KR102627245B1 - 광기전력 디바이스 캡슐화 - Google Patents

광기전력 디바이스 캡슐화 Download PDF

Info

Publication number
KR102627245B1
KR102627245B1 KR1020197033305A KR20197033305A KR102627245B1 KR 102627245 B1 KR102627245 B1 KR 102627245B1 KR 1020197033305 A KR1020197033305 A KR 1020197033305A KR 20197033305 A KR20197033305 A KR 20197033305A KR 102627245 B1 KR102627245 B1 KR 102627245B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electrode
substrate
layers
stoichiometric oxide
Prior art date
Application number
KR1020197033305A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190131125A (ko
Inventor
마이클 디. 어윈
카밀 미엘자레크
Original Assignee
큐빅피브이 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 큐빅피브이 인크. filed Critical 큐빅피브이 인크.
Publication of KR20190131125A publication Critical patent/KR20190131125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102627245B1 publication Critical patent/KR102627245B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2077—Sealing arrangements, e.g. to prevent the leakage of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2018—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte characterised by the ionic charge transport species, e.g. redox shuttles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2081—Serial interconnection of cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/141—Organic polymers or oligomers comprising aliphatic or olefinic chains, e.g. poly N-vinylcarbazol, PVC or PTFE
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L2031/0344—Organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

제1 전극, 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 활성 층, 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 계면 층, 및 제1 전극 또는 제2 전극 중 1개와 캡슐화제 층 사이에 적어도 부분적으로 배치되고 그와 접촉하는 비-화학량론적 옥시드 층을 포함하는 광기전력 디바이스. 광기전력 디바이스의 활성 층은 광활성 물질을 포함한다.

