KR101840351B1 - 페로브스카이트 태양 전지 물질의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

광활성 페로브스카이트 물질을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 납 할라이드 전구체 잉크를 제조하는 단계를 포함한다. 납 할라이드 전구체 잉크를 제조하는 단계는 납 할라이드를 용기에 도입하는 단계, 제1 용매를 용기에 도입하는 단계, 및 납 할라이드를 제1 용매와 접촉시켜 납 할라이드를 용해시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 추가로 납 할라이드 전구체 잉크를 기판 상에 침착시키는 단계, 납 할라이드 전구체 잉크를 건조시켜 얇은 필름을 형성하는 단계, 얇은 필름을 어닐링하는 단계, 및 얇은 필름을 제2 용매 및 염으로 린싱하는 단계를 포함한다.

Description

페로브스카이트 태양 전지 물질의 제조 방법 {METHOD OF FORMULATING PEROVSKITE SOLAR CELL MATERIALS}
배경
태양 에너지 또는 복사선으로부터 전력을 발생하는 데 광기전 (PV)의 이용은 예를 들어 전력원, 저방출 또는 무방출, 전력 그리드와 독립적인 전력 생산, 내구성 물리적 구조 (이동 부품이 없음), 안정하고 신뢰할 만한 시스템, 모듈형 구조, 상대적으로 빠른 설치, 안전한 제조 및 이용, 및 이용에 관한 좋은 공중의 의견 및 수용을 포함해서 많은 이익을 제공할 수 있다.
본 개시물의 특징 및 이점은 관련 분야 기술자에게 쉽게 명백할 것이다. 관련 분야 기술자가 많은 변화를 가할 수 있지만, 그러한 변화는 본 발명의 정신 내에 든다.
도 1은 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 DSSC의 다양한 층을 묘사하는 DSSC 설계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 DSSC의 다양한 층을 묘사하는 또 다른 DSSC 설계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 BHJ 디바이스 설계의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 활성 층을 포함하는 전형적인 광기전 전지의 개략도이다.
도 5는 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 전형적인 고체 상태 DSSC 디바이스의 개략도이다.
도 6은 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 범례적인 PV 디바이스의 성분을 도시하는 양식화된 다이어그램이다.
도 7은 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 범례적인 PV 디바이스의 성분을 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 8은 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 범례적인 PV 디바이스의 성분을 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 9는 본 개시물의 일부 실시양태에 따른 범례적인 PV 디바이스의 성분을 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
바람직한 실시양태의 상세한 설명
유기, 비-유기, 및/또는 하이브리드 PV와 상용성이 있는 PV 기술의 다양한 측면의 개선은 OPV 및 다른 PV 둘 모두의 비용을 더 낮출 것 같다. 예를 들어, 일부 태양 전지, 예컨대 고체-상태 염료-감응형 태양 전지는 새로운 비용-효과적 및 고-안정성 대체 성분, 예컨대 고체-상태 전하 수송 물질 (또는, 구어체로, "고체 상태 전해질")을 활용할 수 있다. 추가로, 유리하게, 다양한 종류의 태양 전지가 다른 이점 중에서도 지금 현존하는 통상적인 선택권보다 더 비용-효과적일 수 있고 더 내구성 있을 수 있는 계면 물질 및 다른 물질을 포함할 수 있다.
본 개시물은 일반적으로 태양 복사선으로부터 전기 에너지를 생성함에 있어서 광기전 전지에서의 물질 조성, 장치 및 물질 이용 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시물은 광활성 및 다른 물질 조성, 뿐만 아니라 장치, 이용 방법 및 그러한 물질 조성의 형성에 관한 것이다.
이 물질 조성의 예는 예를 들어 정공-수송 물질, 및/또는 예를 들어 계면 층, 염료 및/또는 PV 디바이스의 다른 요소로서 이용하기에 적당할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 그러한 화합물은 다양한 PV 디바이스, 예컨대 이종접합 전지 (예를 들어, 이중층 및 벌크), 하이브리드 전지 (예를 들어, CH3NH3PbI3를 갖는 유기물, ZnO 나노로드 또는 PbS 양자점), 및 DSSC (염료-감응형 태양 전지)에 효율적으로 사용될 수 있다. 후자인 DSSC는 3가지 형태로 존재한다: 용매-기재 전해질, 이온성 액체 전해질, 및 고체-상태 정공 수송체 (또는 고체-상태 DSSC, 즉, SS-DSSC). 일부 실시양태에 따른 SS-DSSC 구조에는 전해질이 실질적으로 없을 수 있고, 오히려 정공-수송 물질, 예컨대 스피로-OMeTAD, CsSnI3 및 다른 활성 물질을 함유한다.
본 개시물의 일부 실시양태에 따른 일부 물질 또는 모든 물질은 또한 유리하게 임의의 유기 또는 다른 전자 디바이스에 이용될 수 있고, 일부 예는 배터리, 전계-효과 트랜지스터 (FET), 발광 다이오드 (LED), 비-선형 광학 디바이스, 멤리스터, 커패시터, 정류기, 및/또는 정류 안테나를 포함하지만 이에 제한되지 않는다:.
일부 실시양태에서, 본 개시물은 PV 및 다른 유사 디바이스 (예를 들어, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, 다중-접합 PV, FET, LED 등)를 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 그러한 디바이스가 개선된 활성 물질, 계면 층, 및/또는 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 물질은 PV 또는 다른 디바이스의 하나 이상의 측면 중 몇몇에 포함될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스는 화학식 CMX3을 가질 수 있고, 여기서 C는 1종 이상의 양이온 (예를 들어, 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족 금속, 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물)을 포함하고; M은 1종 이상의 금속 (예로는 Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti 및 Zr을 포함함)을 포함하고, X는 1종 이상의 음이온을 포함한다. 다양한 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질을 아래에서 더 상세히 논의한다.
광기전 전지 및 다른 전자 디바이스
일부 PV 실시양태를 도 1, 3, 4 및 5에 나타낸 태양 전지의 다양한 도시하는 묘사를 참조하여 서술할 것이다. 예를 들어, 일부 실시양태에 따른 범례적인 PV 아키텍처는 실질적으로 기판-애노드-IFL-활성 층-IFL-캐소드 형태를 가질 수 있다. 일부 실시양태의 활성 층은 광활성일 수 있고/있거나 그것은 광활성 물질을 포함할 수 있다. 관련 분야에 알려진 바와 같이 다른 층 및 물질이 전지에 이용될 수 있다. 게다가, "활성 층"이라는 용어의 이용이 임의의 다른 층의 특성을 제한하거나 또는 다른 방식으로 명시적으로 또는 암시적으로 임의의 다른 층의 특성을 한정하려는 의도가 결코 없다는 것을 주목해야 하고 - 예를 들어, 일부 실시양태에서는, IFL 중 어느 하나 또는 둘 모두가 반전도성일 수 있는 한에서는, IFL 중 어느 하나 또는 둘 모두가 활성일 수 있다. 특히, 도 4와 관련해서, 양식화된 일반적인 PV 전지(2610)가 묘사되고, PV 내의 일부 층의 고도의 계면 성질을 도시한다. PV(2610)는 여러 PV 디바이스, 예컨대 DSSC PV 실시양태에 적용가능한 일반적인 아키텍처를 나타낸다. PV 전지(2610)는 유리 (또는 태양 복사선에 유사하게 투명한 물질) 투명 층(2612)을 포함하고, 이 투명 층은 태양 복사선(2614)이 그 층을 통해 투과하는 것을 허용한다. 또한, 일부 실시양태의 투명 층은 기판이라고 불릴 수 있고 (도 1의 기판 층(1507)의 경우), 그것은 다양한 강직성 또는 가요성 물질, 예컨대 유리, 폴리에틸렌, PET, 캅톤(Kapton), 석영, 알루미늄 호일, 금 호일, 또는 스틸 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 광활성 층(2616)은 전자 공여체 또는 p-형 물질(2618) 및 전자 수용체 또는 n-형 물질(2620)로 구성된다. 활성 층, 또는 도 4에 묘사된 바와 같이, 광활성 층(2616)은 2개의 전기 전도성 전극 층(2622) 및 (2624) 사이에 삽입된다. 도 4에서, 전극 층(2622)은 ITO 물질이다. 앞에서 주목한 바와 같이, 도 4에 나타낸 디바이스에서는 활성 층이 광활성 층이긴 하지만, 일부 실시양태의 활성 층은 반드시 광활성일 필요는 없다. 전극 층(2624)은 알루미늄 물질이다. 관련 분야에 알려진 바와 같이 다른 물질이 이용될 수 있다. 또한, 전지(2610)는 도 4의 예에서 PEDOT:PSS 물질로 나타낸 계면 층(IFL)(2626)을 포함한다. IFL은 전하 분리를 도울 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL(2626)은 본 개시물에 따른 광활성 유기 화합물을 자기-조립 단층(SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, IFL(2626)은 얇은-코트 이중층을 포함할 수 있고, 얇은-코트 이중층은 아래에서 더 상세히 논의된다. 또한, 디바이스의 알루미늄-캐소드측에 IFL(2627)이 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스의 알루미늄-캐소드측 IFL(2627)은 또한 또는 대신에 본 개시물에 따른 광활성 유기 화합물을 자기-조립 단층(SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 디바이스의 알루미늄-캐소드측 IFL(2627)은 또한 또는 대신에 얇은-코트 이중층을 포함할 수 있다 (이것도 역시 아래에서 더 상세히 논의된다). 일부 실시양태에 따른 IFL은 반전도성 특징을 가질 수 있고, p-형 또는 n-형일 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스의 캐소드측 IFL (예를 들어, 도 4에 나타낸 IFL(2627))은 p-형일 수 있고, 디바이스의 애노드측 IFL (예를 들어, 도 4에 나타낸 IFL(2626))은 n-형일 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에서는, 캐소드측 IFL이 n-형일 수 있고, 애노드측 IFL이 p-형일 수 있다. 전지(2610)는 리드(2630) 및 방전 유닛(2632), 예컨대 배터리에 부착된다.
