2. 前記鉛ハロゲン化物は、鉛（II）塩化物と鉛（II）ヨウ化物の混合物を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記鉛（II）塩化物と鉛（II）ヨウ化物の混合物は、鉛（II）ヨウ化物90molに対して、鉛（II）塩化物10molの割合で混合される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1の溶媒は、乾燥ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（DMSO）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、およびこれらの組み合わせからなる群から選定される、請求項1に記載の方法。
  5. 前記鉛ハロゲン化物を前記溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップは、約20℃から約150℃の間で実施される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記鉛ハロゲン化物を前記溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップは、約85℃で実施される、請求項1に記載の方法。
  7. 前記鉛ハロゲン化物前駆体インクは、前記鉛ハロゲン化物の濃度が約0.001Mから10Mの間である、請求項1に記載の方法。
  8. 前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップは、滴下キャスト法、スピンキャスト法、スロットダイ印刷法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法により行われる、請求項1に記載の方法。
  9. 前記薄膜を熱処理するステップは、約20℃から約300℃の間の温度で、最大24時間行われる、請求項1に記載の方法。
  10. 前記薄膜を熱処理するステップは、約50℃の温度で約10分間実施される、請求項1に記載の方法。
  11. 前記第2の溶媒は、DMF、イソプロパノール、メタノール、エタノール、ブタノール、クロロホルム、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、水、およびこれらの組み合わせからなる群から選定される、請求項1に記載の方法。
  12. 前記塩は、メチルアンモニウムヨウ化物、ホルムアミジニウムヨウ化物、グアニジニウムヨウ化物、1,2,2-トリアミノビニルアンモニウムヨウ化物、および5-アミノ吉草酸ハイドロイオダイドからなる群から選定される、請求項1に記載の方法。
  13. 前記塩は、約0.001Mから約10Mの間の濃度で、前記第2の溶媒に溶解される、請求項11に記載の方法。
  14. 前記塩は、メチルアンモニウムヨウ化物を有する、請求項1に記載の方法。
  15. 前記薄膜を洗浄するステップは、前記第2の溶媒に、少なくとも一部を浸漬するステップを有する、請求項1に記載の方法。
  16. 以下のステップ：
    鉛ハロゲン化物前駆体インクを調製するステップであって、
    鉛ハロゲン化物を容器に導入するステップと、
    第1の溶媒を前記容器に導入するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物を前記第1の溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップと、
    を有するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップと、
    前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを乾燥させ、薄膜を形成するステップと、
    前記薄膜を熱処理するステップと、
    第2の溶媒および塩で、前記薄膜を洗浄するステップと、
    を有する方法により調製された、ペロブスカイト材料。
  17. 前記鉛ハロゲン化物は、鉛（II）塩化物と鉛（II）ヨウ化物の混合物を含む、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  18. 前記鉛（II）塩化物と鉛（II）ヨウ化物の混合物は、鉛（II）ヨウ化物90molに対して、鉛（II）塩化物10molの割合で混合される、請求項2に記載のペロブスカイト材料。
  19. 前記第1の溶媒は、乾燥ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド（DMSO）、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ピリジン、ピロリジン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、およびこれらの組み合わせからなる群から選定される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  20. 前記鉛ハロゲン化物を前記溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップは、約20℃から約150℃の間で実施される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  21. 前記鉛ハロゲン化物を前記溶媒と接触させ、前記鉛ハロゲン化物を溶解するステップは、約85℃で実施される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  22. 前記鉛ハロゲン化物前駆体インクは、前記鉛ハロゲン化物の濃度が約0.001Mから10Mの間である、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  23. 前記鉛ハロゲン化物前駆体インクを基板上に設置するステップは、滴下キャスト法、スピンキャスト法、スロットダイ印刷法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法により行われる、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  24. 前記薄膜を熱処理するステップは、約20℃から約300℃の間の温度で、最大24時間行われる、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  25. 前記薄膜を熱処理するステップは、約50℃の温度で約10分間実施される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  26. 前記第2の溶媒は、DMF、イソプロパノール、メタノール、エタノール、ブタノール、クロロホルム、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、水、およびこれらの組み合わせからなる群から選定される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  27. 前記塩は、メチルアンモニウムヨウ化物、ホルムアミジニウムヨウ化物、グアニジニウムヨウ化物、1,2,2-トリアミノビニルアンモニウムヨウ化物、および5-アミノ吉草酸ハイドロイオダイドからなる群から選定される、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  28. 前記塩は、約0.001Mから約10Mの間の濃度で、前記第2の溶媒に溶解される、請求項27に記載のペロブスカイト材料。
  29. 前記塩は、メチルアンモニウムヨウ化物を有する、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
  30. 前記薄膜を洗浄するステップは、前記第2の溶媒に、少なくとも一部を浸漬するステップを有する、請求項16に記載のペロブスカイト材料。
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