Description

광기전력 디바이스 캡슐화
태양 에너지 또는 방사선으로부터 전력을 생성하기 위한 광기전력 (PV)의 사용은, 예를 들어, 전력원, 저배출 또는 무배출, 전력 그리드와 독립적인 전력 생산, 내구성 물리적 구조 (이동 부품 없음), 안정하고 신뢰성 있는 시스템, 모듈 구축, 비교적 신속한 설치, 안전한 제조 및 사용, 및 사용의 우수한 여론 및 수용을 포함한 많은 이익을 제공할 수 있다.
PV의 일부는 환경에 존재하는 물질에 의한 산화 또는 부식에 영향받기 쉬울 수 있다. PV는 환경적 산화 또는 부식으로부터 보호되는 경우 보다 우수하게 기능할 수 있다.
본 개시내용의 특색 및 이점은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이다. 수많은 변형이 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이루어질 수 있지만, 이러한 변형은 본 발명의 취지 내에 있다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 DSSC의 다양한 층을 도시하는 DSSC 설계의 도시이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 DSSC의 다양한 층을 도시하는 DSSC 설계의 또 다른 도시이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 BHJ 디바이스 설계의 예시적인 도시이다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 활성 층을 포함하는 전형적인 광기전력 전지의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 전형적인 고체 상태 DSSC 디바이스의 개략도이다.
도 6은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 하이브리드 PV 배터리의 구성요소의 도시이다.
도 7은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 도시하는 양식화된 다이어그램이다.
도 8a는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 하이브리드 PV 배터리를 도시하는 양식화된 다이어그램이다.
도 8b는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 하이브리드 PV 배터리에 관한 전기적 등가 다이어그램이다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 9a는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 11은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 12는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 13은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 14는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 15는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 16은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 17은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 18은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 19는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 20은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 21은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 22는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 23은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
도 24는 본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 디바이스의 구성요소를 나타내는 양식화된 다이어그램이다.
유기, 비-유기 및/또는 하이브리드 PV와 호환성인 PV 기술의 다양한 측면의 개선은 유기 PV 및 다른 PV 둘 다의 비용을 추가로 낮추는데 유망하다. 예를 들어, 일부 태양 전지, 예컨대 고체-상태 염료-감응 태양 전지는 신규하고 비용-효율적이고 고-안정성의 대안적인 구성요소, 예컨대 고체-상태 전하 수송 물질 (또는 통칭적으로 "고체 상태 전해질")을 이용할 수 있다. 또한, 다양한 종류의 태양 전지는 유리하게는, 다른 이점 중에서도, 현존하는 통상적인 옵션보다 비용-효율적이고 내구성일 수 있는 계면 및 다른 물질을 포함할 수 있다.
본 개시내용은 일반적으로 태양 방사선으로부터 전기 에너지의 생성에 있어서 물질의 조성물, 디바이스 및 광기전력 전지 내의 물질의 사용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 물질의 광활성 및 다른 조성물, 뿐만 아니라 디바이스, 사용 방법, 및 물질의 이러한 조성물의 형성에 관한 것이다.
물질의 이들 조성물의 예는, 예를 들어, 정공-수송 물질, 및/또는 예를 들어 계면 층 (IFL), 염료 및/또는 PV 디바이스의 다른 요소로서의 사용에 적합할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 화합물은 다양한 PV 디바이스, 예컨대 이종접합 전지 (예를 들어, 이중층 및 벌크), 하이브리드 전지 (예를 들어, 유기물과, CH3NH3PbI3, ZnO 나노로드 또는 PbS 양자점), 및 DSSC (염료-감응 태양 전지)에서 활용될 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 구조는 전해질이 실질적으로 없을 수 있으며, 정공-수송 물질, 예컨대 스피로-OMeTAD, CsSnI3 및 다른 활성 물질을 다소 함유한다.
본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 물질 중 일부 또는 전부는 또한 유리하게는 임의의 유기 또는 다른 전자 디바이스에서 사용될 수 있으며, 일부 예는 배터리, 전계-효과 트랜지스터 (FET), 발광 다이오드 (LED), 비-선형 광학 디바이스, 멤리스터, 커패시터, 정류기 및/또는 정류 안테나를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시양태에서, 본 개시내용은 PV 및 다른 유사한 디바이스 (예를 들어, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, 다중-접합 PV, FET, LED 등)를 제공할 수 있다. 이러한 디바이스는 일부 실시양태에서 개선된 활성 물질, 계면 층 및/또는 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 물질은 PV 또는 다른 디바이스의 다양한 하나 이상의 측면에 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질은 화학식 CMX3을 가질 수 있으며, 여기서 C는 하나 이상의 양이온 (예를 들어, 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물)을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예는 Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti, 및 Zn 포함)을 포함하고; X는 하나 이상의 음이온을 포함한다. 다양한 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질은 하기에 보다 상세하게 논의된다.
광기전력 전지 및 다른 전자 디바이스
일부 PV 실시양태는 도 1, 3, 4 및 5에 나타내어진 바와 같이 태양 전지의 다양한 예시적인 도시를 참조하여 기재될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에 따른 예시적인 PV 아키텍처는 실질적으로 기판-애노드-IFL-활성 층-IFL-캐소드 형태를 가질 수 있다. 일부 실시양태의 활성 층은 광활성일 수 있고/거나, 이는 광활성 물질을 포함할 수 있다. 다른 층 및 물질은 관련 기술분야에 공지된 바와 같이 전지에서 이용될 수 있다. 게다가, 용어 "활성 층"의 사용은 임의의 다른 층의 특성을 어떤 방식으로도 제한하거나 또는 달리 명백하게 또는 내재적으로 규정하는 것으로 의도되지는 않음이 주목되어야 한다 - 예를 들어, 일부 실시양태에서, 어느 하나 또는 둘 다의 IFL는 이들이 반전도성일 수 있는 한 또한 활성일 수 있다. 특히, 도 4를 참조하면, 양식화된 일반적 PV 전지(2610)가 도시되며, 이는 PV 내의 일부 층의 고도의 계면 성질을 예시한다. PV(2610)는 여러 PV 디바이스, 예컨대 페로브스카이트 물질 PV 실시양태에 적용가능한 일반적인 아키텍처를 나타낸다. PV 전지(2610)는 태양 방사선(2614)이 층을 거쳐 투과하는 것을 가능하게 하는 유리 (또는 태양 방사선에 대해 유사하게 투명한 물질)의 투명 층(2612)을 포함한다. 일부 실시양태의 투명 층은 또한 기판으로서 (예를 들어, 도 1의 기판 층(1507)과 같이) 지칭될 수 있고, 이는 다양한 경질 또는 가요성 물질, 예컨대 유리, 폴리에틸렌, PET, 캡톤, 석영, 알루미늄 호일, 금 호일 또는 스틸 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 광활성 층(2616)은 전자 공여자 또는 p-형 물질(2618) 및/또는 전자 수용자 또는 n-형 물질(2620), 및/또는 p- 및 n-형 물질 특징 둘 다를 나타내는 양극성 반도체로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같은 활성 층 또는 광-활성 층(2616)은 2개의 전기 전도성 전극 층(2622 및 2624) 사이에 개재된다. 도 4에서, 전극 층(2622)은 주석-도핑된 산화인듐 (ITO 물질)이다. 이전에 언급된 바와 같이, 도 4에 나타내어진 디바이스에서 그러할지라도, 일부 실시양태의 활성 층은 반드시 광활성일 필요는 없다. 전극 층(2624)은 알루미늄 물질이다. 다른 물질은 관련 기술분야에 공지된 바와 같이 사용될 수 있다. 전지(2610)는 또한 ZnO 물질로서 도 4의 예에 나타내어진, 계면 층 (IFL)(2626)을 포함한다. IFL은 전하 분리에 도움이 될 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL(2626)은 자기-조립 단층 (SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 본 개시내용에 따른 유기 화합물을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, IFL(2626)은 다중-층 IFL을 포함할 수 있으며, 이는 하기에 보다 상세하게 논의된다. 또한 전극(2624)에 인접한 IFL(2627)이 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극(2624)에 인접한 IFL(2627)은 또한 또는 그 대신에 자기-조립 단층 (SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 본 개시내용에 따른 유기 화합물을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 전극(2624)에 인접한 IFL(2627)은 또한 또는 그 대신에 다중-층 IFL을 포함할 수 있다 (또한 하기에 보다 상세하게 논의됨). 일부 실시양태에 따른 IFL은 특징이 반전도성일 수 있고, p-형 또는 n-형일 수 있거나, 또는 특징이 유전성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스의 캐소드 측 상의 IFL (예를 들어, 도 4에 나타내어진 바와 같은 IFL(2627))은 p-형일 수 있고, 디바이스의 애노드 측 상의 IFL (예를 들어, 도 4에 나타내어진 바와 같은 IFL(2626))은 n-형일 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에서, 캐소드-측 IFL이 n-형일 수 있고, 애노드-측 IFL이 p-형일 수 있다. 전지(2610)는 리드(2630) 및 배출 유닛(2632), 예컨대 배터리에 부착된다.
또한 추가 실시양태는 양식화된 BHJ 디바이스 설계를 도시한 도 3을 참조하여 기재될 수 있고, 유리 기판(2401); ITO (주석-도핑된 산화인듐) 전극(2402); 계면 층 (IFL)(2403); 광활성 층(2404); 및 LiF/Al 캐소드(2405)를 포함한다. 참조된 BHJ 구축의 물질은 단지 예이고; 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 BHJ 구축이 본 개시내용과 일치하여 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 광활성 층(2404)은 도 4의 디바이스의 활성 또는 광활성 층(2616)이 포함할 수 있는 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 1은 일부 실시양태에 따른 DSSC PV의 간략화된 도시이고, 여기서 이러한 예시적인 PV의 조립을 예시하기 위한 목적으로 참조된다. 도 1에 나타내어진 바와 같은 예시적인 DSSC는 하기에 따라 구축될 수 있다: 전극 층(1506) (플루오린-도핑된 산화주석, FTO로서 나타내어짐)은 기판 층(1507) (유리로서 나타내어짐) 상에 침착된다. 메소다공성 층 ML(1505) (이는 일부 실시양태에서 TiO2일 수 있음)은 전극 층(1506) 상에 침착되고, 이어서 광전극 (지금까지 기판 층(1507), 전극 층(1506) 및 메소다공성 층(1505) 포함)을 용매 (나타내지 않음) 및 염료(1504) 중에 침지시킨다. 이는 염료(1504)를 ML의 표면에 결합된 채로 남겨둔다. 개별 반대-전극은 기판 층(1501) (또한 유리로서 나타내어짐) 및 전극 층(1502) (Pt/FTO로서 나타내어짐)을 포함하여 제조된다. 광전극 및 반대-전극은 도 1에 나타내어진 바와 같이 2개의 기판 층(1501 및 1507) 사이에 다양한 층(1502 - 1506)을 개재하고, 전극 층(1502 및 1506)이 각각 캐소드 및 애노드로 이용되는 것을 가능하게 하도록 조합된다. 전해질의 층(1503)은 염료 층(1504) 이후에 완료된 광전극 상에 직접 또는 디바이스 내의 개구부, 전형적으로 반대-전극 기판(1501)에서 샌드-블라스팅에 의해 예비-시추된 구멍을 통해 침착된다. 전지는 또한 리드 및 배출 유닛, 예컨대 배터리 (나타내지 않음)에 부착될 수 있다. 기판 층(1507) 및 전극 층(1506) 및/또는 기판 층(1501) 및 전극 층(1502)은 태양 방사선이 광활성 염료(1504)를 통해 통과하는 것을 허용하기에 충분한 투명성을 가져야 한다. 일부 실시양태에서, 반대-전극 및/또는 광전극은 경질일 수 있고, 반면에 다른 실시양태에서 어느 하나 또는 둘 다는 가요성일 수 있다. 다양한 실시양태의 기판 층은 유리, 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PEN, PET, PMMA, 폴리카르보네이트, 캡톤, 석영, 사파이어 알루미늄, 은 호일, 금 호일, 목재, 콘크리트 및 스틸 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, DSSC는 디바이스의 광활성 층을 통한 광의 경로 길이를 증가시키기 위해 (그에 의해 광이 광활성 층에 흡수되는 가능성이 증가함) 입사광을 산란시키도록, 도 2에 나타내어진 바와 같이, 집광 층(1601)을 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 본 개시내용은 고체 상태 DSSC를 제공한다. 일부 실시양태에 따른 고체-상태 DSSC는 액체 전해질을 포함하는 DSSC에 영향을 미칠 수 있는 누출 및/또는 부식 문제의 결핍과 같은 이점을 제공할 수 있다. 게다가, 고체-상태 전하 캐리어는 보다 빠른 디바이스 물리학 (예를 들어, 보다 빠른 전하 수송)을 제공할 수 있다. 추가적으로, 고체-상태 전해질은, 일부 실시양태에서, 광활성일 수 있고, 이에 따라 고체-상태 DSSC 디바이스로부터 유도된 동력에 기여할 수 있다.
고체 상태 DSSC의 일부 예는 전형적인 고체 상태 DSSC의 양식화된 개략도인 도 5를 참조하여 기재될 수 있다. 예를 들어 도 4에 도시된 예시적인 태양 전지와 같이, 제1 및 제2 활성 (예를 들어, 전도성 및/또는 반전도성) 물질 (각각 (2810 및 2815))로 구성된 활성 층은 전극(2805 및 2820) (도 5에 각각 Pt/FTO 및 FTO로서 나타내어짐) 사이에 개재된다. 도 5에 나타내어진 실시양태에서, 제1 활성 물질(2810)은 p-형 활성 물질이고, 고체-상태 전해질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 제1 활성 물질(2810)은 유기 물질, 예컨대 스피로-OMeTAD 및/또는 폴리(3-헥실티오펜), 무기 2원, 3원, 4원 또는 그 초과의 착물, 임의의 고체 반전도성 물질, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 활성 물질은 추가적으로 또는 그 대신에 옥시드 및/또는 술피드 및/또는 셀레니드 및/또는 아이오다이드 (예를 들어, CsSnI3)를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 일부 실시양태의 제1 활성 물질은 고체-상태 p-형 물질을 포함할 수 있으며, 이는 구리 인듐 술피드를 포함할 수 있고, 일부 실시양태에서 이는 구리 인듐 갈륨 셀레니드를 포함할 수 있다. 도 5에 나타내어진 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 2원, 3원, 4원 또는 그 초과의 착물, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 활성 물질은 옥시드 예컨대 알루미나를 포함할 수 있고/거나 이는 술피드를 포함할 수 있고/거나 이는 셀레니드를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 제2 활성 물질은 구리 인듐 술피드를 포함할 수 있고, 일부 실시양태에서, 이는 구리 인듐 갈륨 셀레니드 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시양태의 제2 활성 물질(2815)은 메소다공성 층을 구성할 수 있다. 게다가, 활성에 더하여, 제1 및 제2 활성 물질(2810 및 2815) 중 어느 하나 또는 둘 다는 광활성일 수 있다. 다른 실시양태 (도 5에 나타내지 않음)에서, 제2 활성 물질은 고체 전해질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 활성 물질(2810 및 2815) 중 어느 하나가 고체 전해질을 포함하는 실시양태에서, PV 디바이스는 유효량의 액체 전해질이 결핍될 수 있다. p-형인 것으로 도 5에 나타내고 언급하였지만, 고체 상태 층 (예를 들어, 고체 전해질을 포함하는 제1 활성 물질)은 일부 실시양태에서 그 대신에 n-형 반전도성일 수 있다. 그러면, 이러한 실시양태에서, 염료로 코팅된 제2 활성 물질 (예를 들어, 도 5에 나타내어진 바와 같은 TiO2 (또는 다른 메소다공성 물질))은 p-형 반전도성일 수 있다 (도 5에 나타내고 그에 관해 논의된 n-형 반전도성과는 반대로).
기판 층(2801 및 2825) (둘 다 도 5에 유리로서 나타내어짐)은 도 5의 예시적인 전지의 외부 상단 및 하단 층을 각각 형성한다. 이들 층은 태양 방사선이 염료를 포함하는 활성/광활성 층, 제1 및 제2 활성 및/또는 광활성 물질(2810 및 2815), 예컨대 유리, 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PEN, PET, PMMA, 폴리카르보네이트, 캡톤, 석영, 사파이어, 알루미늄, 알루미늄 호일, 은 호일, 금 호일, 금속 호일, 목재, 콘크리트 및 스틸을 통과하는 것을 허용하기에 충분한 투명성을 갖는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 게다가, 도 5에 나타내어진 실시양태에서, 전극(2805) (Pt/FTO로서 나타내어짐)은 캐소드이고 전극(2820)은 애노드이다. 도 4에 도시된 예시적인 태양 전지에서와 같이, 태양 방사선은 기판 층(2825) 및 전극(2820)을 거쳐 활성 층 안으로 통과하며, 이때 태양 방사선의 적어도 부분이 흡수되어 전기 생성을 가능하게 하는 하나 이상의 여기자를 생산한다.
일부 실시양태에 따른 고체 상태 DSSC는 도 1에 양식화된 바와 같이 도시된 DSSC에 관하여 상기 기재된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 구축될 수 있다. 도 5에 나타내어진 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 다에 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 개시내용의 다양한 실시양태는 다른 것들 중에서도 활성 물질 (정공-수송 및/또는 전자-수송 층 포함), 계면 층, 및 전체 디바이스 설계를 포함한, 태양 전지 및 다른 디바이스의 다양한 측면에서 개선된 물질 및/또는 설계를 제공한다.
계면 층
본 개시내용은, 일부 실시양태에서, 얇은-코트 IFL을 포함한, PV 내에 하나 이상의 계면 층의 유리한 물질 및 설계를 제공한다. 얇은-코트 IFL은 본원에 논의된 다양한 실시양태에 따른 PV 중 하나 이상의 IFL에 이용될 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 디바이스가 임의의 계면 층을 함유하는 것을 필요로 하지 않을 지라도, 디바이스는 임의의 2개의 다른 층 및/또는 물질 사이에 계면 층을 임의로 포함할 수 있다. 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 9의 예시적인 디바이스). 계면 층은 2개의 층 또는 물질 사이에서 전하 수송 및/또는 수집을 증진시키기 위한 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있고; 이는 또한 일단 전하가 계면 층에 인접 물질 중 하나로부터 수송될 때 전하 재조합 가능성을 방지 또는 감소시키는 것을 도울 수 있다. 계면 층은 추가적으로 그의 기판을 물리적으로 및 전기적으로 균질화하여 기판 조도, 유전 상수, 접착, 결함의 생성 또는 켄칭 (예를 들어, 전하 트랩, 표면 상태)에서의 변동을 생성할 수 있다. 적합한 계면 물질은 Ag; Al; Au; B; Bi; Ca; Cd; Ce; Co; Cu; Fe; Ga; Ge; H; In; Mg; Mn; Mo; Nb; Ni; Pt; Sb; Sc; Si; Sn; Ta; Ti; V; W; Y; Zn; Zr; 상기 금속 중 어느 것의 탄화물 (예를 들어, SiC, Fe3C, WC); 상기 금속 중 어느 것의 규화물 (예를 들어, Mg2Si, SrSi2, Sn2Si); 상기 금속 중 어느 것의 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, SnO2, ZnO); 상기 금속 중 어느 것의 황화물 (예를 들어, CdS, MoS2, SnS2); 상기 금속 중 어느 것의 질화물 (예를 들어, Mg3N2, TiN, BN, Si3N4); 상기 금속 중 어느 것의 셀레니드 (예를 들어, CdSe, FeS2, ZnSe); 상기 금속 중 어느 것의 텔루라이드 (예를 들어, CdTe, TiTe2, ZnTe); 상기 금속 중 어느 것의 인화물 (예를 들어, InP, GaP); 상기 금속 중 어느 것의 비소화물 (예를 들어, CoAs3, GaAs, InGaAs, NiAs) ; 상기 금속 중 어느 것의 안티몬화물 (예를 들어, AlSb, GaSb, InSb); 상기 금속 중 어느 것의 할로겐화물 (예를 들어, CuCl, CuI, BiI3); 상기 금속 중 어느 것의 슈도할로겐화물 (예를 들어, CuSCN, AuCN); 상기 금속 중 어느 것의 탄산염 (예를 들어, CaCO3, Ce2(CO3)3); 관능화 또는 비관능화 알킬 실릴 기; 흑연; 그래핀; 풀러렌; 탄소 나노튜브; 본원의 다른 곳에 논의된 임의의 메소다공성 물질 및/또는 계면 물질; 및 그의 조합 (일부 실시양태에서, 조합된 물질의 이중층, 삼중층, 또는 다중층 포함) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 계면 층은 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 추가로, 계면 층은 본원에 언급된 임의의 계면 물질의 도핑된 실시양태 (예를 들어, Y-도핑된 ZnO, N-도핑된 단일-벽 탄소 나노튜브)를 포함할 수 있다. 계면 층은 또한 상기 물질 중 3종을 갖는 화합물 (예를 들어, CuTiO3, Zn2SnO4) 또는 상기 물질 중 4종을 갖는 화합물 (예를 들어, CoNiZnO)을 포함할 수 있다.
먼저, 이전에 언급된 바와 같이, 하나 이상의 IFL (예를 들어, 도 4에 나타내어진 바와 같은 어느 하나 또는 둘 다의 IFL(2626 및 2627))은 자기-조립 단층 (SAM)으로서 또는 얇은 필름으로서 본 개시내용의 광활성 유기 화합물을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 광활성 유기 화합물이 SAM으로 적용되는 경우에, 이는 이것이 애노드 및 캐소드 중 어느 하나 또는 둘 다의 표면에 공유적으로 또는 달리 결합될 수 있는 결합 기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태의 결합 기는 COOH, SiX3 (여기서 X는 삼원 규소 화합물, 예컨대 Si(OR)3 및 SiCl3을 형성하는데 적합한 임의의 모이어티일 수 있음), SO3, PO4H, OH, CH2X (여기서 X는 17족 할라이드를 포함할 수 있음) 및 O 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 결합 기는 전자-끄는 모이어티, 전자 공여자 모이어티 및/또는 코어 모이어티에 공유적으로 또는 달리 결합될 수 있다. 결합 기는 두께 내에 단일 분자 (또는 일부 실시양태에서, 다중 분자)의 방향성의 조직화된 층을 형성하도록 하는 방식으로 전극 표면에 부착될 수 있다 (예를 들어, 다중 광활성 유기 화합물이 애노드 및/또는 캐소드에 결합되는 경우). 언급된 바와 같이, SAM은 공유 상호작용을 통해 부착될 수 있으나, 일부 실시양태에서 이는 이온성, 수소-결합 및/또는 분산력 (즉, 반 데르 발스) 상호작용을 통해 부착될 수 있다. 게다가, 특정 실시양태에서, 광 노출 시, SAM은 쯔비터이온성 여기 상태에 들어갈 수 있으며, 이로 인해 전하 캐리어를 활성 층으로부터 전극 (예를 들어, 애노드 또는 캐소드)으로 향하게 할 수 있는 고도로 분극화된 IFL을 생성한다. 이 증진된 전하-캐리어 주입은, 일부 실시양태에서, 활성 층의 단면을 전자적으로 폴링하고, 이에 따라 그의 각각의 전극을 향하는 전하 캐리어 표류 속도를 증가시킴으로써 (예를 들어, 정공을 애노드로; 전자를 캐소드로) 달성될 수 있다. 일부 실시양태의 애노드 적용을 위한 분자는 조정가능한 화합물을 포함할 수 있으며, 이는 코어 모이어티에 결합된 일차 전자 공여자 모이어티를 포함하고, 상기 코어 모이어티는 또한 전자-끄는 모이어티에 결합되고, 상기 전자-끄는 모이어티는 또한 결합 기에 결합된다. 일부 실시양태에 따른 캐소드 적용에서, IFL 분자는 코어 모이어티에 결합된 전자 부족 모이어티를 포함하는 조정가능한 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 코어 모이어티는 또한 전자 공여자 모이어티에 결합되고, 상기 전자 공여자 모이어티는 또한 결합 기에 결합된다. 광활성 유기 화합물이 이러한 실시양태에 따라 IFL로 이용되는 경우에, 일부 실시양태에서 이는 광활성일 필요는 없지만, 광활성 특징을 유지할 수 있다.