추가의 실시양태는 도 3을 참조하여 서술될 수 있고, 도 3은 양식화된 BHJ 디바이스 설계를 묘사하고 다음을 포함한다: 유리 기판(2401); ITO (주석-도핑된 인듐 옥사이드) 전극(2402); 계면 층(IFL)(2403); 광활성 층(2404); 및 LiF/Al 캐소드(2405). 언급된 BHJ 구조의 물질은 예에 지나지 않고; 본 개시물과 일치하는 관련 분야에 알려진 임의의 다른 BHJ 구조가 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 광활성 층(2404)은 도 4의 디바이스의 활성 또는 광활성 층(2616)이 포함할 수 있는 임의의 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 1은 그러한 예시 PV의 어셈블리를 도시할 목적으로 본원에 언급된 일부 실시양태에 따른 DSSC PV의 단순화된 도시이다. 도 1에 나타낸 예시 DSSC는 다음에 따라서 제작될 수 있다: 전극 층(1506) (플루오린-도핑된 주석 옥사이드 FTO로 나타냄)을 기판 층(1507) (유리로 나타냄) 상에 침착시킨다. 메조기공성 층 ML(1505) (일부 실시양태에서는 TiO2일 수 있음)을 전극 층(1506) 상에 침착시키고, 그 다음, 광전극 (이 시점까지는 기판(1507), 전극 층(1506), 및 메조기공성 층(1505)을 포함함)을 용매(나타내지 않음) 및 염료(1504)에 담근다. 이것은 염료(1504)가 ML의 표면에 결합되게 한다. 기판 층(1501) (또한, 유리로 나타냄) 및 전극 층(1502) (Pt/FTO로 나타냄)을 포함하는 별개의 상대 전극을 제조한다. 광전극 및 상대 전극을 조합하여, 도 1에 나타낸 바와 같이 2개의 기판 층(1501) 및 (1507) 사이에 다양한 층(1502) - (1506)을 삽입하고, 전극 층(1502) 및 (1506)이 각각 캐소드 및 애노드로 이용되는 것을 허용한다. 전해질 층(1503)이 염료 층(1504) 후에 완성된 광전극 상에 직접 침착되거나 또는 디바이스의 개구, 전형적으로 상대 전극 기판(1501)에 샌드-블라스팅에 의해 예비-천공된 호울을 통해 침착된다. 또한, 전지를 리드 및 방전 유닛, 예컨대 배터리 (나타내지 않음)에 부착시킬 수 있다. 기판 층(1507) 및 전극 층(1506), 및/또는 기판 층(1501) 및 전극 층(1502)은 태양 복사선이 광활성 염료(1504)까지 통과하는 것을 허용하기에 충분한 투명도를 가져야 한다. 일부 실시양태에서는 상대 전극 및/또는 광전극이 강직성일 수 있는 반면, 일부 실시양태에서는 어느 하나 또는 둘 모두가 가요성일 수 있다. 다양한 실시양태의 기판 층은 유리, 폴리에틸렌, PET, 캅톤, 석영, 알루미늄 호일, 금 호일 및 스틸 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, DSSC는 디바이스의 광활성 층을 통과하는 광의 경로 길이를 증가시키기 위해 (이렇게 함으로써 광이 광활성 층에 흡수될 가능성을 증가시키기 위해) 입사하는 광을 산란시키는 도 2에 나타낸 바와 같은 광 수확 층(1601)을 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 본 개시물은 고체 상태 DSSC를 제공한다. 일부 실시양태에 따른 고체-상태 DSSC는 액체 전해질을 포함하는 DSSC에 영향을 미칠 수 있는 누출 및/또는 부식 문제가 없다는 것 같은 이점을 제공할 수 있다. 게다가, 고체-상태 전하 운반체가 더 빠른 디바이스 물리적 현상 (예를 들어, 더 빠른 전하 수송)을 제공할 수 있다. 추가로, 일부 실시양태에서, 고체-상태 전해질은 광활성일 수 있고, 따라서 고체-상태 DSSC 디바이스로부터 유래되는 전력에 기여할 수 있다.
고체 상태 DSSC의 일부 예를 전형적인 고체 상태 DSSC의 양식화된 개략도인 도 5를 참조하여 서술할 수 있다. 예를 들어 도 4에 묘사된 예시 태양 전지의 경우와 마찬가지로, 제1 및 제2 활성 (예를 들어, 전도성 및/또는 반전도성) 물질로 이루어진 활성 층(각각 (2810) 및 (2815))이 전극(2805) 및 (2820) (각각 도 5에 Pt/FTO 및 FTO로 나타냄) 사이에 삽입된다. 도 5에 나타낸 실시양태에서, 제1 활성 물질(2810)은 p-형 활성 물질이고, 고체-상태 전해질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 활성 물질(2810)은 유기 물질, 예컨대 스피로-OMeTAD 및/또는 폴리(3-헥실티오펜), 무기 이원, 삼원, 사원 또는 더 초과의 복잡 물질(complex), 임의의 고체 반전도성 물질, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 활성 물질은 추가로 또는 대신에 옥사이드 및/또는 술파이드, 및/또는 셀레나이드, 및/또는 아이오다이드 (예를 들어, CsSnI3)를 포함할 수 있다. 이러해서, 예를 들어, 일부 실시양태의 제1 활성 물질은 고체-상태 p-형 물질을 포함할 수 있고, 그것은 구리 인듐 술파이드를 포함할 수 있고, 일부 실시양태에서 그것은 구리 인듐 갈륨 셀레나이드를 포함할 수 있다. 도 5에 나타낸 제2 활성 물질(2815)은 n-형 활성 물질이고, 염료로 코팅된 TiO2를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 활성 물질은 마찬가지로 유기 물질, 예컨대 스피로-OMeTAD, 무기 이원, 삼원, 사원 또는 그 초과의 복잡 물질, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 활성 물질은 옥사이드, 예컨대 알루미나를 포함할 수 있고/있거나, 그것은 술파이드를 포함할 수 있고/있거나 그것은 셀레나이드를 포함할 수 있다. 이러해서, 일부 실시양태에서, 제2 활성 물질은 구리 인듐 술파이드를 포함할 수 있고, 일부 실시양태에서, 그것은 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시양태의 제2 활성 물질(2815)은 메조기공성 층을 구성할 수 있다. 게다가, 활성이라는 점 외에 추가로, 제1 활성 물질(2810) 및 제2 활성 물질(2815) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 광활성일 수 있다. 다른 실시양태(도 5에 나타내지 않음)에서, 제2 활성 물질은 고체 전해질을 포함할 수 있다. 추가로, 제1 활성 물질(2810) 및 제2 활성 물질(2815) 중 어느 하나가 고체 전해질을 포함하는 실시양태에서는, PV 디바이스에 유효량의 액체 전해질이 없을 수 있다. 도 5에서는 p-형으로 나타내고 p-형이라고 부르긴 하지만, 고체 상태 층 (예를 들어, 고체 전해질을 포함하는 제1 활성 물질)이 일부 실시양태에서는 대신에 n-형 반전도성일 수 있다. 그러면, 그러한 실시양태에서는, 염료로 코팅된 제2 활성 물질 (예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같은 TiO2 (또는 다른 메조기공성 물질))이 p-형 반전도성일 수 있다 (도 5에 나타내고 도 5와 관련해서 논의된 n-형 반전도성과는 대조됨).
기판 층(2801) 및 (2825) (둘 모두 도 5에서 유리로 나타냄)은 도 5의 범례적인 전지의 각각의 외부 상부 층 및 하부 층을 형성한다. 이 층들은 태양 복사선이 염료, 제1 및 제2 활성 및/또는 광활성 물질을 포함하는 활성/광활성 층(2810) 및 (2815)까지 통과하는 것을 허용하기에 충분한 투명도의 임의의 물질, 예컨대 유리, 폴리에틸렌, PET, 캅톤, 석영, 알루미늄 호일, 금 호일, 및/또는 스틸을 포함할 수 있다. 게다가, 도 5에 나타낸 실시양태에서, 전극(2805) (Pt/FTO로 나타냄)은 캐소드이고, 전극(2820)은 애노드이다. 도 4에 묘사된 범례적인 태양 전지의 경우와 마찬가지로, 태양 복사선이 기판 층(2825) 및 전극(2820)을 통해 활성 층 내로 통과하고, 그 결과로 태양 복사선의 적어도 일부가 흡수되어 전기 발생을 가능하게 하는 하나 이상의 여기자를 생성한다.
일부 실시양태에 따른 고체 상태 DSSC는 도 1에 양식화된 바와 같이 묘사되는 DSSC에 관해서 위에서 서술된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 제작될 수 있다. 도 5에 나타낸 실시양태에서, p-형 활성 물질(2810)은 도 1의 전해질(1503)에 상응하고; n-형 활성 물질(2815)은 도 1의 염료(1504) 및 ML(1505) 둘 모두에 상응하고; 전극(2805) 및 (2820)은 각각 도 1의 전극 층(1502) 및 (1506)에 상응하고; 기판 층(2801) 및 (2825)은 각각 기판 층(1501) 및 (1507)에 상응한다.
본 개시물의 다양한 실시양태는 그 중에서도 특히 활성 물질 (정공-수송 층 및/또는 전자-수송 층을 포함함), 계면 층, 및 전체 디바이스 설계를 포함해서 태양 전지 및 다른 디바이스의 다양한 측면에서 개선된 물질 및/또는 설계를 제공한다.
계면 층
본 개시물은 일부 실시양태에서 얇은-코트 IFL을 포함해서 PV 내에 하나 이상의 계면 층의 유리한 물질 및 설계를 제공한다. 본원에서 논의되는 다양한 실시양태에 따라서 PV의 하나 이상의 IFL에 얇은-코트 IFL이 이용될 수 있다.
첫째, 앞에서 주목한 바와 같이, 하나 이상의 IFL (예를 들어, 도 4에 나타낸 IFL(2626) 및 (2627) 중 어느 하나 또는 둘 모두)은 본 개시물의 광활성 유기 화합물을 자기-조립 단층 (SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 포함할 수 있다. 본 개시물의 광활성 유기 화합물이 SAM으로서 사용될 때, 그것은 결합 기를 포함할 수 있고, 그것은 이 결합기를 통해 애노드 및 캐소드 중 어느 하나 또는 둘 모두의 표면에 공유 결합될 수 있거나 또는 다른 방식으로 결합될 수 있다. 일부 실시양태의 결합 기는 COOH, SiX3 (여기서, X는 삼원 규소 화합물, 예컨대 Si(OR)3 및 SiCl3을 형성하기에 적당한 임의의 모이어티일 수 있음), SO3, PO4H, OH, CH2X (여기서, X는 17족 할라이드를 포함할 수 있음) 및 O 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 결합 기는 전자 끄는 기, 전자 공여체 모이어티, 및/또는 코어 모이어티에 공유 결합될 수 있거나 또는 다른 방식으로 결합될 수 있다. 결합 기는 두께에서 단일의 분자 (또는 일부 실시양태에서는, 다수의 분자)의 방향성 조직화된 층을 형성하도록 하는 방식으로 전극 표면에 부착할 수 있다 (예를 들어, 다수의 광활성 유기 화합물이 애노드 및/또는 캐소드에 결합되는 경우). 언급된 바와 같이, SAM은 공유결합 상호작용을 통해 부착할 수 있지만, 일부 실시양태에서 SAM은 이온, 수소-결합, 및/또는 분산력 (즉, 반데르발스) 상호작용을 통해 부착할 수 있다. 게다가, 일부 실시양태에서는, 광 노출시, SAM이 쯔비터이온 여기 상태에 들어갈 수 있고, 이렇게 함으로써 고도로 분극된 IFL을 생성하고, 이것은 전하 운반체를 활성 층으로부터 전극 (예를 들어, 애노드 또는 캐소드) 내로 향하게 할 수 있다. 이 증진된 전하-운반체 주입은 일부 실시양태에서는 활성 층의 단면을 전자적으로 폴링(poling)하고, 따라서 각각의 전극 쪽으로 (예를 들어, 정공을 애노드로, 전자를 캐소드로) 전하 운반체 표동 속도를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 일부 실시양태의 애노드 응용을 위한 분자는 코어 모이어티에 결합되는 일차 전자 공여체 모이어티를 포함하는 가변(tunable) 화합물을 포함할 수 있고, 이것은 결국에 전자 끄는 모이어티에 결합되고, 이것은 결국에 결합 기에 결합된다. 일부 실시양태에 따른 캐소드 응용에서는, IFL 분자가 코어 모이어티에 결합되는 전자 빈약 모이어티를 포함하는 가변 화합물을 포함할 수 있고, 이것은 결국에 전자 공여 모이어티에 결합되고, 이것은 결국에 결합 기에 결합된다. 광활성 유기 화합물이 그러한 실시양태에 따른 IFL로서 이용될 때, 그것은 광활성 특징을 보유할 수 있지만, 일부 실시양태에서는 그것이 광활성일 필요 없다.