광활성 유기 화합물 SAM IFL에 더하여 또는 그 대신에, 일부 실시양태에 따른 PV는 이러한 실시양태의 제1 또는 제2 활성 물질 (예를 들어, 도 5에 나타내어진 바와 같은 제1 또는 제2 활성 물질(2810 또는 2815)) 중 적어도 부분 상에 코팅된 얇은 계면 층 ("얇은-코트 계면 층" 또는 "얇은-코트 IFL")을 포함할 수 있다. 또한, 얇은-코트 IFL의 적어도 부분은 염료로 코팅될 수 있다. 얇은-코트 IFL은 n- 또는 p-형일 수 있고; 일부 실시양태에서, 이는 기저 물질 (예를 들어, TiO2 또는 다른 메소다공성 물질, 예컨대 제2 활성 물질(2815)의 TiO2)과 동일한 형을 가질 수 있다. 제2 활성 물질은 알루미나 (예를 들어, Al2O3)를 포함하는 얇은-코트 IFL로 코팅된 TiO2를 포함할 수 있으며 (도 5에 나타내지 않음), 상기 얇은-코트 IFL은 또한 염료로 코팅된다. 본원에 TiO2 및/또는 티타니아에 대한 언급은 본원에 기재된 이러한 티타늄-옥시드 화합물 내의 티타늄 및 옥시드의 비를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 즉, 티타니아 화합물은 그의 다양한 산화 상태 (예를 들어, 티타늄 I, 티타늄 II, 티타늄 III, 티타늄 IV) 중 어느 하나 이상의 티타늄을 포함할 수 있고, 이에 따라 다양한 실시양태는 티타늄 및 옥시드의 화학량론적 및/또는 비-화학량론적 양을 포함할 수 있다. 따라서, 다양한 실시양태는 (TiO2 대신에 또는 그에 더하여) TixOy를 포함할 수 있으며, 여기서 x는 1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, x는 대략 0.5 내지 3일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1.5 내지 4일 수 있다 (또한, 정수일 필요는 없음). 따라서, 일부 실시양태는, 예를 들어, TiO2 및/또는 Ti2O3을 포함할 수 있다. 또한, 티타늄 및 옥시드 사이의 비 또는 비의 조합이 어떠하든지 간에 티타니아는 일부 실시양태에서 아나타제, 루틸 및 무정형 중 어느 하나 이상을 포함한, 어느 하나 이상의 결정 구조를 가질 수 있다.
일부 실시양태의 얇은-코트 IFL에 사용하기 위한 다른 예시적인 금속 산화물는 반전도성 금속 산화물, 예컨대 NiO, WO3, V2O5, 또는 MoO3을 포함할 수 있다. 제2 (예를 들어, n-형) 활성 물질이, Al2O3을 포함하는 얇은-코트 IFL로 코팅된 TiO2를 포함하는 것인 예시적인 실시양태는, 예를 들어, Al(NO3)3·xH2O와 같은 전구체 물질, 또는 TiO2 상에 Al2O3을 침착시키는데 적합한 임의의 다른 물질로 형성될 수 있고, 열 어닐링 및 염료 코팅이 이어질 수 있다. MoO3 코팅이 대신 사용되는 예시적인 실시양태에서, 코팅은 Na2Mo4·2H2O와 같은 전구체 물질로 형성될 수 있고; 반면에 일부 실시양태에 따른 V2O5 코팅은 NaVO3과 같은 전구체 물질로 형성될 수 있고; 일부 실시양태에 따른 WO3 코팅은 NaWO4·H2O와 같은 전구체 물질로 형성될 수 있다. 전구체 물질 (예를 들어, Al(NO3)3·xH2O)의 농도는 TiO2 또는 다른 활성 물질 상에 침착된 최종 필름 두께 (여기서 Al2O3의 것)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 전구체 물질의 농도를 변경하는 것은 최종 필름 두께를 제어할 수 있는 방법일 수 있다. 예를 들어, 보다 두꺼운 필름 두께는 보다 큰 전구체 물질 농도로부터 유래할 수 있다. 보다 두꺼운 필름 두께는 금속 산화물 코팅을 포함하는 PV 디바이스에서 반드시 보다 큰 PCE를 야기하지는 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시양태의 방법은 대략 0.5 내지 10.0 mM 범위의 농도를 갖는 전구체 물질을 사용하여 TiO2 (또는 다른 메소다공성) 층을 코팅하는 것을 포함할 수 있고; 다른 실시양태는 대략 2.0 내지 6.0 mM, 또는 다른 실시양태에서 대략 2.5 내지 5.5 mM 범위의 농도를 갖는 전구체 물질로 층을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
게다가, 본원에서 Al2O3 및/또는 알루미나로 언급될지라도, 알루미늄 및 산소의 다양한 비가 알루미나를 형성하는데 사용될 수 있음이 주목되어야 한다. 따라서, 본원에 논의된 일부 실시양태가 Al2O3를 참조하여 기재되었을지라도, 이러한 기재는 산소 내의 알루미늄의 요구되는 비를 정의하는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 실시양태는 각각 AlxOy에 따른 알루미늄 옥시드 비를 가지며, 여기서 x는 대략 1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있는, 어느 하나 이상의 알루미늄-옥시드 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, x는 대략 1 내지 3일 수 있다 (또한, 정수일 필요는 없음). 마찬가지로, y는 0.1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 2 내지 4일 수 있다 (또한, 정수일 필요는 없음). 또한, AlxOy의 다양한 결정질 형태, 예컨대 알루미나의 알파, 감마 및/또는 무정형 형태가 다양한 실시양태에 존재할 수 있다.
마찬가지로, 본원에서 MoO3, WO3 및 V2O5로 언급될지라도, 이러한 화합물은 그 대신에 또는 그에 더하여 MoxOy, WxOy 및 VxOy로 각각 나타내어질 수 있다. MoxOy및 WxOy 각각에 관하여, x는 대략 0.5 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있고; 일부 실시양태에서, 이는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 대략 1 내지 4의 임의의 값일 수 있다. VxOy에 관하여, x는 대략 0.5 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있고; 일부 실시양태에서, 이는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다. 마찬가지로, y는 대략 1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있고; 특정 실시양태에서, 이는 대략 1 내지 10의 정수 또는 비-정수 값일 수 있다.
유사하게, 본원에서 일부 예시적인 실시양태에서 CsSnI3에 대한 언급은 다양한 실시양태에 따른 세슘-주석-아이오딘 화합물의 구성요소 원소의 비를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 일부 실시양태는 주석 및 아이오다이드의 화학량론적 및/또는 비-화학량론적 양을 포함할 수 있고, 이에 따라 이러한 실시양태는 그 대신에 또는 그에 더하여 세슘, 주석 및 아이오딘의 다양한 비, 예컨대 각각 CsxSnyIz의 비를 갖는 어느 하나 이상의 세슘-주석-아이오딘 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, x는 0.1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, x는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다 (또한, 정수일 필요는 없음). 마찬가지로, y는 0.1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, y는 대략 0.5 내지 1.5일 수 있다 (또한, 정수일 필요는 없음). 마찬가지로, z는 0.1 내지 100의 정수 또는 비-정수의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, z는 대략 2.5 내지 3.5일 수 있다. 추가적으로 CsSnI3은 다른 물질, 예컨대 SnF2로, 그 사이의 모든 값 (정수 및 비-정수)을 포함한 0.1:1 내지 100:1 범위의 CsSnI3:SnF2 비로 도핑 또는 배합될 수 있다.
또한, 얇은-코트 IFL은 이중층을 포함할 수 있다. 따라서, 얇은-코트 IFL이 금속-옥시드 (예컨대 알루미나)를 포함하는 실시양태로 돌아가면, 얇은-코트 IFL은 TiO2-플러스-금속-옥시드를 포함할 수 있다. 이러한 얇은-코트 IFL은 단독의 메소다공성 TiO2 또는 다른 활성 물질과 비교하여 전하 재조합에 저항하는 보다 큰 능력을 가질 수 있다. 게다가, TiO2 층의 형성에 있어서, 2차 TiO2 코팅은 본 개시내용의 일부 실시양태에 따르면, TiO2 입자의 충분한 물리적 상호연결을 제공하기 위해 종종 필요하다. 메소다공성 TiO2 (또는 다른 메소다공성 활성 물질) 상에 이중층 얇은-코트 IFL을 코팅하는 것은 금속 산화물 및 TiCl4 둘 다를 포함하는 화합물을 사용하는 코팅의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 금속-옥시드 및 2차 TiO2 코팅의 조합을 포함하는 이중층 얇은-코트 IFL을 생성하고, 어느 하나의 물질의 사용을 통해 그 자신에 대한 성능 개선을 제공할 수 있다.
일부 실시양태에서, IFL은 티타네이트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따른 티타네이트는 화학식 M'TiO3을 가질 수 있고, 여기서 M'는 임의의 2+ 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, M'는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ni, Zn, Cd, Hg, Cu, Pd, Pt, Sn 또는 Pb의 양이온성 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL은 티타네이트의 단일 종을 포함할 수 있으며, 다른 실시양태에서, 상기 IFL은 티타네이트의 둘 이상의 상이한 종을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 티타네이트는 화학식 SrTiO3을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 티타네이트는 화학식 BaTiO3을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 티타네이트는 화학식 CaTiO3을 가질 수 있다.
설명으로서, 및 임의의 제한의 의미 없이, 티타네이트는 페로브스카이트 결정질 구조를 가지며, 페로브스카이트 물질 (예를 들어, MAPbI3, FAPbI3) 성장 전환 과정을 강하게 시딩한다. 티타네이트는 일반적으로 또한 다른 IFL 요구, 예컨대 강유전성 거동, 충분한 전하 캐리어 이동도, 광학 투명성, 매칭된 에너지 준위 및 고유전율을 충족한다.
다른 실시양태에서, IFL은 지르코네이트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따른 지르코네이트는 화학식 M'ZrO3을 가질 수 있으며, 여기서 M'는 임의의 2+ 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, M'는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ni, Zn, Cd, Hg, Cu, Pd, Pt, Sn 또는 Pb의 양이온성 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL은 지르코네이트의 단일 종을 포함할 수 있으며, 다른 실시양태에서, 상기 IFL은 지르코네이트의 2개 이상의 상이한 종을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 지르코네이트는 화학식 SrZrO3을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 지르코네이트는 화학식 BaZrO3을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 지르코네이트는 화학식 CaZrO3을 가질 수 있다.
설명으로서, 및 임의의 제한의 의미 없이, 지르코네이트는 페로브스카이트 결정질 구조를 가지며, 페로브스카이트 물질 (예를 들면, MAPbI3, FAPbI3) 성장 전환 과정을 강하게 시딩한다. 지르코네이트는 일반적으로 또한 다른 IFL 요구, 예컨대 강유전성 거동, 충분한 전하 캐리어 이동도, 광학 투명성, 매칭된 에너지 준위 및 고유전율을 충족한다.
또한, 다른 실시양태에서, IFL은 화학식 M'[ZrxTi1-x]O3의 지르코네이트 및 티타네이트의 조합을 포함할 수 있고, 여기서 X는 0을 초과하나 1 미만이고, M'는 임의의 2+ 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, M'는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ni, Zn, Cd, Hg, Cu, Pd, Pt, Sn 또는 Pb의 양이온성 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL은 지르코네이트의 단일 종을 포함할 수 있으며, 다른 실시양태에서, 상기 IFL은 지르코네이트의 2개 이상의 상이한 종을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 지르코네이트/티타네이트 조합은 화학식 Pb[ZrxTi1-x]O3을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 지르코네이트/티타네이트 조합은 화학식 Pb[Zr0.52Ti0.48]O3을 갖는다.
설명으로서, 및 임의의 제한의 의미 없이, 지르코네이트/티타네이트 조합은 페로브스카이트 결정질 구조를 가지며 페로브스카이트 물질 (예를 들면, MAPbI3, FAPbI3) 성장 전환 과정을 강하게 시딩한다. 지르코네이트/티타네이트 조합은 일반적으로 또한 다른 IFL 요구, 예컨대 강유전성 거동, 충분한 전하 캐리어 이동도, 광학 투명성, 매칭된 에너지 준위 및 고유전율을 충족한다.
다른 실시양태에서, IFL은 니오베이트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따른 니오베이트는 화학식 M'NiO3을 가질 수 있으며, 여기서 M'는 임의의 1+ 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, M'는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, Au, Tl, 암모늄 또는 H의 양이온성 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, IFL은 니오베이트의 단일 종을 포함할 수 있으며, 다른 실시양태에서, 상기 IFL은 니오베이트의 2개 이상의 상이한 종을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 니오베이트는 화학식 LiNbO3을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 니오베이트는 화학식 NaNbO3을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 니오베이트는 화학식 AgNbO3을 가질 수 있다.
설명으로서, 및 임의의 제한의 의미 없이, 니오베이트는 일반적으로 IFL 요구, 예컨대 압전 거동, 비-선형 광학 분극률, 광탄성, 강유전성 거동, 포켈스 효과, 충분한 전하 캐리어 이동도, 광학 투명성, 매칭된 에너지 준위 및 고유전율을 충족한다.
한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질 디바이스는 PbI2를 SrTiO3-코팅된 ITO 기판 상에 캐스팅함으로써 제조될 수 있다. PbI2는 침지 방법에 의해 MAPbI3으로 전환될 수 있다. 이 방법은 하기에 보다 상세하게 기재된다. 이러한 PbI2에서 MAPbI3으로의 결과적인 전환은 SrTiO3의 부재 하의 기판의 제조와 비교하여 보다 완전하다 (광학 분광분석법에 의해 관찰 시).
본원에 논의된 임의의 계면 물질은 도핑된 조성물을 추가로 포함할 수 있다. 계면 물질의 특징 (예를 들어, 전기적, 광학적, 기계적)을 변형하기 위해, 화학량론적 또는 비-화학량론적 물질은 1 ppb 내지 50 mol%의 적은 범위의 양의 하나 이상의 원소 (예를 들어, Na, Y, Mg, N, P)로 도핑될 수 있다. 계면 물질의 일부 예는 NiO, TiO2, SrTiO3, Al2O3, ZrO2, WO3, V2O5, MO3, ZnO, 그래핀, 및 카본 블랙을 포함한다. 이들 계면 물질을 위한 가능한 도펀트의 예는 Li, Na, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Nb, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Sn, In, B, N, P, C, S, As, 할라이드, 슈도할라이드 (예를 들어, 시아나이드, 시아네이트, 이소시아네이트, 풀미네이트, 티오시아네이트, 이소티오시아네이트, 아지드, 테트라카르보닐코발테이트, 카르바모일디시아노메타니드, 디시아노니트로소메타니드, 디시안아미드 및 트리시아노메타니드) 및 임의의 산화 상태의 Al을 포함한다. 도핑된 계면 물질에 대한 본원에서의 언급은 계면 물질 화합물의 구성요소 원소의 비를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
이전에 논의된 얇은-코트 IFL 및 TiO2 상에 이들을 코팅하는 방법은, 일부 실시양태에서, 액체 전해질을 포함하는 DSSC에 이용될 수 있다. 따라서, 얇은-코트 IFL의 예로 돌아가서 한 예로서 다시 도 1을 참조하면, 도 1의 DSSC는 메소다공성 층(1505) 상에 코팅된 상기 기재된 바와 같은 얇은-코트 IFL을 추가로 포함할 수 있다 (즉, 얇은-코트 IFL은 메소다공성 층(1505) 및 염료(1504) 사이에 삽입될 것임).
일부 실시양태에서, DSSC와 관련하여 이전에 논의된 얇은-코트 IFL은 PV (예를 들어, 하이브리드 PV 또는 다른 PV), 전계-효과 트랜지스터, 발광 다이오드, 비-선형 광학 디바이스, 멤리스터, 커패시터, 정류기, 정류 안테나 등의 반도체 디바이스의 임의의 계면 층에서 사용될 수 있다. 게다가, 일부 실시양태의 얇은-코트 IFL은, 본 개시내용의 다양한 실시양태 중 하기 중 어느 하나 이상을 포함하나 이에 제한되지는 않는 본 개시내용에서 논의된 다른 화합물과 조합되어 임의의 다양한 디바이스에서 이용될 수 있다: 고체 정공-수송 물질 예컨대 활성 물질 및 첨가제 (예컨대, 일부 실시양태에서, 케노데옥시콜산 또는 1,8-디아이오도옥탄).
일부 실시양태에서, 상이한 물질로 제조된 다중 IFL은 서로 인접하게 배열되어 복합 IFL을 형성할 수 있다. 이 구성은 2개의 상이한 IFL, 3개의 상이한 IFL, 또는 심지어 보다 많은 수의 상이한 IFL을 수반할 수 있다. 생성된 다중-층 IFL 또는 복합 IFL은 단일-물질 IFL 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 복합 IFL은 도 4의 실시예에 나타내어진 바와 같이, 전지(2610)에서 IFL(2626)로서 및/또는 IFL(2627)로서 사용될 수 있다. 복합 IFL이 단일-물질 IFL과 상이한 한편, 다중-층 IFL을 갖는 페로브스카이트 물질 PV 전지의 어셈블리는 단지 단일-물질 IFL을 갖는 페로브스카이트 물질 PV 전지의 어셈블리와 실질적으로 상이하지 않다.
일반적으로, 복합 IFL은 IFL에 적합한 것으로서 본원에 논의된 물질 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다. 한 실시양태에서, IFL은 Al2O3의 층 및 ZnO 또는 M:ZnO (ZnO 도핑됨, 예를 들어, Be:ZnO, Mg:ZnO, Ca:ZnO, Sr:ZnO, Ba:ZnO, Sc:ZnO, Y:ZnO, Nb:ZnO)의 층을 포함한다. 한 실시양태에서, IFL은 ZrO2의 층 및 ZnO 또는 M:ZnO의 층을 포함한다. 특정 실시양태에서, IFL은 다중 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 다중-층 IFL은 일반적으로 전도체 층, 유전 층 및 반도체 층을 갖는다. 특히 실시양태에서 층은, 예를 들어, 전도체 층, 유전 층, 반도체 층, 유전 층 및 반도체 층을 반복할 수 있다. 다중-층 IFL의 예는 ITO 층, Al2O3 층, ZnO 층 및 제2 Al2O3 층을 갖는 IFL; ITO 층, Al2O3 층, ZnO 층, 제2 Al2O3 층 및 제2 ZnO 층을 갖는 IFL; ITO 층, Al2O3 층, ZnO 층, 제2 Al2O3 층, 제2 ZnO 층 및 제3 Al2O3 층을 갖는 IFL; 및 목적하는 성능 특징을 달성하는데 필수적인 가능한 한 많은 층을 갖는 IFL을 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 특정 화학량론적 비에 대한 언급은 다양한 실시양태에 따른 IFL 층에서의 구성요소 원소의 비를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
복합 IFL로서의 2개 이상의 인접한 IFL을 배열하는 것은 페로브스카이트 물질 PV 전지에서 단일 IFL을 능가할 수 있고, 여기서 각각의 IFL 물질로부터의 속성은 단일 IFL에서 사용될 수 있다. 예를 들어, ITO 층, Al2O3 층 및 ZnO 층을 갖는 아키텍처에서, ITO가 전도성 전극이고, Al2O3이 유전 물질이고, ZnO가 n-형 반도체인 경우에, ZnO는 잘 수행하는 전자 수송 특성 (예를 들어, 이동도)을 갖는 전자 수용자로서 작용한다. 추가적으로, Al2O3은 ITO에 잘 부착되며, 표편 결함 (예를 들어, 전하 트랩)을 캡핑함으로써 표면을 균질화하고, 암전류의 억제를 통해 디바이스 다이오드 특징을 개선시키는, 물리적으로 강건한 물질이다.
페로브스카이트 물질
페로브스카이트 물질은 PV 또는 다른 디바이스의 하나 이상의 측면에 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질은 화학식 CwMyXz을 가질 수 있으며, 여기서 C는 하나 이상의 양이온 (예를 들어, 아민, 암모늄, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물)을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예시는 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Tl, In, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, 및 Zn을 포함함)을 포함하고; X는 하나 이상의 음이온을 포함하고; w, y 및 z는 1 내지 20의 실수를 나타낸다. 일부 실시양태에서, C는 하나 이상의 유기 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 유기 양이온 C는 각각의 금속 M보다 클 수 있고, 각각의 음이온 X는 양이온 C 및 금속 M 둘 다와 결합할 수 있다. 특정한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 화학식 CMX3을 가질 수 있다.
특정 실시양태에서, C는 화학식 [NR4]+의 유기 양이온인 암모늄을 포함할 수 있으며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이한 기일 수 있다. 적합한 R 기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 시클릭, 분지형 또는 직쇄의 임의의 알칸, 알켄, 또는 알킨 CxHy (여기서 x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드, CxHyXz (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 1개의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 피리딘, 피롤, 피롤리딘, 피페리딘, 테트라히드로퀴놀린); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭시드, 티올, 알킬 술피드); 임의의 질소-함유 기 (니트록시드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 보론산); 임의의 유기 산 (예를 들어, 아세트산, 프로판산); 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마, 및 보다 큰 유도체를 포함한 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 또는 기 -OCxHy (여기서 x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
특정 실시양태에서, C는 화학식 [R2NCRNR2]+의 유기 양이온인 포름아미디늄을 포함할 수 있으며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이한 기일 수 있다. 적합한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 시클릭, 분지형 또는 직쇄의 임의의 알칸, 알켄, 또는 알킨 CxHy (여기서 x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드, CxHyXz (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 1개의 질소가 고리 내에 함유된 시클릭 복합체 (예를 들어, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 디히드로피리미딘, (아졸리디닐리덴메틸)피롤리딘, 트리아졸); 임의의 황-함유 기 (예를 들어, 술폭시드, 티올, 알킬 술피드); 임의의 질소-함유 기 (니트록시드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 보론산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마, 및 보다 큰 유도체를 포함한 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 또는 기 -OCxHy (여기서 x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112019115401826-pct00001
화학식 1은 상기 기재된 바와 같은 [R2NCRNR2]+의 화학식을 갖는 포름아미디늄 양이온의 구조를 예시한다. 화학식 2는 페로브스카이트 물질에서 양이온 "C"로서의 역할을 할 수 있는 여러 포름아미디늄 양이온의 예시적인 구조를 예시한다.
Figure 112019115401826-pct00002
특정 실시양태에서, C는 화학식 [(R2N)2C=NR2]+의 유기 양이온인 구아니디늄을 포함할 수 있으며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이한 기일 수 있다. 적합한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 시클릭, 분지형 또는 직쇄의 임의의 알칸, 알켄, 또는 알킨 CxHy (여기서 x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드, CxHyXz (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 1개의 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, 술폭시드, 티올, 알킬 술피드); 임의의 질소-함유 기 (니트록시드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 보론산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마, 및 보다 큰 유도체를 포함한 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 또는 기 -OCxHy (여기서 x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112019115401826-pct00003
화학식 3은 상기 기재된 바와 같은 [(R2N)2C=NR2]+의 화학식을 갖는 구아니디늄 양이온의 구조를 예시한다. 화학식 4는 페로브스카이트 물질에서 양이온 "C"로서의 역할을 할 수 있는 여러 구아니디늄 양이온의 구조의 예를 예시한다.
Figure 112019115401826-pct00004
Figure 112019115401826-pct00005
특정 실시양태에서, C는 화학식 [(R2N)2C=C(NR2)2]+의 유기 양이온인 에텐 테트라민 양이온을 포함할 수 있으며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이한 기일 수 있다. 적합한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 시클릭, 분지형 또는 직쇄의 임의의 알칸, 알켄, 또는 알킨 CxHy (여기서 x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드, CxHyXz (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 1개의 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, 술폭시드, 티올, 알킬 술피드); 임의의 질소-함유 기 (니트록시드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 보론산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마, 및 보다 큰 유도체를 포함한 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 또는 기 -OCxHy (여기서 x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112019115401826-pct00006
화학식 5는 상기 기재된 바와 같은 [(R2N)2C=C(NR2)2]+의 화학식을 갖는 에텐 테트라아민 양이온의 구조를 예시한다. 화학식 6은 페로브스카이트 물질에서 양이온 "C"로서의 역할을 할 수 있는 여러 에텐 테트라아민 이온의 구조의 예시를 예시한다.
Figure 112019115401826-pct00007
Figure 112019115401826-pct00008
특정 실시양태에서, C는 화학식 [CRNRCRNRCR]+ (여기서 R 기는 동일하거나 상이한 기일 수 있음)의 방향족, 시클릭 유기 양이온인 이미다졸륨 양이온을 포함할 수 있다. 적합한 R 기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 기 또는 그의 이성질체; 시클릭, 분지형 또는 직쇄의 임의의 알칸, 알켄 또는 알킨 CxHy (여기서 x = 1 - 20, y = 1 - 42); 알킬 할라이드, CxHyXz (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 1개의 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, 술폭시드, 티올, 알킬 술피드); 임의의 질소-함유 기 (니트록시드, 아민); 임의의 인 함유 기 (포스페이트); 임의의 붕소-함유 기 (예를 들어, 보론산); 임의의 유기 산 (아세트산, 프로판산) 및 그의 에스테르 또는 아미드 유도체; 알파, 베타, 감마 및 그 초과의 유도체를 포함한 임의의 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산); 임의의 규소 함유 기 (예를 들어, 실록산); 및 임의의 알콕시 또는 기 -OCxHy (여기서 x = 0 - 20, y = 1 - 42)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112019115401826-pct00009
일부 실시양태에서, X는 하나 이상의 할라이드를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, X는 그 대신에 또는 그에 더하여 16족 음이온을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 16족 음이온은 옥시드, 술피드, 셀레니드 또는 텔루라이드일 수 있다. 특정 실시양태에서, X는 그 대신에 또는 그에 더하여 하나 이상의 슈도할라이드 (예를 들어, 시아나이드, 시아네이트, 이소시아네이트, 풀미네이트, 티오시아네이트, 이소티오시아네이트, 아지드, 테트라카르보닐코발테이트, 카르바모일디시아노메타니드, 디시아노니트로소메타니드, 디시안아미드 및 트리시아노메타니드)를 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 실험식 CMX3을 포함할 수 있으며, 여기서 C는 상기 언급된 하나 이상의 양이온, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예시는 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl, 및 Zn을 포함함)을 포함하고; X는 상기 언급된 하나 이상의 음이온을 포함한다.
한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 실험식 C3M2X9을 포함할 수 있으며, 여기서 C는 상기 언급된 하나 이상의 양이온, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예시는 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl, 및 Zn을 포함함)을 포함하고; X는 상기 언급된 하나 이상의 음이온을 포함한다.
한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 실험식 CM2X7을 포함할 수 있으며, 여기서 C는 상기 언급된 하나 이상의 양이온, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예시는 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl, 및 Zn을 포함함)을 포함하고; X는 상기 언급된 하나 이상의 음이온을 포함한다.
한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질은 실험식 C2MX4을 포함할 수 있으며, 여기서 C는 상기 언급된 하나 이상의 양이온, 1족 금속, 2족 금속 및/또는 다른 양이온 또는 양이온-유사 화합물을 포함하고; M은 하나 이상의 금속 (예시는 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Sb, Sn, Pb, Bi, Ga, Ge, Ti, Tl, 및 Zn을 포함함)을 포함하고; X는 상기 언급된 하나 이상의 음이온을 포함한다.
페로브스카이트 물질은 또한 C, M 또는 X가 2개 이상의 종을 포함하는 혼합된 이온 배합물, 예를 들어, Cs0.1FA0.9PbI3; FAPb0.5Sn0.5I3; FA0.83Cs0.17Pb(I0.6Br0.4)3; FA0.83Cs0.12Rb0.05Pb(I0.6Br0.4)3 및 FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질의 예는 CsSnI3 (본원에 이전에 논의됨) 및 CsxSnyIz (여기서 x, y 및 z는 이전 논의에 따라 달라짐)를 포함한다. 다른 예는 화학식 CsSnX3의 화합물을 포함하며, 여기서 X는 I3, I2.95F0.05; I2Cl; ICl2; 및 Cl3 중 어느 하나 이상일 수 있다. 다른 실시양태에서, X는 I, Cl, F, 및 Br 중 어느 하나 이상을 Cs 및 Sn과 비교하여 X의 총 비가 CsSnX3의 일반적 화학량론이 되는 양으로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, X를 구성하는 원소의 합한 화학량론은 CsxSnyIz에 관하여 이전에 논의된 바와 같은 Iz와 동일한 규칙을 따를 수 있다. 또 다른 예는 화학식 RNH3PbX3의 화합물을 포함하며, 여기서 R은 CnH2n+1일 수 있으며, n은 0-10 범위이고, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나 이상을 양이온 RNH3 및 금속 Pb와 비교하여 X의 총 비가 RNH3PbX3의 일반적 화학량론이 되는 양으로 포함할 수 있다. 추가로, R의 일부 구체적 예는 H, 알킬 쇄 (예를 들어, CH3, CH3CH2, CH3CH2CH2 등), 및 알파, 베타, 감마, 및 보다 큰 유도체를 포함한 아미노산 (예를 들어, 글리신, 시스테인, 프롤린, 글루탐산, 아르기닌, 세린, 히스티딘, 5-암모늄발레르산)을 포함한다.
다른 예시적인 전자 디바이스
일부 실시양태에 따른 또 다른 예시적인 디바이스는 단일체 얇은-필름 PV 및 배터리 디바이스 또는 하이브리드 PV 배터리이다.
본 개시내용의 일부 실시양태에 따른 하이브리드 PV 배터리는 일반적으로 공통 전극을 공유하고 전기적으로 직렬 또는 병렬로 커플링된 PV 전지 및 배터리 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시양태의 하이브리드 PV 배터리는, 예시적인 하이브리드 PV 배터리의 구성요소의 양식화된 다이어그램이며 하기를 포함하는 도 6을 참조로 하여 기재될 수 있다: 캡슐화제(3601); 적어도 3개의 전극(3602, 3604 및 3606), 그 중 적어도 1개는 디바이스의 PV 부분 및 디바이스의 배터리 부분에 의해 공유되는 것인 공통 전극 (여기서 3604); PV 활성 층(3603); 배터리 활성 층(3605); 및 기판(3607). 이러한 예시적 실시양태에서, 디바이스의 PV 전지는 하나의 전극(3602) (이는 일부 실시양태에서는 PV 전극으로 지칭될 수 있음) 및 PV 활성 층(3603)을 포함할 수 있고, 반면에 디바이스의 배터리는 다른 비-공유 전극(3606) (이는 일부 실시양태에서는 배터리 전극으로 지칭될 수 있음) 및 배터리 활성 층(3605)을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태의 PV 전지 및 배터리 부분은 공통 전극(3604)을 공유한다. 일부 실시양태에서, 하이브리드 PV 배터리는 단일체일 수 있으며, 즉 단일 기판 상에 임프린트될 수 있다. 이러한 실시양태에서, PV 전지 및 배터리 부분 둘 다는 얇은-필름 유형 디바이스여야 한다. 일부 실시양태에서, PV 전지 및 배터리 둘 다는 고-처리량 기술, 예컨대 잉크-젯, 다이-슬롯, 그라비어, 및 임프린트 롤-투-롤 인쇄에 의해 인쇄될 수 있다.
일부 실시양태의 PV 전지는 DSSC, BHJ, 하이브리드 PV 또는 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 PV, 예컨대 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) PV 또는 CIGS (구리-인듐-갈륨-셀레니드) PV를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 PV 배터리의 PV 전지가 DSSC를 포함하는 것인 실시양태에서, PV 전지는 도 1의 예시적인 액체 전해질 DSSC와 도 6의 예시적인 하이브리드 PV 배터리의 PV 전지 사이의 비교에 의해 설명될 수 있다. 구체적으로, PV 전극(3602)은 전극 층(1502)에 상응할 수 있고; PV 활성 층(3603)은 전해질(1503), 염료(1504) 및 ML(1505)에 상응할 수 있고; 공통 전극(3604)은 전극 층(1506)에 상응할 수 있다. 본 개시내용을 이용하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것인 바와 같이, 임의의 다른 PV는 하이브리드 PV 배터리의 일부 실시양태의 PV 전지 구성요소에 유사하게 상응할 수 있다. 게다가, 여기서 논의된 PV 디바이스와 같이, 일부 실시양태에서 디바이스의 PV 전지 내의 PV 활성 층은, 계면 층, 및 제1 및/또는 제2 활성 물질 (이들 각각은 n-형 또는 p-형 반도체일 수 있고, 이들 중 하나 또는 둘 다는 본원에 논의된 다양한 실시양태에 따른 금속-옥시드 계면 층을 포함할 수 있다) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 디바이스의 배터리 부분은 관련 기술분야에 공지된 배터리, 예컨대 리튬 이온 또는 아연 공기에 따라 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 배터리는 얇은-필름 배터리일 수 있다.
따라서, 예를 들어, 일부 실시양태에 따른 하이브리드 PV 배터리는 아연-공기 배터리와 통합된 DSSC를 포함할 수 있다. 디바이스 둘 다는 얇은-필름 유형이고, 본 개시내용의 일부 실시양태에 따라, 고-처리량 기술, 예컨대 잉크-젯 롤-투-롤 인쇄에 의해 인쇄될 수 있다. 이러한 예에서, 아연-공기 배터리는 먼저 반대-전극이 구비된 기판 (기판(3607)에 상응함) 상에 인쇄된다. 광활성 층 (PV 활성 층(3603)에 상응함)이 전극(3604) 상에 후속적으로 인쇄됨에 따라 배터리 반대-전극은 공통 전극 (공통 전극(3604)에 상응함)이 된다. 디바이스는 최종 전극 (PV 전극(3602)에 상응함)이 구비되고, 캡슐화제 (캡슐화제(3601)에 상응함) 내에 캡슐화된다. 캡슐화제는 에폭시, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 에틸-비닐 아세테이트 (EVA), 파릴렌 C 또는 디바이스를 환경으로부터 보호하는데 적합한 임의의 다른 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 하이브리드 PV 배터리는 공지된 배터리 또는 PV 디바이스에 비해 여러 이점을 제공할 수 있다. 하이브리드 PV 배터리가 단일체인 실시양태에서, 이는 접속 와이어의 결핍으로 인해 증가된 내구성을 나타낼 수 있다. 그렇지 않으면 별개인 2개의 디바이스의 하나로의 조합 (PV 및 배터리)은 별개의 배터리를 충전하기 위한 별개의 PV의 사용과 비교하여 전체 크기 및 중량을 추가로 유리하게 감소시킬 수 있다. 하이브리드 PV 배터리가 얇은-필름 유형 PV 전지 및 배터리 부분을 포함하는 것인 실시양태에서, 얇은-유형 PV 전지는 유리하게는 배터리 산업에 공지된 기판, 예컨대 폴리이미드 (예를 들어, 캡톤 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)) 상에 배터리와 함께 인-라인 인쇄될 수 있다. 또한, 이러한 하이브리드 PV 배터리의 최종 형태 인자는, 일부 실시양태에서, 표준 배터리의 형태 인자에 맞춰질 수 있다 (예를 들어, 가전 제품, 예컨대 코인, AAA, AA, C, D 또는 그 밖의 것에 사용하기 위해; 또는 예를 들어 휴대 전화에 사용하기 위해). 일부 실시양태에서, 배터리는 디바이스로부터 제거한 후 태양광에 배치하여 충전될 수 있다. 다른 실시양태에서, 배터리는 배터리의 PV 전지가 디바이스로부터 외부에 면하여 (즉, 배터리가 디바이스 내에 봉입되지 않음) 디바이스가 태양광에 대한 노출에 의해 충전될 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 휴대 전화는 전화기의 외부에 면하는 배터리의 PV 전지를 갖는 하이브리드 PV 배터리를 포함할 수 있다 (전화기의 커버된 부분 내에 배터리를 전적으로 위치시키는 것과는 반대로).
또한, 본 개시내용의 일부 실시양태는 다중-광활성-층 PV 전지를 제공할 수 있다. 이러한 전지는 적어도 2개의 광활성 층을 포함할 수 있으며, 각각의 광활성 층은 공유된 양측 전도성 (즉, 전도체/절연체/전도체) 기판에 의해 다른 것으로부터 분리된다. 일부 실시양태의 광활성 층 및 공유 기판(들)은 전도성 층 (예를 들어, 전도성 기판, 또는 기판에 결합되거나 다르게는 커플링된 전도체) 사이에 개재될 수 있다. 일부 실시양태에서, 전도체 및/또는 기판 중 어느 하나 이상은 UV, 가시, 또는 IR 스펙트럼 내에서 적어도 일부 전자기 방사선에 대해 투명할 수 있다.
각각의 광활성 층은 본원의 다른 곳에 논의된 다양한 PV 디바이스 (예를 들어, DSSC, BHJ, 하이브리드) 중 어느 것의 활성 및/또는 광활성 층(들)에 따른 구성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 광활성 층은 전자기 방사선의 상이한 파장을 흡수할 수 있다. 이러한 구성은 본 개시내용을 이용하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것인 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시양태에 따른 예시적인 다중-광활성-층 PV 전지는, 일부 이러한 PV 전지의 기본 구조를 도시하는 도 7의 양식화된 다이어그램을 참조하여 설명될 수 있다. 도 7은 공유된 양측 전도성 기판(3710)에 의해 분리되어 있는 제1 및 제2 광활성 층 (각각 (3701 및 3705))을 나타낸다 (예를 들어, 도 7은 일반적 성질의 전도체/절연체/전도체의 아키텍처를 나타냄). 2개의 광활성 층(3701 및 3705) 및 공유된 기판(3710)은 제1 전도성 기판과 제2 전도성 기판(3715 및 3720) 사이에 개재된다. 이 예시적인 설치에서, 각각의 광활성 층(3701 및 3705)은 DSSC-유사 구성에 따라 염료를 포함한다. 또한, 제1 광활성 층(3701)의 염료는 가시 EM 스펙트럼의 제1 부분 (예를 들어, 입사 청색 및 녹색 광(3750 및 3751))에서 전자기 방사선을 흡수할 수 있고, 반면에 제2 광활성 층(3705)의 염료는 가시 EM 스펙트럼의 상이한 제2 부분 (예를 들어, 적색 및 황색 광(3755 및 3756))에서 전자기 방사선을 흡수할 수 있다. 도 7에 도시된 디바이스의 경우에는 아니지만, 일부 실시양태에 따른 디바이스는 중첩되더라도 상이한 파장 범위의 방사선을 흡수할 수 있는 염료 (또는 다른 광활성 층 물질)를 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 각각의 광활성 층에서 여기 시 (예를 들어, 입사 태양 방사선에 의해), 정공은 제1 광활성 층(3701)으로부터 제1 전도성 기판(3715)으로, 마찬가지로 제2 광활성 층(3705)으로부터 제2 전도성 기판(3720)으로 유동할 수 있다. 부수적인 전자 수송은 따라서 각각의 광활성 층(3701 및 3705)으로부터 공유된 전도성 기판(3710)에 이르기까지 일어날 수 있다. 전기 전도체 또는 전도체들 (예를 들어, 도 7에서와 같은 리드(3735))은 제1 및 제2 전도성 기판(3715 및 3720) 각각으로부터 떨어져 회로의 음의 방향(3730)을 향하는 (예를 들어, 캐소드 음극 배터리 단자 등을 향하는) 정공의 수송을 추가로 제공할 수 있고, 반면에 전도체 또는 전도체들 (예를 들어, 도 7에서와 같은 리드(3745 및 3746))은 전자를 공유된 기판(3710)으로부터 떨어져 회로의 양의 방향(3735)을 향하여 운반할 수 있다.
일부 실시양태에서, 2개 이상의 다중-광활성-층 PV 전지는 접속되거나 다르게는 전기적으로 커플링될 수 있다 (예를 들어, 직렬로). 예를 들어, 도 7의 예시적 실시양태를 다시 참조하면, 전자를 제1 및 제2 전도성 기판(3715 및 3720) 각각으로부터 떨어진 곳으로 전도하는 와이어(3735)는 또한 제2 다중-광활성-층 PV 전지의 공유된 양측 전도성 기판 (예를 들어, 도 7의 예시적인 PV 전지의 공유된 전도성 기판(3710)에 상응하는 공유된 전도성 기판)에 접속될 수 있다. 임의의 수의 PV 전지는 이와 같이 직렬로 접속될 수 있다. 일부 실시양태에서 말단 효과는 본질적으로 전기적으로 직렬로 커플링된 다수의 병렬 PV 전지 쌍이다 (여기서 2개의 광활성 층 및 공유된 양측 전도성 기판을 갖는 각각의 다중-광활성-층 PV 전지는 한 쌍의 병렬 PV 전지로 간주될 수 있음). 유사하게, 3개의 광활성 층 및 각각의 광활성 층 사이에 개재된 2개의 공유된 양측 전도성 기판을 갖는 다중-광활성-층 PV 전지는 병렬 PV 전지의 트리오, 및 4, 5개 및 그 초과의 광활성 층을 포함하는 다중-광활성-층 PV 전지에 대한 것 등으로 동등하게 간주될 수 있다.
게다가, 전기적으로 커플링된 다중-광활성-층 PV 전지는 하나 이상의 배터리에 추가로 전기적으로 커플링되어 특정 실시양태에 따른 하이브리드 PV 배터리를 형성할 수 있다.
특정 실시양태에서, 직렬의 2개 이상의 다중-광활성-층 PV 전지의 전기적 커플링 (예를 들어, 병렬 PV 전지 쌍의 2개 이상의 유닛의 직렬 접속)은, 캡핑 애노드(3870)와 캡핑 캐소드(3880) 사이에 4개의 다중-광활성-층 PV 전지(3810, 3820, 3830 및 3840)의 직렬 전기적 커플링을 도시한 도 8a에 도시된 것과 유사한 형태로 수행될 수 있다. PV 전지(3810, 3820, 3830 및 3840)는 공통의 제1 외부 기판(3850)을 갖고, PV 전지(3820 및 3830)는 공통의 제2 외부 기판(3851)을 갖는다. 또한, 공통의 공유된 기판(3855)은 직렬 접속의 길이에 이르고, 각각의 PV 전지에 대해 도 8a에서 양식화된 실시양태의 공유된 기판(3710)에 상응한다. 도 8a의 실시양태에 나타내어진 다중-광활성-층 PV 전지(3810, 3820, 3830 및 3840) 각각은 2개의 광활성 층 (예를 들어, PV 전지(3810) 내의 광활성 층(3811 및 3812)) 및 2개의 광전극 (예를 들어, PV 전지(3810) 내의 광전극(3815 및 3816))을 포함한다. 본 실시양태 및 다른 상응하는 실시양태에 따른 광활성 층은 상기 개시된 바와 같이 임의의 광활성 및/또는 활성 물질을 포함할 수 있고 (예를 들어, 제1 활성 물질, 제2 활성 물질 및/또는 하나 이상의 계면 층), 광전극은 본원에 논의된 바와 같이 전극으로서 적합한 임의의 기판 및/또는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광활성 층 및 광전극의 배열은 전지에서 전지로 교대로 일어날 수 있다 (예를 들어, 전기적 커플링을 직렬로 확립하기 위해). 예를 들어, 도 8a에 나타내어진 바와 같이, 전지(3810)는 광전극-광활성 층-공유 기판-광활성 층-광전극에 따라 공유된 외부 기판 사이에 배열되고, 반면에 전지(3820)는 광전극 및 광활성 층이 인접한 전지(3810)에 대하여 교환되는 배열을 나타내고, 전지(3830)는 마찬가지로 광전극 및 광활성 층이 인접한 전지(3820)에 대하여 교환되는 배열을 나타낸다 (또한 이에 따라 전지(3810)와 유사하게 배열됨). 도 8a는 추가적으로 PV 전지(3810, 3820, 3830 및 3840)의 전기적 커플링을 가능하게 하도록 공통 기판(3850, 3851 및 3855) 각각의 부분에 커플링된 복수의 투명한 전도체(3801, 3802, 3803, 3804, 3805, 3806, 3807 및 3808)을 나타낸다. 또한, 도 8a는 일부 실시양태에 따라 일련의 PV 전지의 배터리 (여기서, 리튬-이온 배터리(3860))에 대한 전기적 커플링을 나타낸다. 이러한 커플링은 PV 전지가 이전에 논의된 일부 실시양태의 하이브리드 PV-배터리의 충전에 대해 유사한 방식으로 Li-이온 배터리를 충전 가능하게 할 수 있다. 도 8b는 도 8a의 디바이스에서 생성된 전류 유동을 나타내는 전기적 등가 다이어그램이다.
복합 페로브스카이트 물질 디바이스 설계
일부 실시양태에서, 본 개시내용은 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함한 PV 및 다른 유사한 디바이스 (예를 들어, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, FET, LED, 비선형 광학 (NLO), 도파관 등)의 복합 설계를 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 페로브스카이트 물질은 일부 실시양태의 제1 및 제2 활성 물질 중 어느 하나 또는 둘 다 (예를 들어, 도 5의 활성 물질(2810 및 2815))로서의 역할을 할 수 있다. 보다 일반적인 용어에서, 본 개시내용의 일부 실시양태는 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층을 갖는 PV 또는 다른 디바이스를 제공한다. 이러한 실시양태에서, 페로브스카이트 물질 (즉, 어느 하나 이상의 페로브스카이트 물질(들)을 포함한 물질)은 다양한 아키텍처의 활성 층에 이용될 수 있다. 게다가, 페로브스카이트 물질은 활성 층의 어느 하나 이상의 구성요소 (예를 들어, 각각이 하기에 보다 상세하게 논의된, 전하 수송 물질, 메소다공성 물질, 광활성 물질 및/또는 계면 물질)의 기능(들)을 수행할 수 있다. 다른 실시양태에서 복수의 페로브스카이트 물질이 디바이스에 포함될 수 있으며, 각각의 페로브스카이트 물질이 하나 이상의 이러한 기능을 수행할 수 있을지라도, 일부 실시양태에서 동일한 페로브스카이트 물질이 다중의 이러한 기능을 수행할 수 있다. 특정 실시양태에서, 페로브스카이트 물질이 어떠한 역할을 수행할 수 있는지 간에, 이는 다양한 상태로 디바이스 내에 제조되고/거나 존재할 수 있다. 예를 들어, 이는 일부 실시양태에서 실질적으로 고체일 수 있다. 다른 실시양태에서, 이는 용액일 수 있거나 (예를 들어, 페로브스카이트 물질은 액체 중에 용해되고 상기 액체 중에 그의 개별적 이온 아종으로 존재할 수 있음); 이는 (예를 들어, 페로브스카이트 물질 입자의) 현탁액일 수 있다. 용액 또는 현탁액은 (예를 들어, 디바이스의 또 다른 구성요소, 예컨대 메소다공성, 계면, 전하 수송, 광활성 또는 다른 층 상에, 및/또는 전극 상에) 디바이스 내에 코팅되거나 또는 달리 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서 페로브스카이트 물질은 (예를 들어, 얇은-필름 고체로서 증착에 의해) 디바이스의 또 다른 구성요소의 표면 상에 계내에서 형성될 수 있다. 페로브스카이트 물질을 포함하는 고체 또는 액체 층을 형성하는 임의의 다른 적합한 수단이 이용될 수 있다.
일반적으로, 페로브스카이트 물질 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 및 페로브스카이트 물질을 포함하는 활성 층을 포함할 수 있으며, 상기 활성 층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된다. 일부 실시양태에서, 제1 전극은 애노드 및 캐소드 중 하나일 수 있고, 제2 전극은 애노드 및 캐소드 중 다른 하나일 수 있다. 특정 실시양태에 따른 활성 층은 하기 중 어느 하나 이상을 포함한, 어느 하나 이상의 활성 층 구성요소를 포함할 수 있다: 전하 수송 물질; 액체 전해질; 메소다공성 물질; 광활성 물질 (예를 들어, 염료, 규소, 카드뮴 텔룰라이드, 카드뮴 술피드, 카드뮴 셀레니드, 구리 인듐 갈륨 셀레니드, 갈륨 아르세나이드, 게르마늄 인듐 포스피드, 반전도성 중합체, 다른 광활성 물질)); 및 계면 물질. 이들 활성 층 구성요소 중 어느 하나 이상은 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 활성 층 구성요소 중 일부 또는 전부는 하위-층에 전체적으로 또는 부분적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 활성 층은 하기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다: 계면 물질을 포함한 계면 층; 메소다공성 물질을 포함한 메소다공성 층; 및 전하 수송 물질을 포함한 전하 수송 층. 일부 실시양태에서, 광활성 물질, 예컨대 염료는 이들 층 중 어느 하나 이상에 코팅되거나 또는 달리 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 어느 하나 이상의 층은 액체 전해질로 코팅될 수 있다. 추가로, 계면 층은 일부 실시양태에 따른 활성 층 중 어느 2개 이상의 다른 층 사이에 및/또는 층 및 코팅 사이에 (예컨대 염료 및 메소다공성 층 사이에) 및/또는 2개의 코팅 사이에 (예컨대 액체 전해질 및 염료 사이에) 및/또는 활성 층 구성요소 및 전극 사이에 포함될 수 있다. 본원에서 층에 대한 언급은 최종 배열 (예를 들어, 디바이스 내에 개별적으로 정의가능한 각각의 물질의 실질적으로 불연속적인 부분)을 포함할 수 있고/거나 층에 대한 언급은 각각의 층에서 물질(들)의 후속적인 상호혼합 가능성에도 불구하고 디바이스의 구축 동안의 배열을 의미할 수 있다. 층은 일부 실시양태에서 별개이고, 실질적으로 인접 물질을 포함할 수 있다 (예를 들어, 층은 도 1에 양식화 도시된 바와 같을 수 있음). 다른 실시양태에서, 층은 실질적으로 상호혼합될 수 있으며 (예를 들어, BHJ, 하이브리드 및 일부 DSSC 전지의 경우에서와 같이), 그의 예는 도 4에서 광활성 층(2616) 내에 제1 및 제2 활성 물질(2618 및 2620)에 의해 나타내어진다. 일부 실시양태에서, 도 4의 디바이스에 의해 또한 나타내어진 바와 같이, 디바이스는 제1 및 제2 활성 물질(2618 및 2620)의 상호혼합된 층을 포함하는 광활성 층(2616)에 더하여, 별개 인접 층(2627, 2626 및 2622)을 함유하는 이들 두 종류의 층의 혼합물을 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 어떠한 종류든지 간에 어느 2개 이상의 층은 특정 실시양태에서 높은 접촉 표면적을 달성하도록 하는 방식으로 서로 인접하게 (및/또는 서로 상호혼합되도록) 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 페로브스카이트 물질을 포함하는 층은 높은 접촉 표면적을 달성하도록 하나 이상의 다른 층에 인접하게 배치될 수 있다 (예를 들어, 페로브스카이트 물질이 낮은 전하 이동도를 나타내는 경우에). 다른 실시양태에서, 높은 접촉 표면적은 필요하지 않을 수 있다 (예를 들어, 페로브스카이트 물질이 높은 전하 이동도를 나타내는 경우에).
일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스는 임의로 하나 이상의 기판을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 전극 중 어느 하나 또는 둘 다는 전극이 기판 및 활성 층 사이에 실질적으로 배치되도록 기판 상에 코팅되거나 또는 달리 배치될 수 있다. 디바이스의 구성 물질 (예를 들어, 기판, 전극, 활성 층 및/또는 활성 층 구성요소)은 다양한 실시양태에서 완전히 또는 부분적으로 경질 또는 가요성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극은 기판으로서 작용할 수 있으며, 그에 의해 개별 기판에 대한 필요가 부정된다.
게다가, 특정 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스는 (예를 들어, 집광 층, 예컨대 도 2에 나타내어진 예시적인 PV에서 도시된 바와 같은 집광 층(1601) 내에) 집광 물질을 임의로 포함할 수 있다. 또한, 페로브스카이트 물질 디바이스는 어느 하나 이상의 첨가제, 예컨대 본 개시내용의 일부 실시양태에 관하여 상기 논의된 첨가제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