광활성 유기 화합물 SAM IFL 외에 추가로, 또는 광활성 유기 화합물 SAM IFL 대신에, 일부 실시양태에 따른 PV는 그러한 실시양태의 제1 또는 제2 활성 물질 (예를 들어, 도 5에 나타낸 제1 활성 물질(2810) 또는 제2 활성 물질(2815))의 적어도 일부 상에 코팅된 얇은 계면 층 ("얇은-코트 계면 층" 또는 "얇은-코트 IFL")을 포함할 수 있다. 결국, 얇은-코트 IFL의 적어도 일부가 염료로 코팅될 수 있다. 얇은-코트 IFL은 n-형 또는 p-형일 수 있고; 일부 실시양태에서, 그것은 밑에 있는 물질과 동일한 유형일 수 있다 (예를 들어, TiO2 또는 다른 메조기공성 물질, 예컨대 제2 활성 물질(2815)의 TiO2). 제2 활성 물질은 알루미나 (예를 들어, Al2O3)를 포함하는(도 5에 나타내지 않음) 얇은-코트 IFL로 코팅된 TiO2를 포함할 수 있고, 결국 이것이 염료로 코팅된다. 본원에서 TiO2 및/또는 티타니아에 관한 언급은 본원에 서술된 그러한 주석-옥사이드 화합물에서 주석 및 옥사이드의 비를 제한하는 것을 의도하지 않는다. 즉, 티타니아 화합물은 그의 다양한 산화 상태 중 임의의 하나 이상의 티타늄 (예를 들어, 티타늄 I, 티타늄 II, 티타늄 III, 티타늄 IV)을 포함할 수 있고, 이러해서 다양한 실시양태는 화학양론적 및/또는 비-화학양론적 양의 티타늄 및 옥사이드를 포함할 수 있다. 이러해서, 다양한 실시양태는 (TiO2 대신에 또는 TiO2 외에 추가로) TixOy (여기서, x는 1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값임)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, x는 대략 0.5 내지 3일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1.5 내지 4일 수 있다 (역시 그것이 정수일 필요는 없다). 이러해서, 일부 실시양태는 예를 들어 TiO2 및/또는 Ti2O3를 포함할 수 있다. 추가로, 일부 실시양태에서는, 티타늄과 옥사이드 사이의 어떤 비이든 또는 어떠한 비의 조합이든 티타니아가 아나타제형, 루틸형 및 비정질형 중 임의의 하나 이상을 포함해서 임의의 하나 이상의 결정 구조를 가질 수 있다.
일부 실시양태의 얇은-코트 IFL에 이용하기 위한 다른 범례적인 금속 옥사이드는 반전도성 금속 옥사이드, 예컨대 ZnO, ZrO2, Nb2O3, SrTiO3, Ta2O3, NiO, WO3, V2O5, 또는 MoO3를 포함할 수 있다. 제2 (예를 들어, n-형) 활성 물질이 Al2O3를 포함하는 얇은-코트 IFL로 코팅된 TiO2를 포함하는 범례적인 실시양태는 예를 들어 전구체 물질, 예컨대 Al(NO3)3·xH2O, 또는 TiO2 상에 Al2O3를 침착시키기에 적당한 임의의 다른 물질로 형성될 수 있고, 열 어닐링 및 염료 코팅이 뒤따른다. MoO3 코팅이 대신 이용되는 예시 실시양태에서는, 코팅이 전구체 물질, 예컨대 Na2Mo4·2H2O로 형성될 수 있고, 반면 일부 실시양태에 따른 V2O5 코팅은 전구체 물질, 예컨대 NaVO3로 형성될 수 있고; 일부 실시양태에 따른 WO3 코팅은 전구체 물질, 예컨대 NaWO4·H2O로 형성될 수 있다. 전구체 물질 (예를 들어, Al(NO3)3·xH2O)의 농도는 TiO2 또는 다른 활성 물질 상에 침착되는 최종 필름 (여기서는, Al2O3의 필름) 두께에 영향을 미칠 수 있다. 이러해서, 전구체 물질의 농도를 변경하는 것이 최종 필름 두께를 조절하는 방법일 수 있다. 예를 들어, 더 큰 필름 두께는 더 큰 전구체 물질 농도로부터 얻을 수 있다. 더 큰 필름 두께가 금속 옥사이드 코팅을 포함하는 PV 디바이스에서 더 큰 PCE를 반드시 초래할 수는 없다. 이러해서, 일부 실시양태의 방법은 대략 0.5 내지 10.0 mM의 범위의 농도를 갖는 전구체 물질을 이용해서 TiO2 (또는 다른 메조기공성) 층을 코팅하는 것을 포함할 수 있고; 다른 실시양태는 그 층을 대략 2.0 내지 6.0 mM의 범위의 농도를 갖는 전구체 물질로 코팅하는 것을 포함할 수 있거나; 또는 일부 실시양태에서는, 대략 2.5 내지 5.5 mM의 범위의 농도를 갖는 전구체 물질로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
게다가, 본원에서는 Al2O3 및/또는 알루미나라고 부르지만, 알루미나를 형성하는 데 다양한 비의 알루미늄 및 산소가 이용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 이러해서, 본원에서 논의되는 일부 실시양태가 Al2O3와 관련해서 서술되긴 하지만, 그러한 서술이 산소 중의 알루미늄의 요구되는 비를 한정하는 것을 의도하지 않는다. 오히려, 실시양태는 임의의 1종 이상의 알루미늄-옥사이드 화합물을 포함할 수 있고, 각 알루미늄-옥사이드 화합물은 AlxOy (여기서, x는 대략 1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있음)에 따른 알루미늄 옥사이드 비를 갖는다. 일부 실시양태에서, x는 대략 1 내지 3일 수 있다 (역시 그것이 정수일 필요는 없다). 마찬가지로, y는 0.1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 2 내지 4일 수 있다 (역시 그것이 정수일 필요는 없다). 추가로, 다양한 실시양태에서 다양한 결정 형태의 AlxOy, 예컨대 알파, 감마, 및/또는 비정질 형태의 알루미나가 존재할 수 있다.
마찬가지로, 본원에서는 MoO3, WO3 및 V2O5라고 부르지만, 그러한 화합물은 대신에 또는 추가로 각각 MoxOy, WxOy 및 VxOy로 나타낼 수 있다. MoxOy 및 WxOy 각각에 관해, x는 대략 0.5 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있고; 일부 실시양태에서, 그것은 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 대략 1 내지 4의 임의의 값일 수 있다. VxOy에 관해, x는 대략 0.5 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있고; 일부 실시양태에서, 그것은 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있고; 일부 실시양태에서, 그것은 대략 1 내지 10의 정수 또는 비정수 값일 수 있다.
마찬가지로, 본원에서 일부 범례적인 실시양태에서 CsSnI3에 관한 언급은 다양한 실시양태에 따른 세슘-주석-아이오딘 화합물에서의 성분 원소의 비를 제한하는 것을 의도하지 않는다. 일부 실시양태는 주석 및 아이오다이드의 화학양론적 및/또는 비화학양론적 양을 포함할 수 있고, 이러해서 그러한 실시양태는 대신에 또는 추가로 다양한 비의 세슘, 주석 및 아이오딘, 예컨대 각각 CsxSnyIz의 비를 갖는 임의의 1종 이상의 세슘-주석-아이오딘 화합물을 포함할 수 있다. 그러한 실시양태에서, x는 0.1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, x는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다 (역시 그것이 정수일 필요는 없다). 마찬가지로, y는 0.1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다 (역시 그것이 정수일 필요는 없다). 마찬가지로, z는 0.1 내지 100의 임의의 정수 또는 비정수 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, z는 대략 2.5 내지 3.5일 수 있다. 추가로, CsSnI3은 다른 물질, 예컨대 SnF2로 사이에 있는 모든 값(정수 및 비정수)을 포함해서 0.1:1 내지 100:1의 범위의 CsSnI3:SnF2의 비로 도핑될 수 있거나 또는 컴파운딩될 수 있다.
추가로, 얇은-코트 IFL은 이중층을 포함할 수 있다. 이러해서, 얇은-코트 IFL이 금속-옥사이드 (예컨대 알루미나)를 포함하는 예로 되돌아가서, 얇은-코트 IFL은 TiO2- 플러스-금속-옥사이드를 포함할 수 있다. 그러한 얇은-코트 IFL은 메조기공성 TiO2 또는 다른 활성 물질 단독에 비해 더 큰 전하 재조합 저항 능력을 가질 수 있다. 게다가, 본 개시물의 일부 실시양태에 따르면, TiO2 층을 형성할 때, TiO2 입자의 충분한 물리적 상호연결을 제공하기 위해 이차적 TiO2 코팅이 종종 필요하다. 이중층 얇은-코트 IFL을 메조기공성 TiO2 (또는 다른 메조기공성 활성 물질) 상에 코팅하는 것은 금속 옥사이드 및 TiCl4 둘 모두를 포함하는 화합물을 이용하는 코팅의 조합을 포함할 수 있고, 그 결과로 금속-옥사이드 및 이차적 TiO2 코팅의 조합을 포함하는 이중층 얇은-코트 IFL을 얻고, 이것은 어느 물질이든 그 자신 단독으로 이용되는 것에 비해 성능 개선을 제공할 수 있다.
일부 실시양태에서, 앞에서 논의된 얇은-코트 IFL 및 TiO2 상에 그것을 코팅하는 방법은 액체 전해질을 포함하는 DSSC에 이용될 수 있다. 이러해서, 얇은-코트 IFL의 예로 되돌아가서 한 예로서 도 1을 다시 참조하면, 도 1의 DSSC는 메조기공성 층(1505) 상에 코팅된 위에서 서술된 얇은-코트 IFL을 추가로 포함할 수 있다 (즉, 얇은-코트 IFL이 메조기공성 층(1505)과 염료(1504) 사이에 삽입될 것이다).
일부 실시양태에서, DSSC와 관련해서 앞에서 논의된 얇은-코트 IFL은 반도체 디바이스, 예컨대 PV (예를 들어, 하이브리드 PV 또는 다른 PV), 전계-효과 트랜지스터, 발광 다이오드, 비-선형 광학 디바이스, 멤리스터, 커패시터, 정류기, 정류 안테나 등의 임의의 계면 층에 이용될 수 있다. 게다가, 일부 실시양태의 얇은-코트 IFL은 본 개시물의 다양한 실시양태의 다음 중 임의의 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 개시물에서 논의되는 다른 화합물과 조합해서 다양한 디바이스 중 어느 것에도 이용될 수 있다: 고체 정공-수송 물질, 예컨대 활성 물질 및 첨가제 (예컨대, 일부 실시양태에서는, 케노데옥시콜린산 또는 1,8-디아이오도옥탄).