페로브스카이트 물질 디바이스에 포함될 수 있는 다양한 물질 중 일부의 기재는 부분적으로 도 9를 참조하여 이루어질 것이다. 도 9는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(3900)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(3900)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 도시되었을지라도, 도 9는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는, 이러한 별개 층 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(3900)는 제1 및 제2 기판(3901 및 3913)을 포함한다. 제1 전극(3902)은 제1 기판(3901)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극(3912)은 제2 기판(3913)의 내부 표면 상에 배치된다. 활성 층(3950)은 2개의 전극(3902 및 3912) 사이에 개재된다. 활성 층(3950)은 메소다공성 층(3904); 제1 및 제2 광활성 물질(3906 및 3908); 전하 수송 층(3910) 및 여러 계면 층을 포함한다. 도 9는 게다가 활성 층(3950)의 하위-층이 계면 층에 의해 분리되고, 추가로 계면 층이 각각의 전극(3902 및 3912) 상에 배치된 것인 실시양태에 따른 예시적인 디바이스(3900)를 도시한다. 특히, 제2, 제3, 및 제4 계면 층(3905, 3907 및 3909)은 각각 메소다공성 층(3904), 제1 광활성 물질(3906), 제2 광활성 물질(3908) 및 전하 수송 층(3910) 각각의 사이에 배치된다. 제1 및 제5 계면 층(3903 및 3911)은 각각 (i) 제1 전극(3902) 및 메소다공성 층(3904); 및 (ii) 전하 수송 층(3910) 및 제2 전극(3912) 사이에 배치된다. 따라서, 도 9에 도시된 예시적인 디바이스의 아키텍처는 하기와 같이 특징화될 수 있다: 기판-전극-활성 층-전극-기판. 활성 층(3950)의 아키텍처는 하기와 같이 특징화될 수 있다: 계면 층-메소다공성 층-계면 층-광활성 물질-계면 층-광활성 물질-계면 층-전하 수송 층-계면 층. 이전에 언급된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 계면 층이 존재할 필요가 없거나; 하나 이상의 계면 층은, 전부가 아니라 특정한, 활성 층의 구성요소 및/또는 디바이스의 구성요소 사이에만 포함될 수 있다.
기판, 예컨대 제1 및 제2 기판(3901 및 3913) 중 어느 하나 또는 둘 다는 가요성 또는 경질일 수 있다. 2개의 기판이 포함되는 경우에, 적어도 하나는 전자기 (EM) 방사선 (예컨대, 예를 들어, UV, 가시 또는 IR 방사선)에 대해 투명하거나 반투명이어야 한다. 1개의 기판이 포함되는 경우에, 디바이스의 부분이 EM 방사선이 활성 층(3950)과 접촉하는 것을 허용하는 한 그럴 필요는 없지만, 이는 유사하게 투명 또는 반투명일 수 있다. 적합한 기판 물질은 하기 중 어느 하나 이상을 포함한다: 유리; 사파이어; 산화마그네슘 (MgO); 운모; 중합체 (예를 들어, PEN, PET, PEG, 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카르보네이트, PMMA, 폴리아미드; 캡톤 등); 세라믹; 탄소; 복합체 (예를 들면, 섬유유리, 케블라; 탄소 섬유); 직물 (예를 들면, 목화, 나일론, 실크, 울); 목재; 건식벽체; 금속; 스틸; 은; 금; 알루미늄; 마그네슘; 콘크리트; 및 그의 조합.
이전에 언급된 바와 같이, 전극 (예를 들어, 도 9의 전극(3902 및 3912) 중 하나)은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 일부 실시양태에서, 하나의 전극은 캐소드로서 기능할 수 있고, 다른 하나의 전극은 애노드로서 기능할 수 있다. 전극(3902 및 3912) 중 어느 하나 또는 둘 다는 리드, 케이블, 와이어, 또는 디바이스(3900)에 및/또는 그로부터 전하 수송을 가능하게 하는 다른 수단에 커플링될 수 있다. 전극은 임의의 전도성 물질을 구성할 수 있고, 적어도 하나의 전극은 EM 방사선에 대해 투명 또는 반투명이고/이거나 EM 방사선이 활성 층(3950)의 적어도 부분에 접촉하는 것을 가능하게 하는 방식으로 배열되어야 한다. 적합한 전극 물질은 하기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다: 인듐 주석 옥시드 또는 주석-도핑된 산화인듐 (ITO); 플루오린-도핑된 산화주석 (FTO); 산화카드뮴 (CdO); 아연 인듐 주석 옥시드 (ZITO); 알루미늄 아연 옥시드 (AZO); 알루미늄 (Al); 금 (Au); 은 (Ag); 칼슘 (Ca); 크로뮴 (Cr); 마그네슘 (Mg); 티타늄 (Ti); 스틸; 탄소 (및 그의 동소체); 도핑된 탄소 (예를 들면, 질소-도핑된); 코어-쉘 구성의 나노입자 (예를 들면, 규소-탄소 코어-쉘 구조); 및 그의 조합.
메소다공성 물질 (예를 들어, 도 9의 메소다공성 층(3904)에 포함된 물질)은 임의의 세공-함유 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 세공은 약 1 내지 약 100 nm 범위의 직경을 가질 수 있고; 다른 실시양태에서, 세공 직경은 약 2 내지 약 50 nm 범위일 수 있다. 적합한 메소다공성 물질은 하기 중 어느 하나 이상을 포함한다: 본원의 다른 곳에 논의된 임의의 계면 물질 및/또는 메소다공성 물질; 알루미늄 (Al); 비스무트 (Bi); 세륨 (Ce); 하프늄 (Hf); 인듐 (In); 몰리브데넘 (Mo); 니오븀 (Nb); 니켈 (Ni); 규소 (Si); 티타늄 (Ti); 바나듐 (V); 아연 (Zn); 지르코늄 (Zr); 상기 금속 중 어느 하나 이상의 옥시드 (예를 들어, 알루미나, 세리아, 티타니아, 아연 옥시드, 지르코니아 등); 상기 금속 중 어느 하나 이상의 술피드; 상기 금속 중 어느 하나 이상의 니트라이드; 및 그의 조합. 일부 실시양태에서, 도 9에 의해 예시된 디바이스는 메소다공성 물질 층을 포함하지 않을 수 있다.
광활성 물질 (예를 들어, 도 9의 제1 또는 제2 광활성 물질(3906 또는 3908))은 임의의 광활성 화합물, 예컨대 규소 (일부 경우에, 단결정질 규소), 카드뮴 텔룰라이드, 카드뮴 술피드, 카드뮴 셀레니드, 구리 인듐 갈륨 셀레니드, 구리 인듐 셀레니드, 구리 아연 주석 술피드, 비소화갈륨, 게르마늄, 게르마늄 인듐 포스피드, 인듐 포스피드, 하나 이상의 반도체 중합체 (예를 들어, 폴리티오펜 (예를 들어, 폴리(3-헥실티오펜) 및 그의 유도체 또는 P3HT); 카르바졸계 공중합체 예컨대 폴리헵타데카닐카르바졸 디티에닐벤조티아디아졸 및 그의 유도체 (예를 들면, PCDTBT); 다른 공중합체 예컨대 폴리시클로펜타디티오펜-벤조티아디아졸 및 그의 유도체 (예를 들면, PCPDTBT), 폴리벤조디티오페닐-티에노티오펜디일 및 그의 유도체 (예를 들면, PTB6, PTB7, PTB7-th, PCE-10); 폴리(트리아릴 아민) 화합물 및 그의 유도체 (예를 들면, PTAA); 폴리페닐렌 비닐렌 및 그의 유도체 (예를 들면, MDMO-PPV, MEH-PPV) 및 그의 조합 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 광활성 물질은 그 대신에 또는 그에 더하여 염료 (예를 들어, N719, N3, 다른 루테늄-기재 염료)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 염료 (어떠한 조성이든지 간에)는 또 다른 층 (예를 들어, 메소다공성 층 및/또는 계면 층) 상에 코팅될 수 있다. 일부 실시양태에서, 광활성 물질은 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 페로브스카이트-물질-함유 광활성 물질은 고체 형태를 가질 수 있거나, 또는 일부 실시양태에서 이는 페로브스카이트 물질을 포함하는 현탁액 또는 용액을 포함하는 염료의 형태를 취할 수 있다. 이러한 용액 또는 현탁액은 다른 염료와 유사한 방식으로 다른 디바이스 구성요소 상에 코팅될 수 있다. 일부 실시양태에서, 고체 페로브스카이트-함유 물질은 임의의 적합한 수단 (예를 들어, 증착, 용액 침착, 고체 물질의 직접 배치 등)에 의해 침착될 수 있다. 다양한 실시양태에 따른 디바이스는 1, 2, 3종 또는 그 초과의 광활성 화합물 (예를 들어, 1, 2, 3종 또는 그 초과의 페로브스카이트 물질, 염료 또는 그의 조합)을 포함할 수 있다. 다중 염료 또는 다른 광활성 물질을 포함한 특정 실시양태에서, 둘 이상의 염료 또는 다른 광활성 물질 각각은 하나 이상의 계면 층에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시양태에서, 다중 염료 및/또는 광활성 화합물은 적어도 부분적으로 상호혼합될 수 있다.
전하 수송 물질 (예를 들어, 도 9에서 전하 수송 층(3910)의 전하 수송 물질)은 고체-상태 전하 수송 물질 (즉, 통칭적으로 고체-상태 전해질로 표지됨)을 포함할 수 있거나, 또는 이는 액체 전해질 및/또는 이온성 액체를 포함할 수 있다. 액체 전해질, 이온성 액체 및 고체-상태 전하 수송 물질 중 임의의 것은 전하 수송 물질로서 지칭될 수 있다. 본원에 사용된 "전하 수송 물질"은 고체, 액체, 또는 전하 캐리어를 수집하고/거나 전하 캐리어를 수송할 수 있는 그 밖의 것인 임의의 물질을 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시양태에 따른 PV 디바이스에서, 전하 수송 물질은 전하 캐리어를 전극으로 수송할 수 있다. 전하 캐리어는 정공 (그의 수송은 전하 수송 물질을 단지 "정공 수송 물질"로 적절히 표지되도록 할 수 있음) 및 전자를 포함할 수 있다. PV 또는 다른 디바이스 내에 캐소드 또는 애노드에 관한 전하 수송 물질의 배치에 따라 정공은 애노드를 향해, 및 전자는 캐소드를 향해 수송될 수 있다. 일부 실시양태에 따른 전하 수송 물질의 적합한 예는 하기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다: 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), 폴리벤조디티오페닐-티에노티오펜디일 및 그의 유도체 (예를 들어, PTB6, PTB7, PTB7-th, PCE-10); 폴리(트리아릴 아민) 화합물 및 그의 유도체 (예를 들어, PTAA); 스피로-OMeTAD; 폴리페닐렌 비닐렌 및 그의 유도체 (예를 들어, MDMO-PPV, MEH-PPV); 풀러렌 및/또는 풀러렌 유도체 (예를 들어, C60, PCBM); 탄소 나노튜브; 흑연; 그래핀; 카본 블랙; 무정형 탄소; 유리질 탄소; 탄소 섬유; 및 그의 조합. 특정 실시양태에서, 전하 수송 물질은 전하 캐리어 (전자 또는 정공)를 수집할 수 있고/거나 전하 캐리어를 수송할 수 있는 고체 또는 액체의 임의의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태의 전하 수송 물질은 n- 또는 p-형 활성 및/또는 반전도성 물질일 수 있다. 전하 수송 물질은 디바이스의 전극 중 하나에 근접하게 배치될 수 있다. 다른 실시양태에서 계면 층이 전하 수송 물질 및 전극 사이에 배치될 수 있지만 (예를 들어 제5 계면 층(3911)을 갖는 도 9에 나타내어진 바와 같이), 일부 실시양태에서 전하 수송 물질이 전극에 인접하게 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 전하 수송 물질의 유형은 근접한 전극에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 전하 수송 물질이 정공을 수집 및/또는 수송하는 경우에, 이는 정공을 애노드로 수송하도록 애노드에 근접할 수 있다. 그러나, 전하 수송 물질은 대신에 캐소드에 근접하게 배치될 수 있고, 캐소드로 전자를 수송하도록 선택 또는 구축될 수 있다.
이전에 언급된 바와 같이, 일부 실시양태에 따른 디바이스가 임의의 계면 층을 함유할 필요가 없을지라도, 다양한 실시양태에 따른 디바이스는 어느 2개의 다른 층 및/또는 물질 사이에 계면 층을 임의로 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 페로브스카이트 물질 디바이스는 0, 1, 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 계면 층을 함유할 수 있다 (예컨대 5개의 계면 층(3903, 3905, 3907, 3909 및 3911)을 함유하는 도 9의 예시적인 디바이스). 계면 층은 본원에 이전에 논의된 실시양태에 따른 얇은-코트 계면 층을 포함할 수 있다 (예를 들어, 알루미나 및/또는 다른 금속-옥시드 입자 및/또는 티타니아/금속-옥시드 이중층 및/또는 본원의 다른 곳에 논의된 바와 같은 얇은-코트 계면 층에 따른 다른 화합물 포함). 일부 실시양태에 따른 계면 층은 2개의 층 또는 물질 사이에 전하 수송 및/또는 수집을 증진시키기 위한 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있고; 이는 또한 전하가 계면 층에 인접한 물질 중 하나로부터 떨어져 수송되면 전자 재조합의 가능성을 방지 또는 감소시키는 것을 도울 수 있다. 적합한 계면 물질은 본원의 다른 곳에 논의된 임의의 메소다공성 물질 및/또는 계면 물질; Ag; Al; Au; B; Bi; Ca; Cd; Ce; Co; Cu; Fe; Ga; Ge; H; In; Mg; Mn; Mo; Nb; Ni; Pt; Sb; Sc; Si; Sn; Ta; Ti; V; W; Y; Zn; Zr; 상기 금속 중 어느 것의 탄화물 (예를 들어, SiC, Fe3C, WC); 상기 금속 중 어느 것의 규화물 (예를 들어, Mg2Si, SrSi2, Sn2Si); 상기 금속 중 어느 것의 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, SnO2, ZnO); 상기 금속 중 어느 것의 황화물 (예를 들어, CdS, MoS2, SnS2); 상기 금속 중 어느 것의 질화물 (예를 들어, Mg3N2, TiN, BN, Si3N4); 상기 금속 중 어느 것의 셀레니드 (예를 들어, CdSe, FeS2, ZnSe); 상기 금속 중 어느 것의 텔루라이드 (예를 들어, CdTe, TiTe2, ZnTe); 상기 금속 중 어느 것의 인화물 (예를 들어, InP, GaP); 상기 금속 중 어느 것의 비소화물 (예를 들어, CoAs3, GaAs, InGaAs, NiAs); 상기 금속 중 어느 것의 안티몬화물 (예를 들어, AlSb, GaSb, InSb); 상기 금속 중 어느 것의 할로겐화물 (예를 들어, CuCl, CuI, BiI3); 상기 금속 중 어느 것의 슈도할로겐화물 (예를 들어, CuSCN, AuCN2); 상기 금속 중 어느 것의 탄산염 (예를 들어, CaCO3, Ce2(CO3)3); 관능화 또는 비관능화 알킬 실릴 기; 흑연; 그래핀; 풀러렌; 탄소 나노튜브; 본원의 다른 곳에 논의된 임의의 메소다공성 물질 및/또는 계면 물질; 및 그의 조합 (일부 실시양태에서, 조합된 물질의 이중층, 삼중층, 또는 다중층 포함) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 계면 층은 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 추가로, 계면 층은 본원에 언급된 임의의 계면 물질의 도핑된 실시양태 (예를 들어, Y-도핑된 ZnO, N-도핑된 단일-벽 탄소 나노튜브)를 포함할 수 있다. 계면 층은 또한 상기 물질 중 3종을 갖는 화합물 (예를 들어, CuTiO3, Zn2SnO4) 또는 상기 물질 중 4종을 갖는 화합물 (예를 들어, CoNiZnO)을 포함할 수 있다.
도 9의 양식화된 표현에 따른 디바이스는 일부 실시양태에서 PV, 예컨대 DSSC, BHJ, 또는 하이브리드 태양 전지일 수 있다. 일부 실시양태에서, 도 9에 따른 디바이스는 병렬 또는 직렬의 다중-전지 PV, 배터리, 하이브리드 PV 배터리, FET, LEDS 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 디바이스를 구성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태의 BHJ는 전극(3902 및 3912)에 상응하는 2개의 전극, 및 이종접합 계면에서 적어도 2종의 물질 (예를 들어, 활성 층(3950)의 물질 및/또는 층 중 어느 2종)을 포함하는 활성 층을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 다른 디바이스 (예컨대 하이브리드 PV 배터리, 병렬 또는 직렬의 다중-전지 PV 탠덤 디바이스 등)는 도 9의 활성 층(3950)에 상응하는 페로브스카이트 물질을 포함한 활성 층을 포함할 수 있다. 간략하게, 도 9의 예시적인 디바이스의 도시의 양식화된 성질은 도 9에 따른 다양한 실시양태의 디바이스의 허용가능한 구조 또는 아키텍처를 어떤 방식으로도 제한하지 않아야 한다.
예로서, 도 9a는 도 9에 의해 예시된 페로브스카이트 물질 디바이스(3900)와 유사한 구조를 갖는 페로브스카이트 물질 디바이스(3900a)의 한 실시양태를 예시한다. 도 9a는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(3900a)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(3900a)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 9a는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 도 9a는 활성 층(3906a 및 3908a)를 포함한다. 활성 층(3906a 및 3908a) 중 하나 또는 둘 다는, 일부 실시양태에서, 도 9와 관련하여 상기 기재된 임의의 페로브스카이트 광활성 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 활성 층(3906a 및 3908a) 중 하나 또는 둘 다는 본원에 기재된 임의의 광활성 물질, 예컨대, 박막 반도체 (예를 들면, CdTe, CZTS, CIGS), 광활성 중합체, 염료 감응형 광활성 물질, 풀러렌, 소분자 광활성 물질 및 결정질 및 다결정질 반도체 물질 (예를 들면, 규소, GaAs, InP, Ge)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 활성 층(3906a 및 3908a) 중 하나 또는 둘 다는 발광 다이오드 (LED), 전계 효과 트랜지스터 (FET), 박막 배터리 층 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 실시양태에서, 활성 층(3906a 및 3908a) 중 하나는 광활성 물질을 포함할 수 있고 다른 것은 발광 다이오드 (LED), 전계 효과 트랜지스터 (FET), 박막 배터리 층 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 활성 층(3908a)은 페로브스카이트 물질 광활성 층을 포함할 수 있고 활성 층(3906b)은 전계 효과 트랜지스터 층을 포함할 수 있다. 도 9a의 예시된 다른 층, 예컨대 층(3901a, 3902a, 3903a, 3904a, 3905a, 3907a, 3909a, 3910a, 3911a, 3912a 및 3913a)은 도 9와 관련하여 본원에 기재된 이러한 상응하는 층과 유사할 수 있다.
페로브스카이트 디바이스의 추가적인, 보다 구체적인, 예시적인 실시양태는 예시적인 디바이스의 추가의 양식화된 도시의 관점에서 논의될 것이다. 이들 도시인 도 10-21의 양식화된 성질은 유사하게는 일부 실시양태에서 도 10-21 중 어느 하나 이상에 따라 구축될 수 있는 디바이스의 유형을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 즉, 도 10-21에 나타내어진 아키텍처는 임의의 적합한 수단 (본원의 다른 곳에 명백히 논의된 것들, 및 본 개시내용을 이용하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것인 다른 적합한 수단 둘 다 포함)에 따라, BHJ, 배터리, FET, 하이브리드 PV 배터리, 직렬 다중-전지 PV, 병렬 다중-전지 PV 및 본 개시내용의 다른 실시양태의 다른 유사한 디바이스를 제공하도록 적합화될 수 있다.
도 10은 다양한 실시양태에 따른 예시적인 디바이스(4100)를 도시한다. 디바이스(4100)는 제1 및 제2 유리 기판(4101 및 4109)을 포함한 실시양태를 도시한다. 각각의 유리 기판은 그의 내부 표면 상에 배치된 FTO 전극 (각각 제1 전극(4102) 및 제2 전극(4108))을 갖고, 각각의 전극은 그의 내부 표면 상에 침착된 계면 층을 가지며: TiO2 제1 계면 층(4103)은 제1 전극(4102) 상에 침착되고, Pt 제2 계면 층(4107)은 제2 전극(4108) 상에 침착된다. 메소다공성 층(4104) (TiO2 포함); 광활성 물질(4105) (페로브스카이트 물질 MAPbI3 포함); 및 전하 수송 층(4106) (여기서는 CsSnI3 포함)이 2개의 계면 층 사이에 개재된다.
도 11은 메소다공성 층을 생략한 예시적인 디바이스(4300)를 도시한다. 디바이스(4300)는 제1 및 제2 계면 층(4303 및 4305) (각각 티타니아 및 알루미나 포함) 사이에 개재된 페로브스카이트 물질 광활성 화합물(4304) (MAPbI3 포함)을 포함한다. 티타니아 계면 층(4303)은 FTO 제1 전극(4302) 상에 코팅되며, 상기 FTO 제1 전극은 또한 유리 기판(4301)의 내부 표면 상에 배치된다. 스피로-OMeTAD 전하 수송 층(4306)은 알루미나 계면 층(4305) 상에 코팅되고 금 제2 전극(4307)의 내부 표면 상에 배치된다.
본 개시내용을 이용하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것인 바와 같이, 다양한 다른 실시양태, 예컨대 다중 광활성 층을 갖는 디바이스가 가능하다 (도 9의 예시적인 디바이스의 광활성 층(3906 및 3908)에 의해 예시된 바와 같이). 일부 실시양태에서, 상기 논의된 바와 같이, 각각의 광활성 층은 계면 층에 의해 분리될 수 있다 (도 9에서 제3 계면 층(3907)에 의해 나타내어진 바와 같이). 게다가, 메소다공성 층(3904)이 제1 전극(3902) 상에 배치되는 것으로 도 9에 도시된 바와 같이, 메소다공성 층은 전극 상에 배치될 수 있다. 도 9이 둘 사이에 배치된 개재하고 있는 계면 층(3903)을 도시할지라도, 일부 실시양태에서 메소다공성 층은 전극 상에 직접 배치될 수 있다.
도 12-21은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 12-21은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 예시적인 디바이스는 본 개시내용 전반에 걸쳐 기재된 층 및 물질을 포함한다. 디바이스는 기판 층 (예를 들어, 유리), 전극 층 (예를 들어, ITO, Ag), 복합 IFL일 수 있는 계면 층 (예를 들어, ZnO, Al2O3, Y:ZnO 및/또는 Nb:ZnO), 광활성 물질 (예를 들어 MAPbI3, FAPbI3, 5-AVAㆍHCl: MAPbI3, 및/또는 CHP: MAPbI3) 및 전하 수송 층 (예를 들어, 스피로-OMeTAD, PCDTBT, TFB, TPD, PTB7, F8BT, PPV, MDMO-PPV, MEH-PPV, 및/또는 P3HT)을 포함할 수 있다.
도 12는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(4400)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(4400)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 12는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(4400)는 제1 및 제2 기판(4401 및 4407)을 포함한다. 제1 전극 (ITO)(4402)은 제1 기판(4401)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (Ag)(4406)은 제2 기판(4407)의 내부 표면 상에 배치된다. 활성 층(4450)은 2개의 전극(4402 및 4406) 사이에 개재된다. 활성 층(4450)은 제1 IFL (예를 들어, SrTiO3)(4403), 광활성 물질 (예를 들어, MAPbI3)(4404), 및 전하 수송 층 (예를 들어, 스피로-OMeTAD)(4405)을 포함한다.
도 13은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(4500)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(4500)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 13은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(4500)는 제1 및 제2 기판(4501 및 4508)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(4502)은 제1 기판(4501)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(4507)은 제2 기판(4508)의 내부 표면 상에 배치된다. 활성 층(4550)은 2개의 전극(4502 및 4507) 사이에 개재된다. 활성 층(4550)은 제1 IFL (예를 들어, Al2O3)(4503) 및 제2 IFL (예를 들어, ZnO)(4504)을 포함하는 복합 IFL, 광활성 물질 (예를 들어, MAPbI3)(4505), 및 전하 수송 층 (예를 들어, 스피로-OMeTAD)(4506)을 포함한다.
도 14는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6100)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6100)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 14는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6100)는 기판 (예를 들어, 유리)(6101)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6102)은 기판(6101)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6107)은 2개의 전극(6102 및 6107) 사이에 개재된 활성 층(6150)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6150)은 제1 IFL (예를 들어, Al2O3)(6103) 및 제2 IFL (예를 들어, ZnO)(6104)을 포함하는 복합 IFL, 광활성 물질 (예를 들어, MAPbI3)(6105) 및 전하 수송 층 (예를 들어, 스피로-OMeTAD)(6106)을 포함한다.
도 15는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6200)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6200)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 15는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6200)는 기판 (예를 들어, 유리)(6201)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6202)은 기판(6201)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6206)은 2개의 전극(6202 및 6206) 사이에 개재된 활성 층(6250)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6250)은 IFL (예를 들어, Y:ZnO)(6203), 광활성 물질 (예를 들어, MAPbI3)(6204) 및 전하 수송 층 (예를 들어, P3HT)(6205)을 포함한다.
도 16은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6300)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6300)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 16은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6300)는 기판 (예를 들어, 유리)(6301)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6302)은 기판(6301)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6309)은 2개의 전극(6302 및 6309) 사이에 개재된 활성 층(6350)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6350)은 제1 IFL (예를 들어, Al2O3)(6303), 제2 IFL (예를 들어, ZnO)(6304), 제3 IFL (예를 들어, Al2O3)(6305) 및 제4 IFL (예를 들어, ZnO)(6306)을 포함하는 복합 IFL, 광활성 물질 (예를 들어, MAPbI3)(6307), 및 전하 수송 층 (예를 들어, PCDTBT)(6308)을 포함한다.
도 17은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6400)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6400)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 17은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6400)는 기판 (예를 들어, 유리)(6401)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6402)은 기판(6401)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6409)은 2개의 전극(6402 및 6409) 사이에 개재된 활성 층(6450)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6450)은 제1 IFL (예를 들어, Al2O3)(6403), 제2 IFL (예를 들어, ZnO)(6404), 제3 IFL (예를 들어, Al2O3)(6405) 및 제4 IFL (예를 들어, ZnO)(6406)을 포함하는 복합 IFL, 광활성 물질 (예를 들어, 5-AVAㆍHCl:MAPbI3)(6407) 및 전하 수송 층 (예를 들어, PCDTBT)(6408)을 포함한다.
도 18은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6500)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6500)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 18은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6500)는 기판 (예를 들어, 유리)(6501)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6502)은 기판(6501)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6506)은 2개의 전극(6502 및 6506) 사이에 개재된 활성 층(6550)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6550)은 IFL (예를 들어, Nb:ZnO)(6503), 광활성 물질 (예를 들어, FAPbI3)(6504) 및 전하 수송 층 (예를 들어, P3HT)(6505)을 포함한다.
도 19는 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6600)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6600)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 19는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6600)는 기판 (예를 들어 유리)(6601)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6602)은 기판(6601)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Ag)(6606)은 2개의 전극(6602 및 6606) 사이에 개재된 활성 층(6650)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6650)은 IFL (예를 들어, Y:ZnO)(6603), 광활성 물질 (예를 들어, CHP;MAPbI3)(6604) 및 전하 수송 층 (예를 들어, P3HT)(6605)을 포함한다.
도 20은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6700)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6700)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 20은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6700)는 기판 (예를 들어, 유리)(6701)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6702)은 기판(6701)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Al)(6707)은 2개의 전극(6702 및 6707) 사이에 개재된 활성 층(6750)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6750)은 IFL (예를 들어, SrTiO3)(6703), 광활성 물질 (예를 들어, FAPbI3)(6704), 제1 전하 수송 층 (예를 들어, P3HT)(6705) 및 제2 전하 수송 층 (예를 들어, MoOx)(6706)을 포함한다.
도 21은 일부 실시양태에 따른 페로브스카이트 물질 디바이스(6800)의 양식화된 다이어그램이다. 디바이스(6800)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 21은 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 디바이스(6800)는 기판 (예를 들어, 유리)(6801)을 포함한다. 제1 전극 (예를 들어, ITO)(6802)은 기판(6801)의 내부 표면 상에 배치되고, 제2 전극 (예를 들어, Al)(6811)은 2개의 전극(6802 및 6811) 사이에 개재된 활성 층(6850)의 상부 상에 배치된다. 활성 층(6850)은 제1 IFL (예를 들어, Al2O3)(6803), 제2 IFL (예를 들어, ZnO)(6804), 제3 IFL (예를 들어, Al2O3)(6805), 제4 IFL (예를 들어, ZnO)(6806) 및 제5 IFL (예를 들어, Al2O3)(6807)을 포함하는 복합 IFL, 광활성 물질 (예를 들어, FAPbI3)(6808), 제1 전하 수송 층 (예를 들어, P3HT)(6809), 및 제2 전하 수송 층 (예를 들어, MoOx)(6810)을 포함한다.
박막 광기전력 디바이스를 위한 캡슐화제 층
일부 실시양태에서, PV 디바이스는 하나 이상의 캡슐화 층을 포함할 수 있다. 캡슐화 층은 PV 디바이스의 전극 층에 근접하게 위치할 수 있다. 도 22는 캡슐화 층을 포함하는 광기전력 디바이스(7100)의 한 실시양태를 예시한다. 디바이스(7100)의 다양한 구성요소가 인접 물질을 포함하는 별개 층으로서 예시될지라도, 도 22는 양식화된 다이어그램임이 이해되어야 하고; 따라서, 그에 따른 실시양태는 이러한 별개 층, 및/또는 본원에 이전에 논의된 "층"의 용법과 일치하는 실질적으로 상호혼합된, 비-인접 층을 포함할 수 있다. 도 Z에 의해 예시된 광기전력 디바이스는 제1 기판(7101), 제1 전극(7102), 제1 계면 층(7103), 활성 층(7104), 제2 계면 층(7105), 제2 전극(7106), 비-화학량론적 화합물 층(Z107), 밀봉 층(7108) (또한 캡슐화제 층으로도 지칭됨) 및 제2 기판(7109)을 포함하는 여러 층을 포함한다.
제1 기판(7101) 및 제2 기판(7109)은 가요성 또는 강성일 수 있다. 기판(7101 및 7109)은 본 출원 전반에 걸쳐 기재된 임의의 적합한 기판 물질일 수 있고 특정한 실시양태에서는 도 1-21에 대해 기재된 임의의 적합한 기판 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 단지 1개의 기판 층이 PV 디바이스에 포함될 수 있다. 2개의 기판이 포함되는 경우, 적어도 1개는 전자기 (EM) 방사선 (예컨대, 예를 들어, UV, 가시 또는 IR 방사선)에 대해 투명 또는 반투명이어야 한다. 1개의 기판이 포함되는 경우, 디바이스의 일부가 EM 방사선이 활성 층(7104)과 접촉하는 것을 허용하는 한 그럴 필요는 없지만, 이는 유사하게 투명 또는 반투명일 수 있다. 적합한 기판 물질은 하기 중 어느 하나 이상을 포함한다: 유리; 사파이어; 산화마그네슘 (MgO); 운모; 중합체 (예를 들어, PEN, PET, PEG, 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카르보네이트, PMMA, 폴리아미드; 캡톤 등); 세라믹; 탄소; 복합체 (예를 들면, 섬유유리, 케블라; 탄소 섬유); 직물 (예를 들면, 나일론, 목화, 실크, 울); 목재; 건식벽체; 금속; 스틸; 은; 금; 알루미늄; 마그네슘; 콘크리트; 또는 도 6-21과 관련하여 본원에 논의된 임의의 다른 기판 및 그의 조합. 예시된 실시양태에서, 제1 기판(7101)은 기체 또는 액체에 불침투성이거나 또는 기체 또는 액체에 효과적으로 불침투성이 되도록 충분히 두꺼울 수 있고, 따라서 부식성 또는 산화 물질이 층(7108)을 통해 층(7102)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
전극(7102) 및 전극(7106)은 본 출원 전반에 걸쳐 기재된 임의의 적합한 전극 물질일 수 있고, 특정한 실시양태에서는 도 1-21과 관련하여 기재된 임의의 적합한 전극 물질일 수 있다. 예를 들면, 전극(7102 및 7106)에 적합한 물질은 ITO, FTO, CdO, ZITO, AZO, Al, Au, Cu, Pt, Ca, Mg, Ti, 스틸, 탄소, 탄소 동소체 (예를 들어 카본 블랙, 풀러렌, 그래핀, 단일 벽 탄소 나노튜브, 이중 벽 탄소 나노튜브) 또는 임의의 다른 전도성 물질을 포함한다. 마찬가지로 계면 층(7103 및 7105)은 본 출원 전반에 걸쳐 기재된 임의의 적합한 계면 층 물질일 수 있고, 특정한 실시양태에서는 도 1-20과 관련하여 기재된 임의의 적합한 계면 층 물질일 수 있다. 이러한 물질의 예는 Al, Bi, In, Mo, Ni, Si, Ti, V, Nb, Sn, Zn 및 그의 조합의 산화물, 황화물 또는 질화물 (예를 들어 NiO, Zn2SnO4); 관능화 또는 비-관능화 알킬 실릴; 기; 및 탄소 및 탄소 동소체 (예를 들어 카본 블랙, 풀러렌, 그래핀, 단일 벽 탄소 나노튜브, 이중 벽 탄소 나노튜브)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 디바이스(7100)는 단지 1개의 계면 층, 예컨대 계면 층(7103 또는 7105) 중 단지 1개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 디바이스(7100)은 어떤 계면 층도 갖지 않을 수 있다.
전극 층(7102 및 7106) 및 계면 층(7103 및 7105)에서와 같이, 활성 층(7104)은 본 출원 전반에 걸쳐 기재된 임의의 활성 층 물질 또는 광활성 물질일 수 있고, 특정한 실시양태에서는 도 1-21에 대해 기재된 임의의 적합한 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서 활성 층(7104)은 광활성 층일 수 있다. 다른 실시양태에서 활성 층(7104)은 발광 다이오드 (LED), 전계 효과 트랜지스터 (FET), 박막 배터리 층 또는 그의 조합일 수 있다. 활성 층(7104) 물질의 예는 페로브스카이트 물질, 박막 반도체 (예를 들면, CdTe, CZTS, CIGS), 광활성 중합체, 염료 감응형 광활성 물질, 풀러렌, 소분자 광활성 물질 (예를 들어, 바토쿠프로인, 페릴렌 모노아미드, 페릴렌 디이미드, 스피로-OMeTAD, 트리아릴 아민, 안트라센, 테트라센, 펜타센, 루브렌, 안트라디티오펜, 쿼터티오펜, 벤조티오펜, TCNQ, ZnPc, CuPc, subPc, TPD, Alq3, Znq2, Zn(BOX)2, BTBT-C5, 클로로필-a, TIPS-Si) 및 결정질 및 다결정질 반도체 물질 (예를 들면, 규소, GaAs, InP, Ge)을 포함한다.
밀봉 층(7108) 및 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 광기전력 디바이스(7100)이 존재하는 환경으로부터 층(7106)을 통해 층(7102)을 위한 보호를 제공한다. 밀봉 층(7108)은 에폭시 (예를 들면, 1 부분 에폭시, 2 부분 에폭시, 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 지방족 에폭시 수지, 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 글리시딜아민 에폭시 수지, 아민계 경화 에폭시 수지, 무수물계 경화 에폭시 수지, 티올계 경화 에폭시 수지, 및 페놀계 경화 에폭시 수지), 중합체 예컨대 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리카르보네이트, PMMA 및 EVA, 유리 프릿 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 밀봉 층(7108)은 기체 예컨대 공기, 산소, 수증기, 이산화탄소, 질소, 암모니아 및 할로겐에 대해 불투과성일 수 있다. 다른 실시양태에서 밀봉 층(7108)은 기체 예컨대 공기, 산소, 수증기, 이산화탄소, 질소, 암모니아 및 할로겐에 대해 낮은 투과성을 가질 수 있다. 예를 들면, 특정 실시양태에서, 밀봉 층(7108)은 85 섭씨 온도에서 1일당 200 g/m2 이하의 투과성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 밀봉 층(7108)은 0 내지 100 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 밀봉 층(7108)은 10 마이크로미터 내지 10 밀리미터의 두께를 가질 수 있다.
비-화학량론적 화합물 층(7107)은 산소가 화학적 화학량론과 비교하여 결핍이거나 또는 과잉인 산소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)을 이루는 옥시드 화합물은 MxOy의 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M은 금속이고, O는 산소이고, x 및 y는 1 내지 10의 실수이다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 SiO, CrO2, MnO, VO, FeO, CeO, LaO, HfO, ZrO, TiO, AlO, GeO 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 비-화학량론적 옥시드 층(7107)은 2원, 3원, 4원 또는 그 초과의 화합물, 예컨대 NawFexTiyOz를 포함할 수 있으며, 여기서 w, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 예를 들면, 2원 비-화학량론적 화합물은 일반적으로 M1xM2yOz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M1은 제1 금속이고, M2는 제2 금속이고, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 추가의 예로서, 3원 비-화학량론적 화합물은 일반적으로 M1wM2xM3yOz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있고, 4원 화합물은 일반적으로 M1vM2wM3xM4yOz 등으로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있다. 일반적으로 비-화학량론적 옥시드는 특정 금속 또는 금속의 혼합물에 대해 형성될 수 있는 가장 안정한 금속 산화물은 아닌 임의의 금속 산화물을 지칭한다. 표 1은 여러 금속에 대해 상이한 산화 상태에 상응하는 금속 산화물을 나타낸다. "화학량론적" 금속 산화물은 표 1에서 별표로 식별되고, 다른 모든 금속 산화물은 비-화학량론적으로 간주될 수 있다.
표 1 - 비-화학량론적 및 화학량론적 옥시드
Figure 112019115401826-pct00010
추가적으로, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 황이 화학적 화학량론과 비교하여 결핍이거나 또는 과잉인 황 함유 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)을 이루는 술피드 화합물은 MxSy의 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M은 금속이고, S는 황이고, x 및 y는 1 내지 10의 실수이다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 SiS, CrS2, MnS, VS, FeS, CeS, LaS, HfS, ZrS, TiS, AlS, GeS 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 2원, 3원, 4원 또는 그 초과의 화합물, 예컨대 NawFexTiySz를 포함할 수 있으며, 여기서 w, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 예를 들면, 2원 비-화학량론적 술피드 화합물은 일반적으로 M1xM2ySz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M1은 제1 금속이고, M2는 제2 금속이고, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 추가의 예로서, 3원 비-화학량론적 화합물은 일반적으로 M1wM2xM3ySz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있고, 4원 화합물은 일반적으로 M1vM2wM3xM4ySz 등으로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있다. 일반적으로 비-화학량론적 술피드는 특정 금속 또는 금속의 혼합물에 대해 형성될 수 있는 가장 안정한 금속 황화물은 아닌 임의의 금속 황화물을 지칭한다. 표 2는 여러 금속에 대해 상이한 산화 상태에 상응하는 금속 황화물을 나타낸다. "화학량론적" 금속 황화물은 표 2에서 별표로 식별되고, 다른 모든 금속 산화물은 비-화학량론적으로 간주될 수 있다.
표 2 - 비-화학량론적 및 화학량론적 술피드
Figure 112019115401826-pct00011
또한, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 질소가 화학적 화학량론과 비교하여 결핍이거나 또는 과잉인 질소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)을 이루는 니트라이드 화합물은 MxNy의 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M은 금속이고, N은 질소이고, x 및 y는 1 내지 10의 실수이다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 SiN, Cr3N2, MnN, V3N2, Fe3N2, Ce3N2, La3N2, Hf3N2, Zr3N2, Ti3N2, Al3N2, GeN 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 2원, 3원, 4원 또는 그 초과의 화합물, 예컨대 NawFexTiyNz를 포함할 수 있으며, 여기서 w, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 예를 들면, 2원 비-화학량론적 술피드 화합물은 일반적으로 M1xM2yNz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 M1은 제1 금속이고, M2는 제2 금속이고, x, y 및 z는 실수를 나타낸다. 추가의 예로서, 3원 비-화학량론적 화합물은 일반적으로 M1wM2xM3yNz로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있고, 4원 화합물은 일반적으로 M1vM2wM3xM4yNz 등으로 나타낼 수 있는 화학식을 가질 수 있다. 일반적으로 비-화학량론적 술피드는 특정 금속 또는 금속의 혼합물에 대해 형성될 수 있는 가장 안정한 금속 황화물은 아닌 임의의 금속 황화물을 지칭한다. 표 3은 여러 금속에 대해 상이한 산화 상태에 상응하는 금속 질화물을 나타낸다. "화학량론적" 금속 질화물은 표 3에서 별표로 식별되고, 다른 모든 금속 산화물은 비-화학량론적으로 간주될 수 있다.
표 3 - 비-화학량론적 및 화학량론적 니트라이드
Figure 112019115401826-pct00012
비-화학량론적 옥시드는 또한 전하 종, 예컨대 NbO3 -, TiO3 2-, 및 SbO2 -로서 존재할 수 있다. 마찬가지로, 비-화학량론적 술피드 및 니트라이드는 전하 종, 예컨대 VS3 2-, TiS3 2-, Si2N6 10-로서 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 옥시드, 술피드 및 니트라이드는 또한 혼합 원자가 종 예컨대 Fe3O4, Mn3O4, 혼합 금속 종, 예컨대 CuFeO2, Co2S3, Fe2S3, FeN 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 추가적으로, 일부 비-화학량론적 옥시드는 히드록시드 종 예컨대 Sn(OH)2를 함유할 수 있는 수화 형태로서 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 0 내지 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 1 내지 50 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 1 내지 10 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
비-화학량론적 화합물 층(7107)은 물리흡착, 흡착 또는 화학 반응을 통하여 기체 예컨대 산소, 수증기, 이산화탄소, 암모니아 및 할로겐을 흡수 또는 포획할 수 있다. 예를 들면, SiO로 구성된 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 밀봉 층(7108)을 통해 확산할 수 있는 산소와 반응하여 SiO2를 형성할 수 있고, 산소가 층(7106)을 통해 층(7102)에 도달하는 것을 효과적으로 방지하고, 광기전력 디바이스(7100)의 전극 층, 계면 층 및 활성 층의 산화 손상을 방지할 수 있다. 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 밀봉 층(7108)을 통해 이동할 수 있는 임의의 물질을 흡수하거나, 그와 반응하거나 또는 달리 그를 포획함으로써 이들 물질이 광기전력 디바이스를 손상시키는 것을 방지한다. 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7107) 사이의 반응은 비-화학량론적 화합물 층(7107)의 일부를 부동태화할 수 있다. 예를 들면, SiO로서의 비-화학량론적 옥시드 층(7107)이 산소와 반응하여 SiO2를 형성하고, 비-화학량론적 옥시드 층(7107)으로 산소가 확산되는 속도는 산소와 반응하여 SiO2를 형성한 비-화학량론적 옥시드 층(Z107)의 부분에 의해 감속될 수 있다. 비-화학량론적 옥시드 층(7107)과 산소 사이의 반응의 예는 하기 제시된다.
Figure 112019115401826-pct00013
비-화학량론적 옥시드 층 및 밀봉 층, 예컨대 도 22와 관련하여 상기 기재된 것들은 도 1-21에 예시된 임의의 전극에 근접하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 비-화학량론적 옥시드 층 및 밀봉 층은 도 1의 Pt/FTO 층(1502)과 유리 층(1501) 사이 및/또는 FTO 층(1506)과 유리 층(1507) 사이에 배치될 수 있다. 추가의 예로서, 비-화학량론적 옥시드 층 및 캡슐화제 층은 다중 계면 층 및 활성 층을 갖는 디바이스 예컨대 도 9에 의해 예시된 디바이스(3900)에 사용될 수 있다. 이러한 디바이스의 한 실시양태에서, 비-화학량론적 옥시드 층 및 캡슐화제 층은 전극 2(3912)와 기판 2(2913) 사이 및/또는 전극 1(3902)과 기판 1(3901) 사이에 배치될 수 있다. 비-화학량론적 화합물 층(7107)은 스핀 코팅, 슬롯-다이 인쇄, 화학 증착, 열 증발, 스퍼터링, 원자 층 증착, 압출 및 그라비어 인쇄를 포함하나 이에 제한되지는 않은 다양한 방법에 의해 침착될 수 있다. 비-화학량론적 옥시드 침착은 제어된 분위기 하에 추가로 발생할 수 있다. 예를 들면, 비-화학량론적 옥시드 침착은 건조 질소, 아르곤, 헬륨, 네온 또는 탄소 옥시드 분위기 하에 발생할 수 있다. 일부 실시양태에서, 침착 분위기는 진공 (예를 들면, 760 Torr 미만) 또는 고진공 (예를 들면, 10-6 Torr 미만) 범위의 제어된 양의 수증기를 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 광기전력 디바이스는 광기전력 디바이스의 양측에 밀봉 층 및 비-화학량론적 화합물 층을 포함할 수 있다. 도 23은 도 22에 의해 예시된 광기전력 디바이스(7100)와 유사하며 추가의 캡슐화 층을 포함하는 광기전력 디바이스(7200)의 한 실시양태를 예시한다. 광기전력 디바이스(7200)는 기판 1(7201)과 전극 1(7202) 사이에 배치된 밀봉 층(7208a) 및 비-화학량론적 화합물 층(7207a), 뿐만 아니라 기판 2(7209)와 전극 2(7206) 사이에 배치된 밀봉 층(7208b) 및 비-화학량론적 화합물 층(7207b)을 포함한다. 밀봉 층(7208a 및 7208b)은 도 22에 의해 예시된 밀봉 층(7108)에 대해 본원에 기재된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 비-화학량론적 화합물 층(7207a 및 7207b)은 도 22에 의해 예시된 비-화학량론적 화합물 층(7108)에 대해 본원에 기재된 임의의 물질을 포함할 수 있다.
추가로, 일부 실시양태에서, 광기전력 디바이스는 디바이스의 층 사이에 하나 이상의 비-화학량론적 화합물 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광기전력 디바이스는 계면 층과 활성 층 (예를 들어 본원에 기재된 바와 같은 광활성 층, 배터리 층 또는 반도체 층) 사이에, 계면 층과 전극 사이에, 또는 활성 층과 전극 사이에 비-화학량론적 화합물 층을 포함할 수 있다. 도 24는 도 23에 의해 예시된 광기전력 디바이스(7200) 및 도 22에 의해 예시된 광활성 디바이스(7100)와 유사하며 활성 층(7304)과 계면 층(7303) 사이에 배치된 비-화학량론적 화합물 층(7307c)을 포함하는 광기전력 디바이스(7300)의 한 실시양태를 예시한다. 이러한 한 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7307c)은 활성 층(7304)과 계면 층(7303) 사이의 전하 수송을 가능하게 하도록 충분히 얇을 수 있다. 예를 들면, 일부 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7307c)은 0.5 내지 20 나노미터의 두께일 수 있다. 추가 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7307c)은 0.5 내지 5 나노미터의 두께일 수 있다. 추가 실시양태에서, 비-화학량론적 화합물 층(7307c)은 0.5 내지 1 나노미터의 두께일 수 있다.
따라서, 본 발명은 언급된 목적 및 이점 뿐만 아니라 본원의 고유한 목적 및 이점을 획득하도록 잘 적합화된다. 상기 개시된 특정한 실시예는, 본 발명이 본원의 교시의 이익을 갖는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한, 상이하지만 등가의 방식으로 변형 및 실시될 수 있으므로, 단지 예시적이다. 게다가, 하기 청구범위에 기재되는 것 이외에, 본원에 나타내어진 구축 또는 설계의 상세한 설명에 어떤 제한도 의도되지 않는다. 따라서, 상기 개시된 특정한 예시적인 실시양태는 변경 또는 변형될 수 있으며, 모든 이러한 변형이 본 발명의 범주 및 취지 내에 있는 것으로 간주되는 것이 명백하다. 특히, 본원에 개시된 ("약 a 내지 약 b", 또는 동등하게는 "대략 a 내지 b", 또는 동등하게는 "대략 a-b" 형태의) 값의 각각의 범위는 값의 각각의 범위의 멱집합 (모든 부분집합의 집합)으로 지칭되는 것으로 이해되고, 값의 보다 넓은 범위 내에 포괄되는 모든 범위를 제시한다. 또한, 청구범위 내의 용어는 특허권자에 의해 달리 명백하고 명확하게 정의되지 않는 한, 그의 통상의 일반적인 의미를 갖는다.