첨가제
앞에서 주목한 바와 같이, 일부 실시양태에 따른 PV 및 다른 디바이스는 첨가제를 포함할 수 있다 (첨가제는 예를 들어 아세트산, 프로판산, 트리플루오로아세트산, 케노데옥시콜린산, 데옥시콜린산, 1,8-디아이오도옥탄 및 1,8-디티오옥탄 중 임의의 하나 이상일 수 있다). 그러한 첨가제는 염료에 담그기 직전에 예비처리로서 이용될 수 있거나 또는 염료와 다양한 비로 혼합되어서 담금 용액을 형성할 수 있다. 이 첨가제는 일부 경우에서는 예를 들어 개방된 활성 부위를 차단함으로써 및 염료 분자 사이에 분자 정렬을 유발함으로써 염료 용해도를 증가시켜 염료 분자 클러스터링을 방지하는 기능을 할 수 있다. 첨가제는 본원에서 논의되는 본 개시물의 다양한 실시양태에 따른 광활성 화합물을 포함해서 임의의 적당한 염료와 함께 이용될 수 있다.
페로브스카이트 물질
페로브스카이트 물질은 PV 또는 다른 디바이스의 하나 이상의 측면 중 몇몇에 포함될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질은 화학식 CMX3을 가질 수 있고, 여기서, C는 1종 이상의 양이온 (예를 들어, 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족 금속, 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물)을 포함하고; M은 1종 이상의 금속 (예로는 Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti 및 Zr을 포함함)을 포함하고; X는 1종 이상의 음이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, C는 1종 이상의 유기 양이온을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, C는 화학식 [NR4]+(여기서, R은 동일한 또는 상이한 기일 수 있음)의 유기 양이온인 암모늄을 포함할 수 있다. 적당한 R 기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 임의의 시클릭, 분지쇄 또는 직쇄 알칸, 알켄, 또는 알킨 CxHy (여기서, x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드 CxHyXz(여기서, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br, 또는 I); 임의의 방향족 기 (예를 들어, 페닐, 알킬페닐, 알콕시페닐, 피리딘, 나프탈렌); 적어도 하나의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 피리딘, 피롤, 피롤리딘, 피페리딘, 테트라히드로퀴논); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭사이드, 티올, 알킬 술파이드); 임의의 질소-함유 기 (니트록사이드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 붕소산); 임의의 유기 산 (예를 들어, 아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함해서 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 기 -OCxHy (여기서, x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시양태에서, C는 화학식 [R2NCHNR2]+(여기서, R은 동일한 또는 상이한 기일 수 있음)의 유기 양이온인 포름아미디늄을 포함할 수 있다. 적당한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 임의의 시클릭, 분지쇄 또는 직쇄 알칸, 알켄 또는 알킨 CxHy (여기서, x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드 CxHyXz(여기서, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br, 또는 I); 임의의 방향족 기 (예를 들어, 페닐, 알킬페닐, 알콕시페닐, 피리딘, 나프탈렌); 적어도 하나의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 디히드로피리미딘, (아졸리디닐리덴메틸)피롤리딘, 트리아졸); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭사이드, 티올, 알킬 술파이드); 임의의 질소-함유 기 (니트록사이드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 붕소산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함해서 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 기 -OCxHy (여기서, x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시양태에서, C는 화학식 [(R2N)2C=NR2]+(여기서, R은 동일한 또는 상이한 기일 수 있음)의 유기 양이온인 구아니디늄을 포함할 수 있다. 적당한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 임의의 시클릭, 분지쇄 또는 직쇄 알칸, 알켄 또는 알킨 CxHy (여기서, x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드 CxHyXz(여기서, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br, 또는 I); 임의의 방향족 기 (예를 들어, 페닐, 알킬페닐, 알콕시페닐, 피리딘, 나프탈렌); 적어도 하나의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 옥타히드로피리미도[1,2-a]피리미딘, 피리미도[1,2-a]피리미딘, 헥사히드로이미다조[1,2-a]이미다졸, 헥사히드로피리미딘-2-이민); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭사이드, 티올, 알킬 술파이드); 임의의 질소-함유 기 (니트록사이드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 붕소산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함해서 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 기 -OCxHy (여기서, x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시양태에서, C는 화학식 [(R2N)2C=C(NR2)2]+(여기서, R은 동일한 또는 상이한 기일 수 있음)의 유기 양이온인 에텐 테트라민 양이온을 포함할 수 있다. 적당한 R은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 임의의 시클릭, 분지쇄 또는 직쇄 알칸, 알켄 또는 알킨 CxHy (여기서, x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드 CxHyXz(여기서, x = 1 - 20, y = 0 - 42, z = 1 - 42, X = F, Cl, Br, 또는 I); 임의의 방향족 기 (예를 들어, 페닐, 알킬페닐, 알콕시페닐, 피리딘, 나프탈렌); 적어도 하나의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 2-헥사히드로피리미딘-2-일리덴헥사히드로피리미딘, 옥타히드로피라지노[2,3-b]피라진, 피라지노[2,3-b]피라진, 퀴녹살리노[2,3-b]퀴녹살린); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭사이드, 티올, 알킬 술파이드); 임의의 질소-함유 기 (니트록사이드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 붕소산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함해서 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 기 -OCxHy (여기서, x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시양태에서, X는 1종 이상의 할라이드를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, X는 대신에 또는 추가로 16족 음이온을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 16족 음이온은 술파이드 또는 셀레나이드일 수 있다. 일부 실시양태에서, 각 유기 양이온 C는 각 금속 M보다 클 수 있고, 각 음이온 X는 양이온 C 및 금속 M 둘 모두와 결합할 수 있다. 다양한 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질의 예는 CsSnI3(본원에서 이미 논의됨) 및 CsxSnyIz(x, y 및 z는 앞선 논의에 따라 다양함)을 포함한다. 다른 예는 화학식 CsSnX3의 화합물(여기서, X는 I3, I2.95F0.05; I2Cl; ICl2; 및 Cl3 중 임의의 하나 이상일 수 있음)을 포함한다. 다른 실시양태에서, X는 I, Cl, F 및 Br 중 임의의 하나 이상을 Cs 및 Sn과 비교해서 X의 총 비가 CsSnX3의 일반 화학양론을 초래하도록 하는 양으로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, X를 구성하는 원소의 조합된 화학양론은 CsxSnyIz에 관해 앞에서 논의된 Iz와 동일한 규칙을 따를 수 있다. 다른 예는 화학식 RNH3PbX3의 화합물(여기서, R은 CnH2n +1일 수 있고, n은 0 - 10의 범위이고, X는 F, Cl, Br 및 I 중 임의의 하나 이상을 양이온 RNH3 및 금속 Pb와 비교하여 X의 총 비가 RNH3PbX3의 일반 화학양론을 야기하도록 하는 양으로 포함할 수 있음)을 포함한다. 게다가, R의 일부 구체적인 예는 H, 알킬 사슬 (예를 들어, CH3, CH3CH2, CH3CH2CH2 등), 및 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함해서 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산)을 포함한다.
복합 페로브스카이트 물질 디바이스 설계
일부 실시양태에서, 본 개시물은 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함하는 PV 및 다른 유사 디바이스 (예를 들어, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, FET, LED 등)의 복합 설계를 제공할 수 있다. 예를 들어, 1종 이상의 페로브스카이트 물질은 일부 실시양태의 제1 활성 물질 및 제2 활성 물질 (예를 들어, 도 5의 활성 물질(2810) 및 (2815)) 중 어느 하나 또는 둘 모두로서 역할을 할 수 있다. 더 일반적으로 말하면, 본 개시물의 일부 실시양태는 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층을 갖는 PV 또는 다른 디바이스를 제공한다. 그러한 실시양태에서는, 페로브스카이트 물질 (즉, 임의의 1종 이상의 페로브스카이트 물질(들)을 포함하는 물질)이 다양한 아키텍처의 활성 층에 이용될 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 물질은 활성 층의 임의의 하나 이상의 성분의 기능(들)을 할 수 있다 (예를 들어, 각각 아래에서 더 상세히 논의되는 전하 수송 물질, 메조기공성 물질, 광활성 물질, 및/또는 계면 물질). 일부 실시양태에서는, 동일한 페로브스카이트 물질이 다수의 그러한 기능을 할 수 있지만, 다른 실시양태에서는 복수의 페로브스카이트 물질이 한 디바이스 내에 포함될 수 있고, 각 페로브스카이트 물질이 하나 이상의 그러한 기능을 할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 페로브스카이트 물질이 어떤 역할을 하든, 페로브스카이트 물질이 다양한 상태로 제조될 수 있고/있거나 다양한 상태로 디바이스 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 그것은 실질적으로 고체일 수 있다. 다른 실시양태에서, 그것은 용액 (예를 들어, 페로브스카이트 물질이 액체에 용해되어 상기 액체에 그의 개개의 이온 하위종으로 존재할 수 있음)일 수 있거나; 또는 그것은 현탁액 (예를 들어, 페로브스카이트 물질 입자의 현탁액)일 수 있다. 용액 또는 현탁액은 디바이스 내에 (예를 들어, 디바이스의 또 다른 성분, 예컨대 메조기공성 층, 계면 층, 전하 수송 층, 광활성 층, 또는 다른 층 상에, 및/또는 전극 상에) 코팅될 수 있거나 또는 다른 방식으로 침착될 수 있다. 일부 실시양태의 페로브스카이트 물질은 (예를 들어, 증착에 의해 얇은 필름 고체로서) 디바이스의 또 다른 성분의 표면 상에 현장에서 형성될 수 있다. 페로브스카이트 물질을 포함하는 고체 또는 액체 층을 형성하는 임의의 다른 적당한 수단이 이용될 수 있다.
일반적으로, 페로브스카이트 물질 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 및 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층을 포함할 수 있고, 활성 층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된다. 일부 실시양태에서, 제1 전극은 애노드 및 캐소드 중 하나 일 수 있고, 제2 전극은 애노드 및 캐소드 중 다른 하나일 수 있다. 일부 실시양태에 따른 활성 층은 전하 수송 물질; 액체 전해질; 메조기공성 물질; 광활성 물질 (예를 들어, 염료, 규소, 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 술파이드, 카드뮴 셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드, 갈륨 아르제나이드, 게르마늄 인듐 포스파이드, 반전도성 중합체, 다른 광활성 물질); 및 계면 물질 중 임의의 하나 이상을 포함해서 임의의 하나 이상의 활성 물질 성분을 포함할 수 있다. 이 활성 층 성분 중 임의의 하나 이상은 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 활성 층 성분 중 일부 또는 전부는 전체적으로 또는 부분적으로 부분층으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 활성 층은 계면 물질을 포함하는 계면 층; 메조기공성 물질을 포함하는 메조기공성 층; 및 전하 수송 물질을 포함하는 전하 수송 층 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광활성 물질, 예컨대 염료는 이 층들 중 임의의 하나 이상 상에 코팅될 수 있거나, 또는 다른 방식으로 배치될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 임의의 하나 이상의 층이 액체 전해질로 코팅될 수 있다. 게다가, 일부 실시양태에 따른 활성 층의 임의의 둘 이상의 다른 층 사이에 및/또는 층과 코팅 사이에 (예컨대 염료와 메조기공성 층 사이에), 및/또는 2개의 코팅 사이에 (예컨대, 액체 전해질과 염료 사이에), 및/또는 활성 층 성분과 전극 사이에 계면 층이 포함될 수 있다. 본원에서 층에 관한 언급은 최종 배열 (예를 들어, 디바이스 내의 개별적으로 형성될 수 있는 각 물질의 실질적으로 분리독립형 부분)을 포함할 수 있고/있거나 층에 관한 언급은 나중에 각 층에서 물질(들)의 상호혼합 가능성에도 불구하고 디바이스의 제작 동안의 배열을 의미할 수 있다. 일부 실시양태에서, 층들은 분리독립형일 수 있고, 실질적으로 연접하는 물질을 포함할 수 있다 (예를 들어, 층들이 도 1에 양식적으로 도시된 바와 같을 수 있다). 다른 실시양태에서는, 층들이 실질적으로 상호혼합될 수 있고 (예를 들어, BHJ, 하이브리드, 및 일부 DSSC 전지의 경우처럼), 그의 예는 도 4의 광활성 층(2616) 내의 제1 활성 물질(2618) 및 제2 활성 물질(2620)에 의해 나타낸다. 일부 실시양태에서, 디바이스는 제1 활성 물질(2618) 및 제2 활성 물질(2620)의 상호혼합된 층을 포함하는 광활성 층(2616) 외에 추가로, 연접하는 분리독립형 층(2627), (2626) 및 (2622)을 함유하는 도 4의 디바이스에 의해 나타낸 바와 같이 이 두 종류의 층의 혼합물을 포함할 수 있다. 어느 경우이든, 일부 실시양태에서는 어떠한 종류이든 임의의 둘 이상의 층이 높은 접촉 표면적을 달성하도록 하는 방식으로 서로 인접해서 (및/또는 서로 상호혼합되어) 배치될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 페로브스카이트 물질을 포함하는 층이 높은 접촉 표면적을 달성하도록 하나 이상의 다른 층에 인접해서 배치될 수 있다 (예를 들어, 페로브스카이트 물질이 낮은 전하 이동도를 나타내는 경우). 다른 실시양태에서는, 높은 접촉 표면적이 필요하지 않을 수 있다 (예를 들어, 페로브스카이트 물질이 높은 전하 이동도를 나타내는 경우).
일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스는 임의적으로 하나 이상의 기판을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 전극이 실질적으로 기판과 활성 층 사이에 배치되도록, 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 또는 둘 모두가 기판 상에 코팅될 수 있거나 또는 다른 방식으로 배치될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 디바이스의 조성의 물질 (예를 들어, 기판, 전극, 활성 층 및/또는 활성 층 성분)은 전체적으로 또는 부분적으로 강직성 또는 가요성일 수 있다. 일부 실시양태에서는, 전극이 기판으로서 작용할 수 있고, 이렇게 해서 별도의 기판의 필요성을 부인한다.
게다가, 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스는 임의적으로 광-수확 물질을 (예를 들어, 광-수확 층, 예컨대 도 2에 나타낸 범례적인 PV에 묘사된 광 수확 층(1601)에) 포함할 수 있다. 추가로, 페로브스카이트 물질 디바이스는 1종 이상의 첨가제, 예컨대 본 개시물의 일부 실시양태에 관해 위에서 논의된 첨가제 중 임의의 1종 이상을 포함할 수 있다.
페로브스카이트 물질 디바이스에 포함될 수 있는 다양한 물질 중 일부를 도 7을 참조하여 부분적으로 설명할 것이다. 도 7은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(3900)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(3900)의 다양한 성분이 연접하는 물질을 포함하는 분리독립형 층으로 도시되긴 하지만, 도 7이 양식화된 다이어그램이라는 것을 이해해야 하고; 이러해서, 그것에 따른 실시양태가 그러한 분리독립형 층, 및/또는 본원에서 앞에서 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된 비연접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(3900)는 제1 기판(3901) 및 제2 기판(3913)을 포함한다. 제1 전극(3902)이 제1 기판(3901)의 내표면 상에 배치되고, 제2 전극(3912)이 제2 기판(3913)의 내표면 상에 배치된다. 두 전극(3902) 및 (3912) 사이에 활성 층(3950)이 삽입된다. 활성 층(3950)은 메조기공성 층(3904); 제1 광활성 물질(3906) 및 제2 광활성 물질(3908); 전하 수송 층(3910); 및 여러 계면 층을 포함한다. 게다가, 도 7은 활성 층(3950)의 부분층들이 계면 층에 의해 분리되고, 추가로, 계면 층이 각 전극(3902) 및 (3912) 상에 배치되는 실시양태에 따르는 예시 디바이스(3900)를 도시한다. 특히, 제2 계면 층(3905), 제3 계면 층(3907) 및 제4 계면 층(3909)은 메조기공성 층(3904), 제1 광활성 물질(3906), 제2 광활성 물질(3908) 및 전하 수송 층(3910) 각각의 사이에 각각 배치된다. 제1 계면 층(3903) 및 제5 계면 층(3911)은 (i) 제1 전극(3902)과 메조기공성 층(3904) 사이에 및 (ii) 전하 수송 층(3910)과 제2 전극(3912) 사이에 각각 배치된다. 이러해서, 도 7에 묘사된 예시 디바이스의 아키텍처는 기판-전극-활성 층-전극-기판으로서 특징화될 수 있다. 활성 층(3950)의 아키텍처는 계면 층-메조기공성 층- 계면 층-광활성 물질-계면 층- 광활성 물질-계면 층-전하 수송 층- 계면 층으로서 특징화될 수 있다. 앞에서 언급된 바와 같이, 일부 실시양태에서는, 계면 층이 존재할 필요 없거나; 또는, 하나 이상의 계면 층이 활성 층의 성분 및/또는 디바이스의 성분 전부가 아니라 일부 사이에만 포함될 수 있다.
기판, 예컨대 제1 기판(3901) 및 제2 기판(3913) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 가요성 또는 강직성일 수 있다. 2개의 기판이 포함되는 경우에는, 적어도 하나가 전자기 (EM) 복사선 (예컨대, 예를 들어 UV, 가시 또는 IR 복사선)에 투명해야 하거나 또는 반투명해야 한다. 1개의 기판이 포함되는 경우에는, 그것이 마찬가지로 투명할 수 있거나 또는 반투명할 수 있지만, 디바이스의 일부가 EM 복사선이 활성 층(3950)과 접촉하는 것을 허용하기만 한다면, 그럴 필요 없다. 적당한 기판 물질은 유리; 사파이어; 마그네슘 옥사이드 (MgO); 운모; 중합체 (예를 들어, PET, PEG, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등); 세라믹; 직물 (예를 들어, 면, 견, 모); 목재; 석고판; 금속; 및 그의 조합 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
앞에서 주목한 바와 같이, 전극 (예를 들어, 도 7의 전극(3902) 및 (3912) 중 하나)은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 일부 실시양태에서는, 하나의 전극이 캐소드 기능을 할 수 있고, 다른 하나의 전극이 애노드 기능을 할 수 있다. 전극(3902) 및 (3912) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 리드, 케이블, 와이어, 또는 디바이스(3900)로 및/또는 디바이스(3900)로부터 전하 수송을 가능하게 하는 다른 수단에 커플링될 수 있다. 전극은 임의의 전도성 물질을 구성할 수 있고, 적어도 하나의 전극이 EM 복사선에 투명 또는 반투명해야 하고/하거나 EM 복사선이 활성 층(3950)의 적어도 일부와 접촉하는 것을 허용하는 방식으로 배열되어야 한다. 적당한 전극 물질은 인듐 주석 옥사이드 또는 주석-도핑된 인듐 옥사이드 (ITO); 플루오린-도핑된 주석 옥사이드 (FTO); 카드뮴 옥사이드 (CdO); 아연 인듐 주석 옥사이드 (ZITO); 알루미늄 아연 옥사이드 (AZO); 알루미늄 (Al); 금 (Au); 칼슘 (Ca): 마그네슘 (Mg); 티타늄 (Ti); 스틸; 탄소 (및 그의 동소체); 및 그의 조합 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
메조기공성 물질 (예를 들어, 도 7의 메조기공성 층(3904)에 포함되는 물질)은 임의의 기공-함유 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 기공이 약 1 내지 약 100 nm의 범위의 직경을 가질 수 있고; 다른 실시양태에서는, 기공 직경이 약 2 내지 약 50 nm의 범위일 수 있다. 적당한 메조기공성 물질은 본원에서 다른 곳에서 논의된 임의의 계면 물질 및/또는 메조기공성 물질; 알루미늄 (Al); 비스무스 (Bi); 인듐 (In); 몰리브데넘 (Mo); 니오븀 (Nb); 니켈 (Ni); 규소 (Si); 티타늄 (Ti); 바나듐 (V); 아연 (Zn); 지르코늄 (Zr); 앞의 금속 중 임의의 1종 이상의 옥사이드 (예를 들어, 알루미나, 세리아, 티타니아, 아연 옥사이드, 지르코나 등); 앞의 금속 중 임의의 1종 이상의 술파이드; 앞의 금속 중 임의의 1종 이상의 니트라이드; 및 그의 조합 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
광활성 물질 (예를 들어, 도 7의 제1 광활성 물질(3906) 또는 제2 광활성 물질(3908))은 임의의 광활성 화합물, 예컨대 규소 (일부 경우에서는, 단결정성 규소), 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 술파이드, 카드뮴 셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드, 갈륨 아르제나이드, 게르마늄 인듐 포스파이드, 1종 이상의 반전도성 중합체, 및 그의 조합 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 광활성 물질이 대신에 또는 추가로 염료 (예를 들어, N719, N3, 다른 루테늄-기재 염료)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 염료 (어떤 조성이든)가 또 다른 층 (예를 들어, 메조기공성 층 및/또는 계면 층) 상에 코팅될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 광활성 물질이 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 물질 함유 광활성 물질은 고체 형태일 수 있거나, 또는 일부 실시양태에서는, 그것이 페로브스카이트 물질을 포함하는 현탁액 또는 용액을 포함하는 염료 형태를 취할 수 있다. 그러한 용액 또는 현탁액은 다른 염료와 유사한 방식으로 다른 디바이스 성분 상에 코팅될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 고체 페로브스카이트-함유 물질이 임의의 적당한 수단 (예를 들어, 증기 침착, 용액 침착, 고체 물질 적접 놓기 등)에 의해 침착될 수 있다. 다양한 실시양태에 따른 디바이스는 1종, 2종, 3종 또는 그 초과의 광활성 화합물 (예를 들어, 1종, 2종, 3종, 또는 그 초과의 페로브스카이트 물질, 염료, 또는 그의 조합)을 포함할 수 있다. 다수의 염료 또는 다른 광활성 물질을 포함하는 일부 실시양태에서는, 2종 이상의 염료 또는 다른 광활성 물질 각각이 1개 이상의 계면 층에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 다수의 염료 및/또는 광활성 화합물이 적어도 부분적으로 상호혼합될 수 있다.
전하 수송 물질 (예를 들어, 도 7의 전하 수송 층(3910)의 전하 수송 물질)은 고체-상태 전하 수송 물질 (즉, 구어체로 명칭을 붙인 고체-상태 전해질)을 포함할 수 있거나, 또는 그것은 액체 전해질 및/또는 이온성 액체를 포함할 수 있다. 액체 전해질, 이온성 액체, 및 고체-상태 전하 수송 물질 중 어느 것도 전하 수송 물질이라고 부를 수 있다. 본원에서 이용되는 "전하 수송 물질"은 전하 운반체를 수집할 수 있고/있거나 전하 운반체를 수송할 수 있는 임의의 고체, 액체 또는 그 밖의 물질을 의미한다. 예를 들어, 일부 실시양태에 따른 PV 디바이스에서는, 전하 수송 물질이 전하 운반체를 전극으로 수송할 수 있다. 전하 운반체는 정공 (정공의 수송은 전하 수송 물질이 적절하게 명칭을 붙인 "정공 수송 물질"과 꼭 마찬가지가 되게 함) 및 전자를 포함할 수 있다. PV 또는 다른 디바이스에서 캐소드 또는 애노드에 대한 전하 수송 물질의 놓인 위치에 의존해서, 정공이 애노드 쪽으로 수송될 수 있고, 전자가 캐소드 쪽으로 수송될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 전하 수송 물질의 적당한 예는 페로브스카이트 물질; I_/I3 _; Co 착물; 폴리티오펜 (예를 들어, 폴리(3-헥실티오펜) 및 그의 유도체, 또는 P3HT); 카르바졸-기재 공중합체, 예컨대 폴리헵타데카닐카르바졸 디티에닐벤조티아디아졸 및 그의 유도체 (예를 들어, PCDTBT); 다른 공중합체, 예컨대 폴리시클로펜타디티오펜-벤조티아디아졸 및 그의 유도체 (예를 들어, PCPDTBT); 폴리(트리아릴 아민) 화합물 및 그의 유도체 (예를 들어, PTAA); 스피로-OMeTAD; 풀러렌 및/또는 풀러렌 유도체 (예를 들어, C60, PCBM); 및 그의 조합 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전하 수송 물질은 전하 운반체 (전자 또는 정공)을 수집할 수 있고/있거나 전하 운반체를 수송할 수 있는 임의의 고체 또는 액체 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태의 전하 수송 물질은 n-형 또는 p-형 활성 및/또는 반전도성 물질일 수 있다. 전하 수송 물질은 디바이스의 전극들 중 하나에 근접해서 배치될 수 있다. 일부 실시양태에서는 전하 수송 물질이 전극에 인접해서 배치될 수 있지만, 다른 실시양태에서는 전하 수송 물질과 전극 사이에 계면 층이 배치될 수 있다 (예를 들어, 제5 계면 층(3911)을 갖는 도 7에 나타낸 바와 같음). 일부 실시양태에서는, 전하 수송 물질의 유형이 그것이 근접하는 전극에 기반하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 전하 수송 물질이 정공을 수집하고/수집하거나 수송하는 경우에는, 전하 수송 물질이 정공을 애노드로 수송하도록 애노드에 근접할 수 있다. 그러나, 대신에, 전하 수송 물질이 캐소드에 근접해서 놓일 수 있고, 전자를 캐소드로 수송하도록 선택되거나 또는 제작될 수 있다.
앞에서 주목한 바와 같이, 다양한 실시양태에 따른 디바이스는 임의적으로 임의의 2개의 다른 층 및/또는 물질 사이에 계면 층을 포함할 수 있지만, 일부 실시양태에 따른 디바이스는 계면 층을 전혀 함유할 필요 없다. 이러해서, 예를 들어, 페로브스카이트 물질 디바이스는 0개, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 초과의 계면 층을 함유할 수 있다 (예컨대, 5개의 계면 층(3903), (3905), (3907), (3909) 및 (3911)을 함유하는 도 7의 예시 디바이스). 계면 층은 본원에서 앞에서 논의된 실시양태에 따른 얇은-코트 계면 층 (예를 들어, 알루미나 및/또는 다른 금속-옥사이드 입자, 및/또는 티타니아/금속-옥사이드 이중층, 및/또는 본원에서 다른 곳에서 논의된 얇은-코트 계면 층에 따른 다른 화합물을 포함함)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따른 계면 층은 두 층 또는 두 물질 사이에서 전하 수송 및/또는 수집을 증진시키기 위한 임의의 적당한 물질을 포함할 수 있고; 또한, 그것은 일단 전하가 계면 층에 인접하는 물질들 중 하나로부터 수송될 때 전하 재조합 가능성을 방지하거나 또는 감소시키는 것을 도울 수 있다. 적당한 계면 물질은 본원에서 다른 곳에서 논의된 임의의 메조기공성 물질 및/또는 계면 물질; Al; Bi; In; Mo; Ni; 백금(Pt); Si; Ti; V; Nb; Zn; Zr; 앞서 말한 금속 중 임의의 금속의 옥사이드 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아); 앞서 말한 금속 중 임의의 금속의 술파이드; 앞서 말한 금속 중 임의의 금속의 니트라이드; 관능화된 또는 비관능화된 알킬 실릴 기; 흑연; 그래핀; 풀러렌; 탄소 나노튜브; 및 그의 조합 (일부 실시양태에서는, 조합된 물질의 이중층을 포함함) 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 계면 층은 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 도 7의 양식화된 표현에 따른 디바이스는 PV, 예컨대 DSSC, BHJ, 또는 하이브리드 태양 전지일 수 있다. 일부 실시양태에서, 도 7에 따른 디바이스는 병렬 또는 직렬 다중-전지 PV, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, FET, LED, 및/또는 본원에서 논의된 임의의 다른 디바이스를 구성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태의 BHJ는 전극(3902) 및 (3912)에 상응하는 2개의 전극, 및 이종접합 계면에 적어도 2종의 물질을 포함하는 활성 층 (예를 들어, 활성 층(3950)의 물질들 및/또는 층들 중 임의의 2종)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 다른 디바이스 (예컨대 하이브리드 PV 배터리, 병렬 또는 직렬 다중-전지 PV 등)는 도 7의 활성 층(3950)에 상응하는 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층을 포함할 수 있다. 요약하면, 도 7의 범례적인 디바이스의 묘사의 양식화된 성질은 도 7에 따른 다양한 실시양태의 디바이스의 가능한 구조 또는 아키텍처를 결코 제한하지 않아야 한다.
페로브스카이트 디바이스의 추가의 더 구체적인 예시 실시양태는 예시 디바이스의 추가의 양식화된 묘사와 관련해서 더 논의될 것이다. 도 8-9의 이 묘사의 양식화된 성질은 마찬가지로 일부 실시양태에서 도 8-9 중 임의의 하나 이상에 따라서 제작될 수 있는 디바이스의 유형을 제한하는 것을 의도하지 않는다. 즉, 도 8-9에 나타낸 아키텍처는 임의의 적당한 수단 (본원에서 다른 곳에서 명시적으로 논의된 것 및 본 개시물의 이익을 갖는 관련 분야 기술자에게 명백한 다른 적당한 수단 둘 모두를 포함함)에 따라서 BHJ, 배터리, FET, 하이브리드 PV 배터리, 직렬 다중-전지 PV, 병렬 다중-전지 PV 및 본 개시물의 다른 실시양태의 다른 유사 디바이스를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 8은 다양한 실시양태에 따른 예시 디바이스(4100)를 묘사한다. 디바이스(4100)는 제1 유리 기판(4101) 및 제2 유리 기판(4109)을 포함하는 실시양태를 도시한다. 각 유리 기판은 그의 내표면 상에 배치된 FTO 전극 (각각 제1 전극(4102) 및 제2 전극(4108))을 가지고, 각 전극은 그의 내표면 상에 침착된 계면 층을 가지고: TiO2 제1 계면 층(4103)이 제1 전극(4102) 상에 침착되고, Pt 제2 계면 층(4107)이 제2 전극(4108) 상에 침착된다. 두 계면 층 사이에 메조기공성 층(4104) (TiO2를 포함함); 광활성 물질(4105) (페로브스카이트 물질 MAPbI3을 포함함); 및 전하 수송 층(4106) (여기서는 CsSnI3을 포함함)이 삽입된다.
도 9는 메조기공성 층을 생략한 예시 디바이스(4300)를 묘사한다. 디바이스(4300)는 제1 계면 층(4303)과 제2 계면 층(4305) (각각 티타니아 및 알루미나를 포함함) 사이에 삽입된 페로브스카이트 물질 광활성 화합물(4304) (MAPbI3를 포함함)을 포함한다. 티타니아 계면 층 (4303)은 FTO 제1 전극(4302) 상에 코팅되고, 이것은 결국에 유리 기판(4301)의 내표면 상에 배치된다. 스피로-OMeTAD 전하 수송 층(4306)은 알루미나 계면 층(4305) 상에 코팅되고, 금 제2 전극(4307)의 내표면 상에 배치된다.
본 개시물의 이익을 갖는 관련 분야의 보통의 기술자에게 명백한 바와 같이, 다양한 다른 실시양태, 예컨대 다수의 광활성 층(도 7의 예시 디바이스의 광활성 층(3906) 및 (3908)으로 예증됨)을 갖는 디바이스가 가능하다. 일부 실시양태에서는, 위에서 논의된 바와 같이, 각 광활성 층이 계면 층에 의해 분리될 수 있다 (도 7에서 제3 계면 층(3907)으로 나타냄). 게다가, 메조기공성 층이 전극 상에 배치될 수 있고, 예컨대 도 7에서 제1 전극(3902) 상에 배치된 메공기공성 층(3904)에 의해 도시된다. 도 7은 그 둘 사이에 배치된 개재하는 계면 층(3903)을 묘사하지만, 일부 실시양태에서는 메조기공성 층이 전극 바로 위에 배치될 수 있다.
추가의 페로브스카이트 물질 디바이스 예
다른 예시 페로브스카이트 물질 디바이스 아키텍처는 본 개시물의 이익을 갖는 관련 분야 기술자에게 명백할 것이다. 예는 다음 아키텍처 중 임의의 아키텍처를 갖는 활성 층을 함유하는 디바이스를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다: (1) 액체 전해질-페로브스카이트 물질-메조기공성 층; (2) 페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층; (3) 제1 페로브스카이트 물질-제2 페로브스카이트 물질-메조기공성 층; (4) 제1 페로브스카이트 물질-제2 페로브스카이트 물질; (5) 제1 페로브스카이트 물질-염료-제2 페로브스카이트 물질; (6) 고체-상태 전하 수송 물질- 페로브스카이트 물질; (7) 고체-상태 전하 수송 물질-염료-페로브스카이트 물질-메조기공성 층; (8) 고체-상태 전하 수송 물질-페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층; (9) 고체-상태 전하 수송 물질-염료-페로브스카이트 물질-메조기공성 층; 및 (10) 고체-상태 전하 수송 물질-페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층. 각 예시 아키텍처의 개개의 성분 (예를 들어, 메조기공성 층, 전하 수송 물질 등)은 각 성분에 관한 상기 논의에 따를 수 있다. 게다가, 각 예시 아키텍처는 아래에서 더 상세히 논의된다.
위에서 언급된 활성 층 중 일부의 특별한 예로서, 일부 실시양태에서는, 활성 층이 액체 전해질, 페로브스카이트 물질, 및 메조기공성 층을 포함할 수 있다. 이 실시양태 중 일부의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 액체 전해질-페로브스카이트 물질-메조기공성 층. 임의의 액체 전해질이 적당할 수 있고; 임의의 메조기공성 층 (예를 들어, TiO2)이 적당할 수 있다. 일부 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 메조기공성 층 상에 침착될 수 있고, 그 위에 액체 전해질이 코팅될 수 있다. 일부 그러한 실시양태의 페로브스카이트 물질은 적어도 부분적으로 염료로 작용할 수 있다 (이러해서, 그것은 광활성일 수 있다).
다른 예시 실시양태에서, 활성 층은 페로브스카이트 물질, 염료 및 메조기공성 층을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층. 염료가 메조기공성 층 상에 코팅될 수 있고, 페로브스카이트 물질이 염료-코팅된 메조기공성 층 상에 배치될 수 있다. 이 실시양태들 중 일부에서는 페로브스카이트 물질이 정공-수송 물질 기능을 할 수 있다.
다른 예시 실시양태에서, 활성 층은 제1 페로브스카이트 물질, 제2 페로브스카이트 물질, 및 메조기공성 층을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 제1 페로브스카이트 물질-제2 페로브스카이트 물질-메조기공성 층. 제1 및 제2 페로브스카이트 물질은 각각 동일한 페로브스카이트 물질(들)을 포함할 수 있거나 또는 제1 및 제2 페로브스카이트 물질은 상이한 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 중 어느 하나는 광활성일 수 있다 (예를 들어, 그러한 실시양태의 제1 및/또는 제2 페로브스카이트 물질이 적어도 부분적으로 염료 기능을 할 수 있다).
일부 예시 실시양태에서, 활성 층은 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 제1 페로브스카이트 물질-제2 페로브스카이트 물질. 제1 및 제2 페로브스카이트 물질은 각각 동일한 페로브스카이트 물질(들)을 포함할 수 있거나 또는 제1 및 제2 페로브스카이트 물질은 상이한 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 중 어느 하나는 광활성일 수 있다 (예를 들어, 그러한 실시양태의 제1 페로브스카이트 물질 및/또는 제2 페로브스카이트 물질은 적어도 부분적으로 염료 기능을 할 수 있다). 추가로, 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 중 어느 하나가 정공-수송 물질 기능을 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 페로브스카이트 물질 중 하나는 전자-수송 물질 기능을 하고, 제1 및 제2 페로브스카이트 물질 중 다른 하나는 염료 기능을 한다. 일부 실시양태에서는, 예컨대 도 5에서 각각 제1 활성 물질(2810) 및 제2 활성 물질(2815)에 대해 나타낸 (또는 마찬가지로 도 4에서 각각 p-형 물질(2618) 및 n-형 물질(2620)으로 나타낸) 배열에서처럼, 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질이 제1 페로브스카이트 물질과 제2 페로브스카이트 물질 사이에 높은 계면 면적을 달성하는 방식으로 활성 층 내에 배치될 수 있다.
추가의 예시 실시양태에서, 활성 층은 제1 페로브스카이트 물질, 염료, 및 제2 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 제1 페로브스카이트 물질-염료-제2 페로브스카이트 물질. 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 중 어느 하나가 전하 수송 물질 기능을 할 수 있고, 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 중 다른 하나가 염료 기능을 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 페로브스카이트 물질 및 제2 페로브스카이트 물질 둘 모두는 적어도 부분적으로 겹치는, 유사한 및/또는 동일한 기능을 할 수 있다 (예를 들어, 둘 모두 염료로서 역할을 할 수 있고/있거나 둘 모두 정공-수송 물질로 역할을 할 수 있다).
일부 다른 예시 실시양태에서, 활성 층은 고체-상태 전하 수송 물질 및 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 고체-상태 전하 수송 물질-페로브스카이트 물질. 예를 들어, 예컨대 도 5에서 제1 활성 물질(2810) 및 제2 활성 물질(2815)에 대해 나타낸 (또는 마찬가지로 도 4에서 p-형 물질(2618) 및 n-형 물질(2620)로 나타낸) 배열에서처럼, 페로브스카이트 물질 및 고체-상태 전하 수송 물질은 높은 계면 면적을 달성하는 방식으로 활성 층 내에 배치될 수 있다.
다른 예시 실시양태에서, 활성 층은 고체-상태 전하 수송 물질, 염료, 페로브스카이트 물질, 및 메조기공성 층을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 고체-상태 전하 수송 물질-염료-페로브스카이트 물질-메조기공성 층. 이 실시양태들 중 일부 다른 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 고체-상태 전하 수송 물질-페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층. 일부 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 제2 염료로 역할을 할 수 있다. 그러한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 그러한 실시양태의 활성 층을 포함하는 PV 또는 다른 디바이스에 의해 흡수되는 가시광의 스펙트럼의 폭을 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 또한 또는 대신에 염료와 메조기공성 층 사이에서 및/또는 염료와 전하 수송 물질 사이에서 계면 층으로서 역할을 할 수 있다.
일부 예시 실시양태에서, 활성 층은 액체 전해질, 염료, 페로브스카이트 물질, 및 메조기공성 층을 포함할 수 있다. 이 실시양태들 중 일부 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 고체-상태 전하 수송 물질-염료-페로브스카이트 물질-메조기공성 층. 이 실시양태들 중 일부 다른 실시양태의 활성 층은 실질적으로 다음 아키텍처를 가질 수 있다: 고체-상태 전하 수송 물질-페로브스카이트 물질-염료-메조기공성 층. 페로브스카이트 물질은 광활성 물질, 계면 층 및/또는 그의 조합으로서 역할을 할 수 있다.
일부 실시양태는 페로브스카이트 물질을 포함하는 BHJ PV 디바이스를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시양태의 BHJ는 1종 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있는 광활성 층 (예를 들어, 도 3의 광활성 층(2404))을 포함할 수 있다. 그러한 BHJ의 광활성 층은 또한 또는 대신에 DSSC 활성 층에 관해서 위에서 논의된 위에 열거된 예시 성분 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 게다가, 일부 실시양태에서, BHJ 광활성 층은 위에서 논의된 DSSC 활성 층의 범례적인 실시양태 중 임의의 한 실시양태에 따른 아키텍처를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 임의의 PV 또는 다른 유사 디바이스는 위에서 논의된 조성 및/또는 아키텍처 중 임의의 하나 이상에 따른 활성 층을 포함할 수 있다. 또 다른 예시 실시양태로서, 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층, 예컨대 도 6의 양식화된 다이어그램으로서 나타낸 범례적인 전지의 제1 광활성 층(3701) 및 제2 광활성 층(3705) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 다중-광활성 층 PV 전지에 포함될 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 물질을 갖는 활성 층을 포함하는 그러한 다중-광활성 층 PV 전지는 일련의 전기적으로 커플링된 다중-광활성 층 PV 전지 내에 포함될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에서 논의되는 PV 또는 다른 디바이스에 포함되는 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층 중 어느 것도 활성 층에 포함시키기에 적당한 또한 본원에서 논의된 다양한 추가의 물질 중 임의의 물질을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 페로브스카이트 물질을 포함하는 임의의 활성 층은 본원에서 논의되는 다양한 실시양태에 따른 계면 층 (예컨대, 예를 들어 얇은-코트 계면 층)을 추가로 포함할 수 있다. 추가의 예로서, 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층은 광 수확 층, 예컨대 도 2에 나타낸 범례적인 PV에 묘사된 바와 같은 광 수확 층(1601)을 추가로 포함할 수 있다.
페로브스카이트 물질 활성 층의 제조
앞에서 논의된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 활성 층의 페로브스카이트 물질은 화학식 CMX3 - yX'y (0≥y≥3))을 가질 수 있고, 여기서 C는 1종 이상의 양이온 (예를 들어, 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족 금속, 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물)을 포함하고; M은 1종 이상의 금속 (예를 들어, Fe, Cd, Co, Ni, Cu, Hg, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, Zn 및 Zr)을 포함하고, X 및 X'은 1종 이상의 음이온을 포함한다. 한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 CPbI3 - yCly을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 아래에서 논의되는 단계를 이용해서 기판 층 상에 예를 들어 드롭 캐스팅, 스핀 캐스팅, 슬롯-다이 프린팅, 스크린 프린팅, 또는 잉크-젯 프린팅에 의해 PV 디바이스 내의 활성 층으로서 침착될 수 있다.
처음에, 납 할라이드 전구체 잉크를 형성한다. 어느 양의 납 할라이드를 글러브 박스 내부의 깨끗한 건조 바이알에 모을 수 있다 (즉, 글러브-함유 포트호울을 갖는 조절된 분위기 박스가 공기가 없는 환경에서의 물질 취급을 허용한다). 적당한 납 할라이드는 납(II) 아이오다이드, 납(II) 브로마이드, 납(II) 클로라이드, 및 납(II) 플루오라이드를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 납 할라이드는 단일의 종의 납 할라이드를 포함할 수 있거나, 또는 그것은 정확한 비의 납 할라이드 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 납 할라이드 혼합물은 0.001 - 100 mol%의 임의의 이원, 삼원, 또는 사원 비의 아이오다이드, 브로마이드, 클로라이드, 또는 플루오라이드를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서 납 할라이드 혼합물은 납(II) 클로라이드 및 납(II) 아이오다이드를 약 10 몰:90 몰의 비로 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 납 할라이드 혼합물은 납(II) 클로라이드 및 납(II) 아이오다이드를 약 5 몰:95 몰, 약 7.5 몰:92.5 몰, 또는 약 15 몰:85 몰의 비로 포함할 수 있다.
그 다음, 용매를 바이알에 첨가해서 납 고체를 용해시켜 납 할라이드 전구체 잉크를 형성할 수 있다. 적당한 용매는 건조 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드(DMSO), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 테트라히드로푸란, 포름아미드, 피리딘, 피롤리딘, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 디클로로메탄, 클로로포름, 및 그의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 한 실시양태에서는, 납 고체를 건조 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시킨다. 납 고체는 약 20℃ 내지 약 150℃의 온도에서 용해될 수 있다. 한 실시양태에서는, 납 고체를 약 85℃에서 용해시킨다. 납 고체는 용액을 형성하는 데 필요한 기간 동안 용해될 수 있고, 이것은 약 72 시간 이하의 기간 동안에 일어날 수 있다. 결과적으로 얻은 용액은 납 할라이드 전구체 잉크의 베이스를 형성한다. 일부 실시양태에서는, 납 할라이드 전구체 잉크가 약 0.001 M 내지 약 10 M의 납 할라이드 농도를 가질 수 있다. 한 실시양태에서는, 납 할라이드 전구체 잉크가 약 1 M의 납 할라이드 농도를 갖는다. 일부 실시양태에서는, 납 할라이드 전구체 잉크가 아미노산 (예를 들어, 5-아미노발레르산, 히스티딘, 글리신, 리신), 아미노산 히드로할라이드 (예를 들어, 5-아미노발레르산 히드로클로라이드), IFL 표면-개질 (SAM) 작용제 (예컨대, 명세서에서 앞에서 논의된 것), 또는 그의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
그 다음, 납 할라이드 전구체 잉크를 요망되는 기판 상에 침착시킬 수 있다. 적당한 기판 층은 본 개시물에서 앞에서 확인된 기판 층 중 어느 것도 포함할 수 있다. 위에서 주목한 바와 같이, 납 할라이드 전구체 잉크는 드롭 캐스팅, 스핀 캐스팅, 슬롯-다이 프린팅, 스크린 프린팅, 또는 잉크-젯 프린팅을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 수단을 통해 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 납 할라이드 전구체 잉크를 약 5초 내지 약 600초의 기간 동안에 약 500 rpm 내지 약 10000 rpm의 속도로 기판 상에 스핀-코팅할 수 있다. 한 실시양태에서는, 납 할라이드 전구체 잉크를 약 30초 동안 약 3000 rpm으로 기판 상에 스핀-코팅할 수 있다. 납 할라이드 전구체 잉크는 약 0% 상대 습도 내지 약 50% 상대 습도의 습도 범위에서 주변 분위기에서 기판 상에 침착될 수 있다. 그 다음, 납 할라이드 전구체 잉크를 실질적으로 무수 분위기, 즉, 20% 미만의 상대 습도에서 건조하도록 두어 얇은 필름을 형성할 수 있다.
그 다음, 얇은 필름을 약 20℃ 내지 약 300℃의 온도에서 약 24시간 이하의 기간 동안 열 어닐링할 수 있다. 한 실시양태에서는, 얇은 필름을 약 50℃의 온도에서 약 10분 동안 열 어닐링할 수 있다. 그 다음, 전구체 필름을 0.001 M 내지 10 M의 농도로 용매 또는 용매 혼합물 (예를 들어, DMF, 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 클로로포름, 클로로벤젠, 디메틸술폭사이드, 물) 및 염 (예를 들어, 메틸 암모늄 아이오다이드, 포름아미디늄 아이오다이드, 구아니디늄 아이오다이드, 1,2,2-트리아미노비닐암모늄 아이오다이드, 5-아미노발레르산 히드로아이오다이드)을 포함하는 용액에 침지시키거나 또는 그 용액으로 린싱(rinsing)하는 전환 공정에 의해 페로브스카이트 물질 활성 층을 완성할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 또한, 얇은 필름을 이 문단의 첫째 줄에서와 동일한 방식으로 열에 의해 후-어닐링할 수 있다.
암모늄 아이오다이드의 정제
앞에서 논의된 바와 같이, 일부 실시양태에서는, 페로브스카이트 물질 활성 층을 위한 전구체 필름을 메틸 암모늄 아이오다이드, 포름아미디늄 아이오다이드, 구아니디늄 아이오다이드를 포함하지만 이에 제한되지 않는 용매 또는 용매 혼합물을 포함하는 용액에 침지시키거나 또는 그 용액으로 린싱할 수 있다. 메틸 암모늄 아이오다이드 (MAI)의 합성 절차를 아래에 서술한다. 유사한 절차가 구아니디늄 아이오다이드 (GAI), 포름아미디늄 아이오다이드 (FAI), 아미노산 아이오다이드, 또는 그의 임의의 할라이드 (예를 들어, 아이오딘, 브로민, 염소, 또는 플루오린) 염에 적용될 수 있다.
메탄올 중의 몰 과량의 메틸 아민을 용기 중의 수성 히드로아이오딕(HI) 용액에 첨가한다. 한 실시양태에서는, 메틸 아민이 약 9.8 M의 농도를 갖지만, 적당한 농도는 약 0.001 M 내지 약 12 M의 범위일 수 있다. 한 실시양태에서는, HI 용액이 약 57%의 농도를 갖지만, 적당한 농도는 약 1% 내지 약 100%의 범위일 수 있다. 둥근 바닥 플라스크, 비이커, 엘렌메이어 플라스크, 쉴렌크 플라스크 또는 임의의 유리 용기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적당한 용기가 이용될 수 있다. 반응은 산소가 없는 불활성 분위기 하에서 교반 하에 적가함으로써 수행된다. 한 실시양태에서는, 반응이 약 0℃의 온도에서 일어나지만, 반응은 또한 약 -196℃의 낮은 온도에서 또는 약 100℃의 높은 온도에서도 일어날 수 있다. 메틸 아민 첨가 완료 후, 2 시간 동안 용액이 혼합되어 실온으로 따뜻해지게 둔다. 일부 실시양태에서는, 용액이 약 1분의 짧은 기간 내에 또는 약 72시간이 긴 기간 내에 실온으로 따뜻해질 수 있다. 반응 완료 후, 진공을 이용해서 용매를 제거한다. 고체가 남고, 이것은 적색 또는 오렌지색일 수 있다. 이 고체는 메틸 암모늄 아이오다이드의 불순물이 섞인 형태, 특히 메틸 암모늄 아이오다이드, 과량의 출발 물질, 및/또는 반응 부산물을 포함하는 혼합물이다.
그 다음, 비극성 또는 약간 극성 용매 (예를 들어, 디에틸 에테르)를 불순물이 섞인 메틸 암모늄 아이오다이드에 첨가하고, 혼합물을 어둠 속에서 약 30분 동안 음파분해한 후 액체를 기울여 따라낸다. 일부 실시양태에서는, 용액을 약 12시간 이하의 임의의 기간 동안 음파분해할 수 있다. 이 디에틸 에테르 세척 단계를 고체가 무색이 되거나 또는 약간 황색이 될 때까지 몇 번이고 얼마든지 반복할 수 있다. 한 실시양태에서는, 디에틸 에테르 세척 단계를 총 3회 반복한다. 이것은 메틸 암모늄 아이오다이드의 더 순수한 형태를 생성한다.
그 다음, 메틸 암모늄 아이오다이드를 음파분해기에서 약 20℃ 내지 약 150℃의 온도에서 최소의 용매 에탄올 부피에 용해시킨다. 한 실시양태에서는, 온도가 약 60℃이다. 적당한 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 다른 극성 용매를 포함한다. 한 실시양태에서는, 용매가 에탄올을 포함한다. 완전 용해될 때, 용액을 약 30분의 기간 동안 실온으로 냉각시키고, 그 다음, (에탄올과) 동일 부피의 디에틸 에테르를 층상으로 넣는다. 다른 실시양태에서는, 에탄올 대 디에틸 에테르의 비가 부피비로 약 1:10 내지 약 10:1의 범위일 수 있다. 그 다음, 용기를 불활성 기체 (예를 들어, 아르곤 또는 질소)로 퍼징한 다음, 차갑고 어두운 장소에 놓는다. 일부 실시양태에서는, 용기를 약 -196℃ 내지 약 25℃의 온도를 갖는 환경에 놓을 수 있다. 한 실시양태에서는, 용기를 냉장고 안에 놓을 수 있다. 용기를 차갑고 어두운 장소에 약 1시간 내지 약 168시간의 기간 동안 남겨둘 수 있다. 한 실시양태에서는, 용기를 차갑고 어두운 장소에 약 14시간 동안 남겨둘 수 있다. 결과적으로 얻은 무색 결정성 고체를 적당한 방법 (예를 들어, 진공 여과, 중력 여과, 또는 원심분리)으로 회수한 후, 차가운 비극성 또는 약간 극성 용매 (예를 들어, 디에틸 에테르)로 세척하고, 건조시킨다. 일부 실시양태에서는, 결정성 고체를 1회, 2회 또는 더 많이 세척할 수 있다. 결정성 고체를 주변 공기에서 또는 진공 오븐, 대류 오븐, 퍼니스, 진공 제습기 또는 진공 라인을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적당한 장비에 의해 건조시킬 수 있다. 한 실시양태에서는, 고체를 약 40℃에서 약 14시간 동안 건조시킨다. 그러나, 고체를 약 1시간 내지 약 168시간의 기간 동안에 및 약 20 내지 약 200℃의 온도에서 건조시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 언급된 목적 및 이점 뿐만 아니라 그 안에 내재된 것을 달성하기 위해 잘 구성된다. 본 발명을 본원의 가르침의 혜택을 누리는 관련 분야 기술자에게 명백한 상이하지만 동등한 방식으로 변경하고 실시할 수 있기 때문에, 위에서 개시된 특정 실시양태들은 예시하는 것에 지나지 않는다. 게다가, 하기 청구범위에서 서술된 것과 다른, 본원에 나타낸 구조 또는 설계의 세부사항에 대한 제한을 의도하지 않는다. 따라서, 위에 개시된 특정한 도시된 실시양태를 바꾸거나 또는 변경시킬 수 있고, 그러한 모든 변화가 본 발명의 범위 및 정신 내에 있는 것으로 여긴다는 것이 분명하다. 특히, 본원에 개시된 ("약 a 내지 약 b", 또는 동등하게, "대략 a 내지 b" 형태의) 모든 값 범위는 각각의 값 범위의 멱집합 (모든 부분집합의 집합)을 의미하고 더 넓은 값 범위 내에 포함되는 모든 범위를 제시하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 청구범위의 용어는 특허권자가 명시적으로 및 명료하게 다르게 정의하지 않는다면, 그의 보통의 평범한 의미를 갖는다.

Claims (30)

  1. 다음 단계:
    납(II) 클로라이드 및 납(II) 아이오다이드의 혼합물을 포함하는 납 할라이드를 용기에 도입하는 단계,
    제1 용매를 용기에 도입하는 단계, 및
    납 할라이드를 제1 용매와 접촉시켜 납 할라이드를 용해시켜 납 할라이드 전구체 용액을 형성하는 단계
    를 포함하는 납 할라이드 전구체 잉크를 제조하는 단계;
    납 할라이드 전구체 잉크를 기판 상에 침착시키는 단계;
    납 할라이드 전구체 잉크를 건조시켜 얇은 필름을 형성하는 단계;
    얇은 필름을 어닐링하는 단계; 및
    얇은 필름을 제2 용매, 및 메틸암모늄 아이오다이드, 포름아미디늄 아이오다이드, 구아니디늄 아이오다이드, 1,2,2-트리아미노비닐암모늄 아이오다이드, 및 5-아미노발레르산 히드로아이오다이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 염으로 린싱하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 납(II) 클로라이드 및 납(II) 아이오다이드의 혼합물이 10 몰의 납(II) 클로라이드 대 90 몰의 납(II) 아이오다이드의 비로 혼합된 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1 용매가 건조 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 (DMSO), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 테트라히드로푸란, 포름아미드, 피리딘, 피롤리딘, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 디클로로메탄, 클로로포름 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 납 할라이드를 용매와 접촉시켜 납 할라이드를 용해시키는 단계가 20℃ 내지 150℃에서 일어나는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 납 할라이드를 용매와 접촉시켜 납 할라이드를 용해시키는 단계가 85℃에서 일어나는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 납 할라이드 전구체 잉크가 0.001 M 내지 10 M의 납 할라이드의 농도를 갖는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 납 할라이드 전구체 잉크를 기판 상에 침착시키는 단계가 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀 캐스팅(spin casting), 슬롯-다이 프린팅(slot-die printing), 스크린 프린팅(screen printing), 또는 잉크-젯 프린팅(ink-jet printing)에 의해 일어나는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 얇은 필름을 어닐링하는 단계가 20℃ 내지 300℃의 온도에서 24 시간 이하 동안 일어나는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 얇은 필름을 어닐링하는 단계가 50℃의 온도에서 10분 동안 일어나는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 제2 용매가 메틸포름아미드, 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 클로로포름, 클로로벤젠, 디메틸술폭사이드, 물 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 염이 포름아미디늄 아이오다이드를 포함하는 것인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 염이 제2 용매에 0.001 M 내지 10 M의 농도로 용해되는 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 염이 메틸암모늄 아이오다이드를 포함하는 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 얇은 필름을 린싱하는 단계가 제2 용매에의 적어도 부분적 침지를 포함하는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 얇은 필름을 어닐링하는 단계가 40℃ 내지 60℃의 온도에서 5 내지 30분 동안 일어나는 것인 방법.
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