Claims (30)

  1. 제1 기판;
    제2 기판;
    제1 전극;
    제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 활성 층이며, 광활성 물질을 포함하는 활성 층;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 계면 층;
    제1 기판과 제1 전극 사이 또는 제2 기판과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 캡슐화제 층; 및
    제1 전극과 캡슐화제 층 사이 또는 제2 전극과 캡슐화제 층 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 비-화학량론적 옥시드 층
    을 포함하고,
    비-화학량론적 옥시드 층은 제1 전극과 캡슐화제 층의 양측, 또는 제2 전극과 캡슐화제 층의 양측에 접촉하는 광기전력 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 각각 SiO, CrO2, MnO, VO, FeO, CeO, LaO, HfO, ZrO, TiO, AlO, GeO 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 화학식 MxOy를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 M은 하나 이상의 금속을 포함하고, x는 1 내지 10의 실수를 나타내고, y는 1 내지 10의 실수를 나타내는 것인 광기전력 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 화학식 MwM'xM"yOz를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 M, M' 및 M"은 각각 금속을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 캡슐화제 층이 각각 에폭시, 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리카르보네이트, PMMA, EVA, 유리 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 광활성 물질이 페로브스카이트 물질을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 1개 이상의 계면 층이 Al, Bi, In, Mo, Ni, Si, Ti, V, Nb, Sn, Zn 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 산화물, 황화물 또는 질화물을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 1 나노미터 이상 50 나노미터 이하의 두께를 갖는 것인 광기전력 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 캡슐화제 층이 10 마이크로미터 이상 10 밀리미터 이하의 두께를 갖는 것인 광기전력 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 Fe3O4, CuFeO2, Mn3O4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하고, 캡슐화제 층이 PMMA를 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하고, 캡슐화제 층이 PMMA를 포함하고, 제1 및 제2 전극 층이 ITO를 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  14. 제1 기판;
    제2 기판;
    제1 전극;
    제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 활성 층;
    제1 기판과 제1 전극 사이 또는 제2 기판과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 캡슐화제 층; 및
    제1 전극과 캡슐화제 층 사이 또는 제2 전극과 캡슐화제 층 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 비-화학량론적 옥시드 층
    을 포함하고,
    비-화학량론적 옥시드 층은 제1 전극과 캡슐화제 층의 양측, 또는 제2 전극과 캡슐화제 층의 양측에 접촉하는 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 각각 SiO, CrO2, MnO, VO, FeO, CeO, LaO, HfO, ZrO, TiO, AlO, GeO 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 디바이스.
  16. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 화학식 MxOy를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 M은 하나 이상의 금속을 포함하고, x는 1 내지 10의 실수를 나타내고, y는 1 내지 10의 실수를 나타내는 것인 디바이스.
  17. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 화학식 MwM'xM"yOz를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 M, M' 및 M"은 각각 금속을 포함하는 것인 디바이스.
  18. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층과 접촉하여 배치된 캡슐화제 층을 추가로 포함하며, 여기서 캡슐화제 층은 각각 에폭시, 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리카르보네이트, PMMA, EVA, 유리 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 디바이스.
  19. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하는 것인 디바이스.
  20. 제14항에 있어서, 활성 층이 1개 이상의 트랜지스터를 포함하는 것인 디바이스.
  21. 제14항에 있어서, 1개 이상의 계면 층이 Al, Bi, In, Mo, Ni, Si, Ti, V, Nb, Sn, Zn 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 산화물, 황화물 또는 질화물을 포함하는 것인 디바이스.
  22. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 1 나노미터 이상 50 나노미터 이하의 두께를 갖는 것인 디바이스.
  23. 제18항에 있어서, 캡슐화제 층이 10 마이크로미터 이상 10 밀리미터 이하의 두께를 갖는 것인 디바이스.
  24. 제14항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 각각 Fe3O4, CuFeO2 및 Mn3O4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 디바이스.
  25. 제18항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하고 캡슐화제 층이 PMMA를 포함하는 것인 디바이스.
  26. 제18항에 있어서, 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하고, 캡슐화제 층이 PMMA를 포함하고, 제1 및 제2 전극 층이 ITO를 포함하는 것인 디바이스.
  27. 제1 기판;
    제2 기판;
    제1 전극;
    제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 활성 층이며, 광활성 물질을 포함하는 활성 층;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치된 계면 층;
    제1 기판과 제1 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 제1 캡슐화제 층;
    제2 기판과 제2 전극 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 제2 캡슐화제 층;
    제1 전극과 제1 캡슐화제 층 사이에 적어도 부분적으로 배치되고 제1 전극과 제1 캡슐화제 층의 양측에 접촉하는 제1 비-화학량론적 옥시드 층; 및
    제2 전극과 제2 캡슐화제 층 사이에 적어도 부분적으로 배치되고 제2 전극과 제2 캡슐화제 층의 양측에 접촉하는 제2 비-화학량론적 옥시드 층
    을 포함하는 광기전력 디바이스.
  28. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비-화학량론적 옥시드 층이 각각 SiO, CrO2, MnO, VO, FeO, CeO, LaO, HfO, ZrO, TiO, AlO, GeO 또는 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
  29. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비-화학량론적 옥시드 층이 화학식 MxOy를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 M은 하나 이상의 금속을 포함하고, x는 1 내지 10의 실수를 나타내고, y는 1 내지 10의 실수를 나타내는 것인 광기전력 디바이스.
  30. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비-화학량론적 옥시드 층이 SiO를 포함하는 것인 광기전력 디바이스.
KR1020197033305A 2017-04-14 2018-04-11 광기전력 디바이스 캡슐화 KR102627245B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/488,151 US20180301288A1 (en) 2017-04-14 2017-04-14 Photovoltaic Device Encapsulation
US15/488,151 2017-04-14
PCT/US2018/027073 WO2018191358A1 (en) 2017-04-14 2018-04-11 Photovoltaic device encapsulation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190131125A KR20190131125A (ko) 2019-11-25
KR102627245B1 true KR102627245B1 (ko) 2024-01-18

Family

ID=63790258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197033305A KR102627245B1 (ko) 2017-04-14 2018-04-11 광기전력 디바이스 캡슐화

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180301288A1 (ko)
EP (1) EP3610515A4 (ko)
JP (1) JP7315467B2 (ko)
KR (1) KR102627245B1 (ko)
CN (1) CN110637376A (ko)
WO (1) WO2018191358A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2963010B1 (en) * 2014-07-04 2018-02-21 Novaled GmbH Electronic device and compound
KR102570856B1 (ko) * 2017-07-21 2023-08-25 상라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 페로브스카이트 태양전지 및 이를 포함하는 탬덤 태양전지
GB201820427D0 (en) * 2018-12-14 2019-01-30 Univ Oxford Innovation Ltd Device interlayer
US10727428B1 (en) * 2019-02-01 2020-07-28 Natioinal Technology & Engineering Solutions Of Sa Organic-semiconducting hybrid solar cell
US20210036249A1 (en) * 2019-08-02 2021-02-04 The Florida State University Research Foundation, Incorporated Systems and methods for bulk semiconductor sensitized solid state upconversion
CN110718635A (zh) * 2019-10-22 2020-01-21 吉林大学 一种钙钛矿太阳能电池的薄膜封装方法
CN111003741B (zh) * 2019-11-14 2021-11-02 湖北大学 一种二硫化铁掺杂三硫化二钼多孔系统及其制备方法和应用
CN111477751A (zh) * 2020-05-18 2020-07-31 中国华能集团有限公司 一种柔性太阳能电池及其制备方法
CN115207219B (zh) * 2021-04-13 2023-10-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004139991A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Lg Electron Inc 有機ｅｌ素子
US20100132772A1 (en) * 2003-12-18 2010-06-03 Nippon Oil Corporation Method for manufacturing nano-array electrode and photoelectric conversion device using same
JP2012064645A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Mitsubishi Chemicals Corp 有機光電変換素子及びその製造方法
US20160075881A1 (en) * 2013-11-26 2016-03-17 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Bi- and Tri- Layer Interfacial Layers in Perovskite Material Devices

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3947575B2 (ja) * 1994-06-10 2007-07-25 Ｈｏｙａ株式会社 導電性酸化物およびそれを用いた電極
EP1443130B1 (en) * 2001-11-05 2011-09-28 Japan Science and Technology Agency Natural superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
CN100481524C (zh) * 2003-09-10 2009-04-22 大日本印刷株式会社 太阳能电池组件用填充材料层、太阳能电池组件
US20070068571A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Terra Solar Global Shunt Passivation Method for Amorphous Silicon Thin Film Photovoltaic Modules
WO2009026097A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-26 Northwestern University P-type semiconducting nickel oxide as an efficiency-enhancing anodal interfacial layer in bulk heterojunction solar cells
JP2010034489A (ja) * 2008-06-30 2010-02-12 Mitsubishi Chemicals Corp 膜状太陽電池及び太陽電池パネル
DE102009000450A1 (de) * 2009-01-28 2010-07-29 Evonik Degussa Gmbh Transparente, witterungsbeständige Barrierefolie, Herstellung durch Lamination, Extrusionslamination oder Extrusionbeschichtung
JP2011155237A (ja) * 2009-12-28 2011-08-11 Hitachi Ltd 化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の製造方法、および化合物薄膜太陽電池モジュール
CN103155162B (zh) * 2010-10-07 2017-06-06 刮拉技术有限公司 太阳能电池
KR101849268B1 (ko) * 2011-05-13 2018-04-18 한국전자통신연구원 빛과 전압 스트레스에 강한 산화물 박막 트랜지스터 및 그의 제조 방법
FR2983119B1 (fr) * 2011-11-30 2013-11-22 Arkema France Film multicouche a base de polyamides pour panneau arriere de module photovoltaique
BR112015005926B1 (pt) * 2012-09-18 2022-01-25 Oxford University Innovation Limited Dispositivo optoeletrônico
TWI523294B (zh) * 2012-11-30 2016-02-21 Ｌｇ化學股份有限公司 用於有機電子裝置之基板
US9136408B2 (en) * 2013-11-26 2015-09-15 Hunt Energy Enterprises, Llc Perovskite and other solar cell materials
US20170125171A1 (en) * 2014-04-23 2017-05-04 Lg Chem, Ltd. Organic-inorganic hybrid solar cell
US20160155974A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-02 The Regents Of The University Of California Complex pnictide metal halides for optoelectronic applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004139991A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Lg Electron Inc 有機ｅｌ素子
US20100132772A1 (en) * 2003-12-18 2010-06-03 Nippon Oil Corporation Method for manufacturing nano-array electrode and photoelectric conversion device using same
JP2012064645A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Mitsubishi Chemicals Corp 有機光電変換素子及びその製造方法
US20160075881A1 (en) * 2013-11-26 2016-03-17 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Bi- and Tri- Layer Interfacial Layers in Perovskite Material Devices

Also Published As

Publication number Publication date
EP3610515A4 (en) 2021-02-24
JP2020517111A (ja) 2020-06-11
CN110637376A (zh) 2019-12-31
EP3610515A1 (en) 2020-02-19
US20180301288A1 (en) 2018-10-18
WO2018191358A1 (en) 2018-10-18
JP7315467B2 (ja) 2023-07-26
KR20190131125A (ko) 2019-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2022200195B2 (en) Perovskite and other solar cell materials
KR102627245B1 (ko) 광기전력 디바이스 캡슐화

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant