JP7315467B2 - 光起電力デバイスのカプセル化 - Google Patents
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Description
太陽エネルギー又は放射線から電力を生成するために光起電力（ＰＶ）を使用することは、多くの利点、例えば、電源、低もしくはゼロエミッション、電力網から独立した電力生産、耐久性のある物理的構造（可動部品なし）、安定した信頼性のあるシステム、モジュール構成、比較的迅速な設置、安全な製造と使用、及び良好な世論と使用の受け入れなどが含まれる、多くの利点を提供することができる。
ＰＶの一部は、環境に存在する物質による酸化又は腐食を受けやすい場合がある。環境による酸化又は腐食から保護されている場合、ＰＶの機能が向上する可能性がある。
本開示の特徴及び利点は、当業者には容易に明らかになるであろう。当業者であれば数多くの変更が可能であるが、そのような変更は本発明の精神の範囲内である。
好ましい実施形態の詳細な説明
有機ＰＶ、非有機ＰＶ、及び／又はハイブリッドＰＶと互換性のある(compatible)ＰＶ技術の様々な態様の改善は、有機ＰＶ及び他のＰＶの両方のコストをさらに下げることを約束する。例えば、固体状態の(solid-state)色素増感太陽電池（dye-sensitized solar cells）のようないくつかの太陽電池は、固体状態の電荷輸送材料（又は、口語表現に言い換えれば「固体状態電解質」）のような新規な費用対効果の高い高安定性代替構成要素を利用することができる。さらに、様々な種類の太陽電池(solar cells)は、有利には、他の利点の中で現在存在する従来の選択肢よりもコスト効率が高く、且つ、耐久性のある界面(interfacial)材料及び他の材料を含むことができる。
有機ＰＶ、非有機ＰＶ、及び／又はハイブリッドＰＶと互換性のある(compatible)ＰＶ技術の様々な態様の改善は、有機ＰＶ及び他のＰＶの両方のコストをさらに下げることを約束する。例えば、固体状態の(solid-state)色素増感太陽電池（dye-sensitized solar cells）のようないくつかの太陽電池は、固体状態の電荷輸送材料（又は、口語表現に言い換えれば「固体状態電解質」）のような新規な費用対効果の高い高安定性代替構成要素を利用することができる。さらに、様々な種類の太陽電池(solar cells)は、有利には、他の利点の中で現在存在する従来の選択肢よりもコスト効率が高く、且つ、耐久性のある界面(interfacial)材料及び他の材料を含むことができる。
本開示は、概して、物質の組成物(compositions of matter)、装置及び太陽放射からの電気エネルギーを生成する際の、光電池における材料の使用方法に関する。より具体的には、本開示は、光活性及び他の物質組成物(compositions of matter)、ならびに装置、使用方法、及びそのような物質組成物の形成に関する。
これらの物質組成物の例は、例えば、正孔輸送(hole-transport)材料、及び/又は界面層（interfacial layers）、色素、及び／又はＰＶデバイスの他の要素としての使用に好適であり得る材料を含み得る。このような化合物は、様々なＰＶデバイス、例えばヘテロ接合セル（例えば二重層(bilayer)及びバルク）、ハイブリッドセル（例えば、ＣＨ３ＮＨ３ＨＰｂI３を有する有機物、ＺｎＯナノロッド又はＰｂＳ量子ドット）及びＤＳＳＣ（色素増感太陽電池、dye-sensitized solar cells）に配備することができる。後者のＤＳＳＣは、３つの形態、すなわち溶媒系電解質、イオン性液体(ionic liquid)電解質、及び固体状態の正孔輸送体(hole transporters)（又は固体状態の(solid state)ＤＳＳＣ、すなわちＳＳ－ＤＳＳＣ）において存在する。いくつかの実施形態によるＳＳ－ＤＳＳＣ構造は、電解質を実質的に含まなくてもよい。スピロ－ＯＭｅＴＡＤ、ＣｓＳｎＩ３、及び他の活物質(active materials)のようなむしろホール輸送材料を含む。
本開示のいくつかの実施形態による材料の一部又は全部は、任意の有機もしくは他の電子デバイスにおいて有利に使用されてもよく、いくつかの例は、電池(batteries)、電界効果トランジスタ（field-effect transistors,ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、非線形光学デバイス、メモリスタ（memristor）、キャパシタ、整流器、及び／又は整流アンテナ(rectifying antennas,レクテナ)を含むことができる（但しこれらに限定されない）。
いくつかの実施形態では、本開示は、ＰＶ及び他の同様のデバイス（例えば、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、マルチジャンクションＰＶ、ＦＥＴ、ＬＥＤなど）を提供することができる。そのようなデバイスは、いくつかの実施形態では、改善された活物質(active material)、界面層、及び／又は１つ以上のペロブスカイト(perovskite)材料を含み得る。ペロブスカイト材料は、ＰＶ又は他のデバイスの１以上の様々な態様に組み込むことができる。いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣＭＸ３のものであってもよい。式中、
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様(cation-like)化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｎを含む例）を含み；且つ、
Ｘは１以上のアニオンを含む。種々の実施形態によるペロブスカイト材料は、以下により詳細に論じられる。
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様(cation-like)化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｎを含む例）を含み；且つ、
Ｘは１以上のアニオンを含む。種々の実施形態によるペロブスカイト材料は、以下により詳細に論じられる。
光電池及び他の電子デバイス
いくつかのＰＶ実施形態は、図１、３、４及び５に示すような太陽電池の様々な例示的描写を参照して説明することができる。例えば、いくつかの実施形態による例示的なＰＶアーキテクチャは、実質的に基板(substrate)－アノード－ＩＦＬ－活性層(active layer)－ＩＦＬ－カソードの形態であってもよい。いくつかの実施形態の活性層は光活性であってもよく、及び／又は光活性材料(photoactive material)を含んでいてもよい。他の層及び材料は、当該技術分野において知られているように、セル内で利用されてもよい。さらに、用語「活性層」の使用は、決して他の層の特性を明示的又は暗示的に限定することを意味するものではないことに留意すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、片方のもしくは両方のＩＦＬは、それらが半導電性(semiconducting)である限り、活性でもよい。特に図４を参照すると、様式化された一般的なＰＶセル２６１０が描かれ、ＰＶ内のいくつかの層の高度に界面的性質を示している。ＰＶ２６１０は、いくつかのＰＶデバイス、例えばペロブスカイト材料ＰＶ実施形態などに適用可能な一般的なアーキテクチャを表す。ＰＶセル２６１０は、太陽放射２６１４がその層を透過することを可能にするガラス（又は、太陽放射に同様に透明な材料）の透明層２６１２を含む。いくつかの実施形態の透明層は、基板とも呼ばれ（例えば、図１の基板層１５０７と同様に）、且つ、多様な硬質又は可撓性材料、例えばガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、Ｋａｐｔｏｎ、石英、アルミニウムホイル、金箔、又はスチールなどの、のいずれか１以上を含んでよい。光活性層２６１６は、電子ドナー又はｐ型材料２６１８、及び／又は電子アクセプタ又はｎ型材料２６２０、及び／又はｐ及びｎ型材料特性の両方を示す両極性半導体からなる。活性層又は、図４に示されるように、光活性層２６１６は、２つの導電性電極層２６２２及び２６２４の間に挟まれている。図４では、電極層２６２２はスズがドープされた酸化インジウム(ＩＴＯ材料)である。前述のように、いくつかの実施形態の活性層は、必ずしも光活性である必要はないが、図４に示すデバイスでは、それである。電極層２６２４はアルミニウム材料である。当技術分野で知られているように、他の材料を使用することができる。セル２６１０はまた、ＺｎＯ材料として図４の例に示される界面層（interfacial layer,ＩＦＬ）２６２６を含む。ＩＦＬは、電荷分離をアシストすることができる。いくつかの実施形態では、ＩＦＬ２６２６は、自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer,ＳＡＭ）として、又は薄膜として、本開示による有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、ＩＦＬ２６２６は多層ＩＦＬを含むことができ、これについては後に詳述する。電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７が存在してもよい。いくつかの実施形態では、電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７はまた、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）として、又は薄膜として本開示による有機化合物を含んでよいし、又はその代わりに(instead)有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７は、多層ＩＦＬを含んでよいし、又はその代わりに(instead)多層ＩＦＬを含むことができる（やはり以下に詳述する）。いくつかの実施形態によるＩＦＬは、特性において半導電性であってもよく、ｐ型又はｎ型のいずれかであってもよいか、又は特性が誘電体であってもよい。いくつかの実施形態では、デバイスのカソード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２７）は、ｐ型であり、且つ、デバイスのアノード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２６）は、ｎ型であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、カソード側ＩＦＬをｎ型とし、且つ、アノード側ＩＦＬをｐ型とすることができる。セル２６１０は、リード２６３０及び放電ユニット２６３２、例えば電池(battery)など、に取り付けられている。
いくつかのＰＶ実施形態は、図１、３、４及び５に示すような太陽電池の様々な例示的描写を参照して説明することができる。例えば、いくつかの実施形態による例示的なＰＶアーキテクチャは、実質的に基板(substrate)－アノード－ＩＦＬ－活性層(active layer)－ＩＦＬ－カソードの形態であってもよい。いくつかの実施形態の活性層は光活性であってもよく、及び／又は光活性材料(photoactive material)を含んでいてもよい。他の層及び材料は、当該技術分野において知られているように、セル内で利用されてもよい。さらに、用語「活性層」の使用は、決して他の層の特性を明示的又は暗示的に限定することを意味するものではないことに留意すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、片方のもしくは両方のＩＦＬは、それらが半導電性(semiconducting)である限り、活性でもよい。特に図４を参照すると、様式化された一般的なＰＶセル２６１０が描かれ、ＰＶ内のいくつかの層の高度に界面的性質を示している。ＰＶ２６１０は、いくつかのＰＶデバイス、例えばペロブスカイト材料ＰＶ実施形態などに適用可能な一般的なアーキテクチャを表す。ＰＶセル２６１０は、太陽放射２６１４がその層を透過することを可能にするガラス（又は、太陽放射に同様に透明な材料）の透明層２６１２を含む。いくつかの実施形態の透明層は、基板とも呼ばれ（例えば、図１の基板層１５０７と同様に）、且つ、多様な硬質又は可撓性材料、例えばガラス、ポリエチレン、ＰＥＴ、Ｋａｐｔｏｎ、石英、アルミニウムホイル、金箔、又はスチールなどの、のいずれか１以上を含んでよい。光活性層２６１６は、電子ドナー又はｐ型材料２６１８、及び／又は電子アクセプタ又はｎ型材料２６２０、及び／又はｐ及びｎ型材料特性の両方を示す両極性半導体からなる。活性層又は、図４に示されるように、光活性層２６１６は、２つの導電性電極層２６２２及び２６２４の間に挟まれている。図４では、電極層２６２２はスズがドープされた酸化インジウム(ＩＴＯ材料)である。前述のように、いくつかの実施形態の活性層は、必ずしも光活性である必要はないが、図４に示すデバイスでは、それである。電極層２６２４はアルミニウム材料である。当技術分野で知られているように、他の材料を使用することができる。セル２６１０はまた、ＺｎＯ材料として図４の例に示される界面層（interfacial layer,ＩＦＬ）２６２６を含む。ＩＦＬは、電荷分離をアシストすることができる。いくつかの実施形態では、ＩＦＬ２６２６は、自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer,ＳＡＭ）として、又は薄膜として、本開示による有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、ＩＦＬ２６２６は多層ＩＦＬを含むことができ、これについては後に詳述する。電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７が存在してもよい。いくつかの実施形態では、電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７はまた、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）として、又は薄膜として本開示による有機化合物を含んでよいし、又はその代わりに(instead)有機化合物を含むことができる。他の実施形態では、電極２６２４に隣接してＩＦＬ２６２７は、多層ＩＦＬを含んでよいし、又はその代わりに(instead)多層ＩＦＬを含むことができる（やはり以下に詳述する）。いくつかの実施形態によるＩＦＬは、特性において半導電性であってもよく、ｐ型又はｎ型のいずれかであってもよいか、又は特性が誘電体であってもよい。いくつかの実施形態では、デバイスのカソード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２７）は、ｐ型であり、且つ、デバイスのアノード側のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ２６２６）は、ｎ型であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、カソード側ＩＦＬをｎ型とし、且つ、アノード側ＩＦＬをｐ型とすることができる。セル２６１０は、リード２６３０及び放電ユニット２６３２、例えば電池(battery)など、に取り付けられている。
さらに別の実施形態は、図３を参照して説明することができる。図３は、様式化された（ｓｔｙｌｉｚｅｄ）ＢＨＪデバイス設計を示し、且つ、ガラス基板２４０１と；ＩＴＯ（錫ドープド酸化インジウム）電極２４０２と；界面層（ＩＦＬ）２４０３と；光活性層２４０４と；ＬｉＦ／Ａｌカソード２４０５とを含む。参照されるＢＨＪ構造の材料は単なる例であり、当該技術分野において知られている他のいずれのＢＨＪ構造を、本開示と一致して使用することができる。いくつかの実施形態では、光活性層２４０４は、図４のデバイスの活性層又は光活性層２６１６が含むことができる１以上の材料を含むことができる。
図１は、いくつかの実施形態によるＤＳＳＣ ＰＶの簡略化された図であり、このようなＰＶの組み立て(assembly)を例示する目的で、ここで参照される。図１に示すＤＳＳＣの例は、以下のように構成することができる。電極層１５０６（フッ素ドープ酸化スズ、ＦＴＯとして示される）は、基板層１５０７（ガラスとして示される）の上に堆積される。（いくつかの実施形態ではＴｉＯ２とすることができる）メソポーラス層ＭＬ １５０５を電極層１５０６上に堆積させ、次いで光電極（これまで基板層１５０７、電極層１５０６、及びメソポーラス層１５０５を含む）を溶媒及び染料内に浸漬する（図示せず）。これにより、染料１５０４がＭＬの表面に結合したままになる。基板層１５０１（ガラスとしても示される）及び電極層１５０２（Ｐｔ／ＦＴＯとして示される）を含む別個の対向電極が作製される。光電極と対向電極は、図１に示すように、２つの基板層１５０１と１５０７との間に様々な層１５０２～１５０６を挟んで組み合わされ、且つ、電極層１５０２，１５０６をそれぞれカソード及びアノードとして利用できるようにする。電解質の層１５０３は、色素層(dye layer)１５０４の後に、又は典型的には対向電極基板１５０１にサンドブラストによって予め穴(hole)が開けられたデバイスの開口部(opening)を介して、完成した光電極上に直接堆積される。セルはまた、リード及び放電ユニット、例えば電池(battery)など、に取り付けられてもよい（図示せず）。基板層１５０７及び電極層１５０６、及び／又は基板層１５０１及び電極層１５０２は、太陽放射が光活性色素(photoactive dye)１５０４に通過するの（pass through to）を可能にするのに十分な透明性を有するべきである。いくつかの実施形態において、対向電極及び／又は光電極は、剛性である一方で、他のいずれか又は両方において、フレキシブルであり得る。様々な実施形態の基板層は、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、Ｋａｐｔｏｎ、石英、サファイア、銀箔、金箔、木材、コンクリート、及び鋼のうちのいずれか１つ以上を含むことができる。特定の実施形態では、ＤＳＳＣは、図２に示すように、入射光を散乱させて、デバイスの光活性層を通る(through)光の経路長を増加させるため（それにより、光が光活性層に吸収される可能性を高める）、集光性(light harvesting)層１６０１をさらに含むことができる。
他の実施形態では、本開示は、固体状態のＤＳＳＣを提供する。いくつかの実施形態による固体状態のＤＳＳＣは、液状電解質を含むＤＳＳＣに影響を及ぼす漏れ及び／又は腐食の問題の欠如などの利点を提供し得る。さらに、固体状態の電荷キャリアは、より速いデバイス物理（例えば、より速い電荷輸送）を提供し得る。加えて、固体状態の電解質は、いくつかの実施形態では、光活性であり得、及びしたがって、固体状態のＤＳＳＣデバイスに由来する電力に寄与し得る。
固体状態のＤＳＳＣのいくつかの例は、典型的な固体状態のＤＳＳＣの模式図である図５を参照して説明することができる。例えば、図４に示されている例示的な太陽電池(solar cell)と同様に、第１及び第２の活性（例えば、導電性及び／又は半導電性）材料（それぞれ２８１０及び２８１５）からなる活性層は、電極２８０５及び２８２０（図５ではそれぞれＰｔ／ＦＴＯ及びＦＴＯとして示される）の間に挟まれる。図５に示す実施形態において、第１の活物質(active material)２８１０は、ｐ型活物質であり、且つ、固体電解質を含む。特定の実施形態では、第１の活物質２８１０は、スピロ－ＯＭｅＴＡＤ及び／又はポリ（３－ヘキシルチオフェン）などの有機材料、無機２元(binary)、３元(ternary)、４元(quaternary)又はそれ以上の錯体(complex)、いずれの固体半導電性材料、又はそれらのいずれの組み合わせを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の活物質は、酸化物及び／又は硫化物、及び／又はセレン化物、及び／又はヨウ化物（例えば、ＣｓＳｎＩ３）を追加又は代わりに含むことができる。したがって、例えば、いくつかの実施形態の第１の活性材料は、銅インジウム硫化物を含むことができる固体状態のｐ型材料を含むことができ、且つ、いくつかの実施形態では、セレン化銅インジウムガリウムを含むことができる。図５に示す第２の活物質２８１５は、ｎ型活物質であり、且つ、染料で被覆されたＴｉＯ２を含む。いくつかの実施形態では、第２の活性材料は同様に、スピロ－ＯＭｅＴＡＤなどの有機材料、無機２元、３元、４元又はそれ以上の錯体、又はそれらいずれの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の活性材料は、アルミナなどの酸化物を含むことができ、及び／又は硫化物を含むことができ、及び／又はセレン化物を含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、第２の活性材料は硫化銅インジウムを含むことができ、且つ、いくつかの実施形態では、銅インジウムガリウムセレン化金属を含むことができる。いくつかの実施形態の第２の活性材料２８１５は、メソポーラス層を構成することができる。さらに、活性であることに加えて、第１及び第２の活性材料２８１０及び２８１５のいずれか又は両方が光活性であってもよい。他の実施形態（図５には示されていない）では、第２の活性材料は固体電解質を含むことができる。加えて、第１及び第２の活物質２８１０及び２８１５のいずれかが固体電解質を含む実施形態では、ＰＶデバイスは、有効量の液体電解質を欠いていてもよい。ｐ型として図５に示され、且つ、参照されるにもかかわらず、固体状態の層（例えば、固体電解質を含む第１の活物質）は、いくつかの実施形態では、代わりに、ｎ型の半導体であってもよい。そのような実施形態では、色素で被覆された第２の活物質（例えば、図５に示すようなＴｉＯ２（又は他のメソポーラス材料））は、ｐ型半導電性であってもよい（図５について示され、及び議論されたｎ型半導電性とは対照的に）。
基板層２８０１及び２８２５（いずれも図５ではガラスとして示されている）は、図５の例示的なセルのそれぞれの外部上部及び下部層を形成する。これらの層は、第１及び第２の活性及び／又は光活性材料２８１０及び２８１５を含む活性／光活性層に太陽放射線を通過させるのに十分な透明性を有する任意の材料、例えばガラス、ポリマー、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＮ，ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、Kapton、石英、サファイア、アルミニウム、アルミニウム箔、銀箔、金箔、金属箔、木材、コンクリート、及び鋼など、を含むことができる。さらに、図５に示す実施形態では、電極２８０５（Ｐｔ／ＦＴＯとして示す）はカソードであり、且つ、電極２８２０はアノードである。図４に描かれる例示的な太陽電池と同様に、太陽放射線は基板層２８２５及び電極２８２０を貫通して(passes through)活性層に入り、その際太陽放射線の少なくとも一部が吸収されて、それにより発電を可能にする１つ以上の励起子(excitons、エキシトン)を生成する。
いくつかの実施形態による固体状態のＤＳＳＣは、図１に示すＤＳＳＣに関して上述したものと実質的に同様の方法で構成することができる。図５に示す実施形態では、ｐ型活物質２８１０は、図１における電解質１５０３に対応し；ｎ型活性材料２８１５は、図１の色素(dye)１５０４及びＭＬの両方に対応し；電極２８０５及び２８２０はそれぞれ図１の電極層１５０２及び１５２０に対応し；且つ、基板層２８０１及び２８２５はそれぞれ基板層１５０１及び１５０７に対応する。
本開示の様々な実施形態は、太陽電池及び他のデバイスの様々な態様における、とりわけ、活物質（正孔輸送(hole-transport)及び／又は電子輸送層を含む）、界面層、及び全体的なデバイス設計などを含む、改善された材料及び／又は設計を提供する。
界面層
本開示は、いくつかの実施形態において、薄膜コート(thin-coat)ＩＦＬを含む、ＰＶ内の１以上の界面層の有利な材料及び設計を提供する。薄膜コートＩＦＬは、本明細書で論じる様々な実施形態によるＰＶの１以上のＩＦＬにおいて利用することができる。
本開示は、いくつかの実施形態において、薄膜コート(thin-coat)ＩＦＬを含む、ＰＶ内の１以上の界面層の有利な材料及び設計を提供する。薄膜コートＩＦＬは、本明細書で論じる様々な実施形態によるＰＶの１以上のＩＦＬにおいて利用することができる。
種々の実施形態によれば、デバイスは、いずれの２つの他の層及び／又は材料の間に界面層を任意に包含することができるが、デバイスはいずれの界面層を含有する必要はない。例えば、ペロブスカイト材料デバイスは、０、１、２、３、４、５、又はそれ以上の界面層を含有することができる（例えば、５つの界面層３９０３、３９０５、３９０７、３９０９及び３９１１を含有する、図９の例示的デバイスなど）。界面層は、２つの層又は材料間の電荷輸送及び／又は収集を強化するためのいずれの好適な材料を包含してもよい；また、界面層に隣接する材料の１つから電荷が輸送されると、電荷の再結合の可能性を防止又は低減するのに役立つ場合がある。界面層は、基板の粗さ、誘電率、接着、欠陥の生成又は消滅を変化させるため、さらにその基板を物理的及び電気的に均質化してよい（例えば、電荷トラップ、表面状態など）。好適な界面材料は、
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；前述の金属のいずれかの炭化物（例えば、ＳｉＣ、Ｆｅ３Ｃ、ＷＣ）；前述の金属のいずれかのシリサイド（例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｒＳｉ２、Ｓｎ２Ｓｉ）；前述の金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ＳｎＯ２、ＺｎＯ）；前述の金属のいずれかの硫化物（例えば、ＣｄＳ、ＭｏＳ２、ＳｎＳ２）；前述の金属のいずれかの窒化物（例えば、Ｍｇ３Ｎ２、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４）；前述の金属のいずれかのセレン化物（例えば、ＣｄＳｅ、ＦｅＳ２、ＺｎＳｅ）；前述の金属のいずれかのテルル化物（例えば、ＣｄＴｅ、ＴｉＴｅ２、ＺｎＴｅ）；前述の金属のいずれかのリン化物（例えば、ＩｎＰ、ＧａＰ）；前述の金属のいずれかのヒ化物（例えば、ＣｏＡｓ３、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＮｉＡｓ）；前述の金属のいずれかのアンチモン化物（例えば、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ）；前述の金属のいずれかのハロゲン化物（例えば、ＣｕＣｌ、ＣｕＩ、ＢｉＩ３）；前述の金属のいずれかの擬似ハロゲン化物（例えば、ＣｕＳＣＮ、ＡｕＣＮ）；前述の金属のいずれかの炭酸塩（例えば、ＣａＣＯ３、Ｃｅ２（ＣＯ３）３）；官能化又は非官能化アルキルシリル基；グラファイト；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；本明細書の他の場所で説明されているメソポーラス材料及び／又は界面材料；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態において、複合材料の二層、三層、又は多層を包含する）；
のうち1つ以上を包含してよい。いくつかの実施形態において、界面層はペロブスカイト材料を包含し得る。さらに、界面層は、本明細書で言及されるいずれの界面材料のドープされた実施形態を含んでもよい（例えば、ＹドープドＺｎＯ、Ｎドープド単層カーボンナノチューブ）。界面層はまた、上記材料のうちの３つを有する化合物（例えば、ＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４）又は上記材料のうちの４つを有する化合物（例えば、ＣｏＮｉＺｎＯ）を含んでもよい。
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；前述の金属のいずれかの炭化物（例えば、ＳｉＣ、Ｆｅ３Ｃ、ＷＣ）；前述の金属のいずれかのシリサイド（例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｒＳｉ２、Ｓｎ２Ｓｉ）；前述の金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ＳｎＯ２、ＺｎＯ）；前述の金属のいずれかの硫化物（例えば、ＣｄＳ、ＭｏＳ２、ＳｎＳ２）；前述の金属のいずれかの窒化物（例えば、Ｍｇ３Ｎ２、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４）；前述の金属のいずれかのセレン化物（例えば、ＣｄＳｅ、ＦｅＳ２、ＺｎＳｅ）；前述の金属のいずれかのテルル化物（例えば、ＣｄＴｅ、ＴｉＴｅ２、ＺｎＴｅ）；前述の金属のいずれかのリン化物（例えば、ＩｎＰ、ＧａＰ）；前述の金属のいずれかのヒ化物（例えば、ＣｏＡｓ３、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＮｉＡｓ）；前述の金属のいずれかのアンチモン化物（例えば、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ）；前述の金属のいずれかのハロゲン化物（例えば、ＣｕＣｌ、ＣｕＩ、ＢｉＩ３）；前述の金属のいずれかの擬似ハロゲン化物（例えば、ＣｕＳＣＮ、ＡｕＣＮ）；前述の金属のいずれかの炭酸塩（例えば、ＣａＣＯ３、Ｃｅ２（ＣＯ３）３）；官能化又は非官能化アルキルシリル基；グラファイト；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；本明細書の他の場所で説明されているメソポーラス材料及び／又は界面材料；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態において、複合材料の二層、三層、又は多層を包含する）；
のうち1つ以上を包含してよい。いくつかの実施形態において、界面層はペロブスカイト材料を包含し得る。さらに、界面層は、本明細書で言及されるいずれの界面材料のドープされた実施形態を含んでもよい（例えば、ＹドープドＺｎＯ、Ｎドープド単層カーボンナノチューブ）。界面層はまた、上記材料のうちの３つを有する化合物（例えば、ＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４）又は上記材料のうちの４つを有する化合物（例えば、ＣｏＮｉＺｎＯ）を含んでもよい。
先ず第１に、先に述べたように、１以上のＩＦＬ（例えば、図４に示すＩＦＬ ２６２６及び２６２７のいずれか又は両方）は、自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer,ＳＡＭ）として、又は薄膜として、本開示の光活性有機化合物を含むことができる。本開示の光活性有機化合物がＳＡＭとして適用される場合、前記光活性有機化合物(it)は、結合基(binding group)を含み得る。前記光活性有機化合物(it)は、前記結合基(which)を介して、アノード及びカソードのいずれか又は両方の表面に共有結合又は他の方法で結合され得る。いくつかの実施形態の結合基は、ＣＯＯＨ、ＳｉＸ３（ここで、Ｘは、３級(tertiary)ケイ素化合物、例えばＳｉ（ＯＲ）３及びＳｉＣｌ３など、を形成するのに好適ないずれの部分であり得る）、ＳＯ３、ＰＯ４Ｈ、ＯＨ、ＣＨ２Ｘ（ここで、Ｘは第１７族ハロゲン化物を含み得る）、及びＯのいずれか１以上を含んでよい。結合基は、電子求引性部分、電子供与体(donor)部分及び／又はコア部分に共有結合又は他の方法で結合され得る。結合基は、厚さが単一の分子(a single molecule)（又は、いくつかの実施形態では複数の(multiple)分子）の指向性の(directional)組織化層を形成するようなやり方で、電極表面に付着してもよい（例えば、複数の光活性有機化合物がアノード及び／又はカソードに結合する場合）。言及したように、ＳＡＭは共有結合相互作用を介して付着し得るが、いくつかの実施形態では、イオン性、水素結合、及び／又は分散力（すなわち、ファンデルワールス）相互作用を介して付着し得る。さらに、特定の実施形態では、露光時に、ＳＡＭが双性イオン励起状態に進入してよく、それにより、活性層から電極（例えば、アノード又はカソードのいずれか）に電荷キャリアを向けることができる高度に分極したＩＦＬを生成することができる。この増強された電荷キャリア注入は、いくつかの実施形態では、活性層の横断面を電子的にポーリングする(poling)ことにより、及び従って、それらそれぞれの電極に向かって電荷キャリアドリフト速度を増加させることにより、達成することができる（例えば、アノードに対する(to)正孔；カソードに対する電子）。いくつかの実施形態のアノード用途(applications)のための分子は、コア部分に結合した一次電子供与体部分を含む、調整可能な(tunable)化合物を含むことができる。前記コア部分(which)は次に(in turn)電子吸引部分に結合し、前記電子吸引部分(which)は次に結合基に結合している。いくつかの実施形態によるカソード用途において、ＩＦＬ分子は、コア部分に結合した電子不十分(electron poor)部分を含むことができる。前記コア部分(which)は次に(in turn)電子供与体部分に結合し、前記電子供与体部分(which)は次に結合基に結合している。光活性有機化合物が、このような実施形態によるＩＦＬとして利用される場合、光活性特性を保持することができるが、いくつかの実施形態では光活性である必要はない。
光活性有機化合物ＳＡＭ ＩＦＬに加えて、又はその代わりに、いくつかの実施形態によるＰＶは、このような実施形態の第１のもしくは第２の活物質いずれかの少なくとも一部にコーティングされた薄い界面層（「薄膜コート(thin-coat)界面層(interfacial layer)」又は「薄膜コートＩＦＬ」）を含むことができる（例えば、図５に示すような第１の又は第２の活物質２８１０又は２８１５）。そして、次に(in turn)、薄膜コートＩＦＬの少なくとも一部を染料でコーティングすることができる。薄膜コートＩＦＬは、ｎ型又はｐ型のいずれかであってもよく；いくつかの実施形態では、薄膜コートＩＦＬ(it)は、下層の(underlying)材料として同一タイプからなってよい（例えば、ＴｉＯ２又は他のメソポーラス材料、例えば第２の活物質２８１５のＴｉＯ２など）。第２の活物質は、アルミナ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）（図５には示されていない）を含む薄膜コートＩＦＬで被覆されたＴｉＯ２を含むことができ、これは次に(in turn)色素(dye)で被覆される。本明細書におけるＴｉＯ２及び／又はチタニアの言及は、本明細書に記載されているこのようなチタン酸化物化合物中のチタンと酸化物との比率を限定するものではない。すなわち、チタニア化合物は、その様々な酸化状態のうちのいずれか１以上において治安を含むことができ（例えば、チタンＩ、チタンＩＩ、チタンＩＩＩ、チタンＩＶ）、及びしたがって、様々な実施形態は、チタン及び酸化物の化学量論的及び／又は非化学量論的量(non-stoichiometric amounts)を含むことができる。したがって、様々な実施形態は、（ＴｉＯ２の代わりに又はＴｉＯ２に加えて）ＴｉｘＯｙを含むことができ、ここでｘは１～１００の整数又は非整数であり得る。いくつかの実施形態では、ｘは約０．５と３との間であり得る。同様に、ｙは約１．５と４との間であってもよい（及びまた、整数である必要はない）。したがって、いくつかの実施形態は、例えば、ＴｉＯ２及び／又はＴｉ２Ｏ３を含み得る。加えて、チタンと酸化物との間のあらゆる(whatever)比率又は組み合わせにおけるチタニアは、いくつかの実施形態では、アナターゼ、ルチル及びアモルファスのいずれか１以上を含む、いずれの１以上の結晶構造からなっていてよい。
いくつかの実施形態の薄膜コートＩＦＬで使用するための他の例示的な金属酸化物は、半導電性金属酸化物、例えばＮｉＯ、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５又はＭｏＯ３など、を含むことができる。第２の(例えばｎ型)活物質が、Ａｌ２Ｏ３を含む薄膜コートＩＦＬで被覆されたＴｉＯ２を含む、実施形態は、例えば前駆物質、例えばＡｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏなど、又はＴｉＯ２の上にＡｌ２Ｏ３を堆積し、続いて(followed by)熱アニーリング及び色素コーティングするのに好適ないずれの他の材料で(with)形成され得る。代わりにＭｏＯ３コーティングが使用される例示的な実施形態では、当該コーティングは、Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏのような前駆物質で形成されてもよいのに対し；いくつかの実施形態によるＶ２Ｏ５コーティングは、ＮａＶＯ３などの前駆物質で形成されてもよく、；且つ、いくつかの実施形態によるＷＯ３コーティングは、ＮａＷＯ４・Ｈ２Ｏなどの前駆物質で形成することができる。前駆物質（例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏ）の濃度は、ＴｉＯ２又は他の活物質上に堆積した（ここではＡｌ２Ｏ３からなる）最終膜の厚さに影響を及ぼす可能性がある。したがって、前駆物質の濃度を変更することは、最終的な膜厚を制御することができる方法であり得る。例えば、より大きい膜厚は、より大きな前駆物質濃度に起因し得る。より大きい膜厚は、金属酸化物コーティングを含むＰＶデバイスにおいて必ずしもより大きなＰＣＥ(パワー変換効率)をもたらすとは限らない。したがって、いくつかの実施形態の１方法は、約０．５～１０．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆物質を用いてＴｉＯ２（又は他のメソポーラス）層をコーティングすることを含むことができ、；他の実施形態は、約２．０～６．０ｍＭの範囲の濃度を有する前駆物質で当該層をコーティングすることを含むことができ、；又は、又は他の実施形態では、約２．５～５．５ｍＭである。
さらに、本明細書ではＡ１２Ｏ３及び／又はアルミナと称するが、アルミニウムと酸素との様々な比率がアルミナの形成において使用され得ることに留意すべきである。したがって、本明細書で論じられるいくつかの実施形態はＡ１２Ｏ３を参照して説明されるが、そのような説明は、酸素中のアルミニウムの要求される比率を規定することを意図するものではない。むしろ、実施形態は、各々がＡｌｘＯｙ（ここで、ｘは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る）に従った酸化アルミニウム比を有する、いずれの１つ以上のアルミニウム－酸化物化合物を含み得る。いくつかの実施形態において、ｘは約１と３との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１と１００と間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態において、ｙは２と４との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。加えて、様々な実施形態において、ＡｌｘＯｙの様々な結晶形態、例えばアルミナのアルファ、ガンマ、及び／又はアモルファス形態、が存在してもよい。
同様に、本明細書ではＭｏＯ３、ＷＯ３及びＶ２Ｏ５と称するが、代わりに、又は加えて、そのような化合物はＭｏｘＯｙ、ＷｘＯｙ及びＶｘＯｙとしてそれぞれ表すことができる。ＭｏｘＯｙ及びＷｘＯｙのそれぞれについて、ｘは、約０．５と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る；いくつかの実施形態では、ｘ(it)は約０．５と１．５との間であり得る。同様に、ｙは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｙは約１と４との間であり得る。ＶｘＯｙについて、ｘは、約０．５と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る；いくつかの実施形態では、ｘ(it)は約０．５と１．５との間であり得る。同様に、ｙは、約１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。；特定の実施形態では、ｙ(it)は約１と１０との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。
同様に、本明細書のいくつかの例示的な実施形態におけるＣｓＳｎＩ３への言及は、様々な実施形態によるセシウム－スズ－ヨウ素化合物の構成元素(component elements)の比率を限定することを意図するものではない。いくつかの実施形態は、スズ及びヨウ化物の化学量論的及び／又は非化学量論的な量を含むことができ、及びしたがって、そのような実施形態は、代わりに又は加えて、セシウム、スズ、及びヨウ素について様々な非率、例えば各々がＣｓｘＳｎｙＩｚの比率を有する、いずれか１以上のセシウム－スズ－ヨウ素化合物など、を含むことができる。このような実施形態では、ｘは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｘは約０．５と１．５との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｙは約０．５と１．５との間であり得る（及びまた、整数である必要はない）。同様に、ｚは、０．１と１００との間のいずれの値、整数又は非整数、であり得る。いくつかの実施形態では、ｚは約２．５と３．５との間であり得る。加えて、ＣｓＳｎＩ３は、ＳｎＦ２のような他の材料をドープされ又は配合されてもよい。ＣｓＳｎＩ３：ＳｎＦ２の比率は、０．１：１～１００：１の範囲であり、その間のすべての値（整数及び非整数）を含む。
加えて、薄膜コートＩＦＬは、二重層を含むことができる。したがって、薄膜コートＩＦＬが金属酸化物（アルミナなど）を含む例に戻ると、薄膜コートＩＦＬは、ＴｉＯ２プラス金属酸化物を含むことができる。このような薄膜コートＩＦＬは、メソポーラスＴｉＯ２又は他の活物質単独と比較して、電荷再結合に抵抗する能力がより高いことがある。さらに、ＴｉＯ２層の形成において、本開示のいくつかの実施形態によれば、ＴｉＯ２粒子の十分な物理的相互接続を提供するために、２次ＴｉＯ２コーティングがしばしば必要である。二重層薄膜コートＩＦＬをメソポーラスＴｉＯ２（又は他のメソポーラス活物質）の上にコーティングすることは、金属酸化物とＴｉＣｌ４との両方を含む化合物を用いたコーティングの組み合わせを含みことができ、金属酸化物と２次ＴｉＯ２コーティングとの組み合わせを含む二重層薄膜コートＩＦＬをもたらし、これは、それ自身の上にいずれかの材料を使用するよりも性能の向上をもたらす可能性がある。
いくつかの実施形態において、ＩＦＬはチタン酸塩(titanate)を含んでもよい。いくつかの実施形態によるチタン酸塩は、一般式Ｍ’ＴｉＯ３であり得、ここで、： Ｍ’はいずれの２＋カチオンを含む。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、又はＰｂのカチオン形態を含み得る。いくつかの実施形態において、ＩＦＬは単一種のチタン酸塩を含むことができ、他の実施形態において、ＩＦＬは２種以上の異なるチタン酸塩種を含むことができる。一実施形態において、チタン酸塩は式ＳｒＴｉＯ３を有する。別の実施形態において、チタン酸塩は式ＢａＴｉＯ３を有し得る。さらに別の実施形態において、チタン酸塩は式ＣａＴｉＯ３を有し得る。
説明のために、及びいずれの制限を意味することなく、チタン酸塩はペロブスカイト結晶構造を有し、ペロブスカイト材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３）成長変換プロセスに強くシードする。チタン酸塩は一般に、他のＩＦＬ要件、例えば、強誘電性挙動、十分な電荷キャリア移動度、光学的透明性、整合エネルギーレベル、及び高誘電率など、も満たしている。
他の実施形態において、ＩＦＬはジルコン酸塩(zirconate)を含んでもよい。いくつかの実施形態によるジルコン酸塩は、一般式Ｍ’ＺｒＯ３であり得、ここで、Ｍ’はいずれの２＋カチオンを含む。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、又はＰｂのカチオン形態を含み得る。いくつかの実施形態において、ＩＦＬは単一種のジルコン酸塩を含むことができ、他の実施形態において、ＩＦＬは２つ以上の異なる種のジルコン酸塩を含むことができる。一実施形態において、ジルコン酸塩は式ＳｒＺｒＯ３を有する。別の実施形態において、ジルコン酸塩は式ＢａＺｒＯ３を有してもよい。さらに別の実施形態において、ジルコン酸塩は式ＣａＺｒＯ３を有し得る。
説明のために、及び制限を意味することなく、ジルコン酸塩はペロブスカイト結晶構造を有し、且つ、ペロブスカイト材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３）成長変換プロセスに強くシードする。ジルコン酸は一般に、他のＩＦＬ要件、例えば、強誘電性挙動、十分な電荷キャリア移動度、光学的透明性、整合エネルギーレベル、及び高誘電率など、も満たしている。
さらに、他の実施形態において、ＩＦＬは、一般式Ｍ’［ＺｒｘＴｉ１-ｘ］Ｏ３のジルコン酸塩とチタン酸塩の組み合わせを含んでもよい。ここで、Ｘは０より大きく１未満であり、Ｍ‘はいずれの２＋カチオンを含む。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、又はＰｂのカチオン形態を含み得る。いくつかの実施形態において、ＩＦＬは単一種のジルコン酸塩を含むことができ、他の実施形態においてでは、ＩＦＬは２つ以上の異なる種のジルコン酸塩を含むことができる。一実施形態において、ジルコン酸塩／チタン酸塩の組み合わせは、式Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１-ｘ］Ｏ３を有する。別の実施形態において、ジルコン酸塩／チタン酸塩の組み合わせは、式Ｐｂ［Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８］Ｏ３を有する。
説明のために、及び制限を意味することなく、ジルコン酸塩／チタン酸塩の組み合わせは、ペロブスカイト結晶構造を有し、ペロブスカイト材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３）成長変換プロセスに強くシードする。ジルコン酸塩／チタン酸塩の組み合わせは一般に、他のＩＦＬ要件、例えば、強誘電性挙動、十分な電荷キャリア移動度、光学的透明性、整合エネルギーレベル、及び高誘電率など、も満たしている。
他の実施形態において、ＩＦＬはニオブ酸塩（niobate）を含んでもよい。いくつかの実施形態によるニオブ酸塩は、一般式Ｍ’ＮｉＯ３であり得、ここで、Ｍ’はいずれの１＋カチオンを含む。いくつかの実施形態において、Ｍ‘は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｌ、アンモニウム、又はＨのカチオン形態を含み得る。いくつかの実施形態において、ＩＦＬは、ニオブ酸塩の単一種を含み得る。他の実施形態において、ＩＦＬはニオブ酸塩の２つ以上の異なる種を含んでもよい。一実施形態において、ニオブ酸塩は式ＬｉＮｂＯ３を有する。別の実施形態において、ニオブ酸塩は式ＮａＮｂＯ３を有し得る。さらに別の実施形態では、ニオブ酸塩は式ＡｇＮｂＯ３を有してもよい。
説明のために、及び制限を意味することなく、ニオブ酸塩は一般に、ＩＦＬの要件、例えば圧電挙動、非線形光学分極率、光弾性、強誘電挙動、ポッケルス効果、十分な電荷キャリア移動度、光透過性、整合エネルギーレベル、高誘電率など、を満たす。
一実施形態においてでは、ペロブスカイト材料デバイスは、ＰｂＩ２をＳｒＴｉＯ３でコーティングされたＩＴＯ基板上にキャストすることにより調合されてもよい。ＰｂＩ２は、浸漬プロセスによってＭＡＰｂＩ３に変換できる。このプロセスについては、以下で詳しく説明する。この結果得られるＰｂＩ２からＭＡＰｂＩ３への変換は、ＳｒＴｉＯ３を含まない基板の調製と比較して、より完全である（光学分光法で観察）。
本明細書で議論されるいずれの界面材料は、ドープされた組成物をさらに含み得る。界面材料の特性（例えば、電気的、光学的、機械的）を変更するには、化学量論的又は非化学量論的材料にわずか１ｐｐｂから５０ｍｏｌ％の範囲の量の１つ以上の元素をドープしてよい。界面材料のいくつかの例は、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭＯ３、ＺｎＯ、グラフェン、及びカーボンブラックを包含する。これらの界面材料に可能なドーパントの例は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ｃ、Ｓ、Ａｓ、ハロゲン化物、擬ハロゲン化物（例えば、シアン化物、シアネート、イソシアネート、フルミン酸塩、チオシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、アジド、テトラカルボニルコバルテート、カルバモイルジシアノメタニド、ジシアノニトロソメタニド、ジシアナミド、及びトリシアノメタニド）、及びその酸化状態のいずれかにおけＡｌ、を包含する。本明細書におけるドープされた界面材料への言及は、界面材料化合物中の成分元素の比率を制限することを意図していない。
薄膜コートＩＦＬ及びこれらを前述のＴｉＯ２の上にコーティングする方法は、いくつかの実施形態では、液体電解質を含むＤＳＳＣにおいて利用することができる。したがって、薄膜コートＩＦＬの例に戻り、且つ、例えば図１に戻って参照すると、図１のＤＳＳＣは、メソポーラス層１５０５の上にコーティングされた、上記の薄膜コートＩＦＬをさらに含むことができる（すなわち、薄膜コートＩＦＬがメソポーラス層１５０５と色素１５０４との間に挿入されることになる）。
いくつかの実施形態では、ＤＳＳＣの文脈で先に議論された薄膜コートＩＦＬは、ＰＶ（例えば、ハイブリッドＰＶ又は他のＰＶ）、電界効果トランジスタ、発光ダイオード、非線形光学デバイス、メモリスタ（memristor）、キャパシタ、整流器、整流アンテナ(rectifying antennas,レクテナ)などの半導体デバイスのいずれの界面層において使用することができる。さらに、いくつかの実施形態の薄膜コートＩＦＬは、本開示で論じられる他の化合物と組み合わせて様々なデバイスのいずれかにおいて利用することができる。本開示の様々な実施形態の以下のもの：
固体正孔輸送物質及び添加剤（例えば、いくつかの実施形態では、ケノデオキシコール酸又は１，８－ジヨードオクタンなど）、
のいずれか１以上を含む（但し、これらに限定されない）。
固体正孔輸送物質及び添加剤（例えば、いくつかの実施形態では、ケノデオキシコール酸又は１，８－ジヨードオクタンなど）、
のいずれか１以上を含む（但し、これらに限定されない）。
いくつかの実施形態では、異なる材料から作られた複数のＩＦＬを互いに隣接して配置して、複合ＩＦＬを形成することができる。この構成には、２つの異なるＩＦＬ、３つの異なるＩＦＬ、又はさらに多くの異なるＩＦＬが含まれる場合がある。結果として得られる多層ＩＦＬ又は複合ＩＦＬは、単一材料ＩＦＬの代わりに使用できる。例えば、複合ＩＦＬは、図４の例に示されるセル２６１０におけるＩＦＬ２６２６及び／又はＩＦＬ２６２７として使用されてもよい。複合ＩＦＬは単一材料ＩＦＬとは異なるが、多層ＩＦＬを有するペロブスカイト材料ＰＶセルのアセンブリは、単一材料ＩＦＬのみを有するペロブスカイト材料ＰＶセルのアセンブリと実質的に異ならない。
一般に、複合ＩＦＬは、ＩＦＬに好適であると本明細書で説明されている材料のいずれかを使用して作成され得る。一実施形態において、ＩＦＬは、Ａｌ２Ｏ３の層及びＺｎＯ又はＭ：ＺｎＯの層（ドープされたＺｎＯ、例えば、Ｂｅ：ＺｎＯ、Ｍｇ：ＺｎＯ、Ｃａ：ＺｎＯ、Ｓｒ：ＺｎＯ、Ｂａ：ＺｎＯ、Ｓｃ：ＺｎＯ、Ｙ：ＺｎＯ、Ｎｂ：ＺｎＯ）を含む。一実施形態において、ＩＦＬは、ＺｒＯ２の層及びＺｎＯ又はＭ：ＺｎＯの層を含む。特定の実施形態において、ＩＦＬは複数の層を含む。いくつかの実施形態において、多層ＩＦＬは一般に、導体層、誘電体層、及び半導体層を有する。特定の実施形態において、層は、例えば、導体層、誘電体層、半導体層、誘電体層、及び半導体層を繰り返してもよい。多層ＩＦＬの例は、ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、及び第２のＡｌ２Ｏ３層を有するＩＦＬ；ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、第２のＡｌ２Ｏ３層、及び第２のＺｎＯ層を有するＩＦＬ；ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＺｎＯ層、第２のＡｌ２Ｏ３層、第２のＺｎＯ層、及び第３のＡｌ２Ｏ３層を有するＩＦＬ；及び、必要な性能特性を達成するために必要な数のレイヤーを有するＩＦＬ；を包含する。前述のように、特定の化学量論比への言及は、さまざまな実施形態によるＩＦＬ層の構成要素の比を制限することを意図していない。
２つ以上の隣接するＩＦＬを複合ＩＦＬとして配置すると、ペロブスカイト材料ＰＶセルにおける単一のＩＦＬよりも優れている場合がある。各ＩＦＬ材料の属性は、単一のＩＦＬで活用できる。例えば、ＩＴＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、及びＺｎＯ層を有するアーキテクチャにおいて、ＩＴＯは導電電極であり、Ａｌ２Ｏ３は誘電体であり、ＺｎＯはｎ型半導体であり、ＺｎＯは、良好な電子輸送特性（例えば移動度）を備えた電子受容体として機能する。さらに、Ａｌ２Ｏ３は、ＩＴＯによく付着し、表面欠陥（例えば、電荷トラップ）をキャッピングすることで表面を均質化し、暗電流の抑制によりデバイスダイオードの特性を改善する、物理的に堅牢な材料である。
ペロブスカイト材料
ペロブスカイト材料は、ＰＶ又は他のデバイスの１以上の態様に組み込むことができる。いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣｗＭｙＸｚのものであってもよく、式中、：
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｎを含む）を含み；
Ｘは１以上のアニオンを含み；且つ、
ｗ、ｙ、及びｚは、１～２０の実数を表す。いくつかの実施形態において、Ｃは、１以上の有機カチオンを含み得る。いくつかの実施形態において、各有機カチオンＣは各金属Ｍより大きくてもよく、各アニオンＸはカチオンＣと金属Ｍの両方と結合することができてもよい。特定の実施形態において、ペロブスカイト材料は式ＣＭＸ３であってもよい。
ペロブスカイト材料は、ＰＶ又は他のデバイスの１以上の態様に組み込むことができる。いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料は、一般式ＣｗＭｙＸｚのものであってもよく、式中、：
Ｃは１以上のカチオン（例えば、アミン、アンモニウム、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物）を含み；
Ｍは、１以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ及びＺｎを含む）を含み；
Ｘは１以上のアニオンを含み；且つ、
ｗ、ｙ、及びｚは、１～２０の実数を表す。いくつかの実施形態において、Ｃは、１以上の有機カチオンを含み得る。いくつかの実施形態において、各有機カチオンＣは各金属Ｍより大きくてもよく、各アニオンＸはカチオンＣと金属Ｍの両方と結合することができてもよい。特定の実施形態において、ペロブスカイト材料は式ＣＭＸ３であってもよい。
特定の実施形態において、Ｃは、アンモニウム、一般式［ＮＲ４］＋（式中、Ｒ基は同一又は異なる基であり得る）の有機カチオンを含み得る。好適なＲ基は、：
メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、ピリジン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、テトラヒドロキノリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、ピリジン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、テトラヒドロキノリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
特定の実施形態では、Ｃはホルムアミジニウムであって、一般式［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋の有機カチオンを含むことができる。式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ジヒドロピリミジン、（アゾリジニリデンメチル）ピロリジン、トリアゾール）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ジヒドロピリミジン、（アゾリジニリデンメチル）ピロリジン、トリアゾール）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
式１(Formula 1)
式１は、上記のような一般式［Ｒ２ＮＣＲＮＲ２］＋を有するホルムアミジニウムカチオンの構造を示す。
式２(Formula 2)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働き得るいくつかのホルムアミジニウムカチオンの例示的構造を示す。
式２
特定の実施形態において、Ｃは、グアニジニウムであって、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋の有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、オクタヒドロピリミド［１，２－ａ］ピリミジン、ピリミド［１，２－ａ］ピリミジン、ヘキサヒドロイミダゾ［１，２－ａ］イミダゾール、ヘキサヒドロピリミジン－２－イミン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、オクタヒドロピリミド［１，２－ａ］ピリミジン、ピリミド［１，２－ａ］ピリミジン、ヘキサヒドロイミダゾ［１，２－ａ］イミダゾール、ヘキサヒドロピリミジン－２－イミン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
式３(Formula 3)
式３は、上記のような一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝ＮＲ２］＋を有するグアニジニウムカチオンの構造を示す。式４(Formula 4)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働くことができるいくつかのグアニジニウムカチオンの構造の例を示す。
式４
特定の実施形態において、Ｃは、エテンテトラミンカチオンであって、一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝Ｃ（ＮＲ２）２］＋の有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、２－ヘキサヒドロピリミジン－２－イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３－ｂ］キノキサリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、２－ヘキサヒドロピリミジン－２－イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３－ｂ］キノキサリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
式５(Formula 5)
式５は、上記のような一般式［（Ｒ２Ｎ）２Ｃ＝Ｃ（ＮＲ２）２］＋を有するエテンテトラミンカチオンの構造を示す。式６(Formula 6)は、ペロブスカイト材料中のカチオン「Ｃ」として働くことができるいくつかのグアニジニウムカチオンの構造の例を示す。
式６
特定の実施形態において、Ｃは、イミダゾリウムカチオンであって、一般式［ＣＲＮＲＣＲＮＲＣＲ］＋の芳香族環状有機カチオン、を含むことができ、式中、Ｒ基は同一又は異なる基であってもよい。好適なＲ基は、：
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、２－ヘキサヒドロピリミジン－２－イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３－ｂ］キノキサリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基又はそれらの異性体；
いずれのアルカン、アルケン、又はアルキンＣｘＨｙ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝１～４２、環式、分枝状又は直鎖）；
アルキルハライド、ＣｘＨｙＸｚ（式中、ｘ＝１～２０、ｙ＝０～４２、ｚ＝１～４２、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）；
いずれの芳香族基（例えば、フェニル、アルキルフェニル、アルコキシフェニル、ピリジン、ナフタレン）；
少なくとも１つの窒素が環内に含まれる、環状錯体（例えば、２－ヘキサヒドロピリミジン－２－イリデンヘキサヒドロピリミジン、オクタヒドロピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、ピラジノ［２，３－ｂ］ピラジン、キノキサリノ［２，３－ｂ］キノキサリン）；
いずれの硫黄含有基（例えば、スルホキシド、チオール、アルキルスルフィド）；
いずれの窒素含有基（ニトロキシド、アミン）；
いずれの亜リン酸(phosphorous)含有基（ホスフェート(phosphate,リン酸エステル)）；
いずれのホウ素含有基（例えば、ボロン酸）；
いずれの有機酸（例えば、酢酸、プロパン酸）、及びそのエステル又はアミド誘導体；
アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むいずれのアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）；
いずれのケイ素含有基（例えば、シロキサン）；及び
いずれのアルコキシ又は－ＯＣｘＨｙ基、（式中、ｘ＝０～２０、ｙ＝１～４２）；
を含む(ただし、これらに限定されない)。
式７（Formula 7）
いくつかの実施形態において、Ｘは、１以上のハロゲン化物を含み得る。特定の実施形態において、Ｘは、代わりに、又は加えて、第１６族のアニオンを含み得る。特定の実施形態では、第１６族のアニオンは、酸化物、スルフィド、セレン化物又はテルル化物であってもよい。特定の実施形態において、Ｘは、代わりに、又は加えて、１以上の擬ハロゲン化物(pseudohalides)（例えば、シアン化物、シアネート、イソシアネート、フルミネート、チオシアネート、イソチオシアネート、アジド、テトラカルボニルコバルト酸塩、カルバモイルジシアノメタニド、ジシアノニトロソメタニド、ジシアンアミド及びトリシアノメタニド）を含んでいてもよい。
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式ＣＭＸ３を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式Ｃ３Ｍ２Ｘ９を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式ＣＭ２Ｘ７を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
一実施形態において、ペロブスカイト材料は、実験式Ｃ２ＭＸ４を含むことができる。ここで、Ｃは、前述のカチオンのうち１つ以上、１族金属、２族金属、及び／又は他のカチオン又はカチオン様化合物を含む；Ｍは１つ以上の金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔｌ、及びＺｎを包含する例）を含む；Ｘは前述のアニオンのうち１つ以上を含む。
ペロブスカイト材料はまた、混合イオン配合物(formulations)も含み得る。ここで、Ｃ、Ｍ、又はＸは２つ以上の化学種、例えば、Ｃｓ０．１ＦＡ０．９ＰｂＩ３；ＦＡＰｂ０．５Ｓｎ０．５Ｉ３；ＦＡ０．８３Ｃｓ０．１７Ｐｂ（Ｉ０．６Ｂｒ０．４）３；ＦＡ０．８３Ｃｓ０．１２Ｒｂ０．０５Ｐｂ（Ｉ０．６Ｂｒ０．４）３ 及び ＦＡ０．８５ＭＡ０．１５Ｐｂ（Ｉ０．８５Ｂｒ０．１５）３；を含む。
様々な実施形態によるペロブスカイト材料の例は、ＣｓＳｎＩ３（本明細書において先に論じた）及びＣｓｘＳｎｙＩｚ（ｘ、ｙ、及びｚは前述の議論に従って変化する）を包含する。他の例は、一般式ＣｓＳｎＸ３の化合物を含み、式中、Ｘは、
Ｉ３、Ｉ２．９５Ｆ０．０５；Ｉ２Ｃｌ；ＩＣｌ２；及びＣｌ３；
のいずれか１以上であり得る。他の実施形態では、Ｘは、Ｃｓ及びＳｎと比較したＸの合計比がＣｓＳｎＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｉ、Ｃｌ、Ｆ及びＢｒのいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｘを構成する元素(elements)の組み合わせた化学量論は、ＣｓｘＳｎｙＩｚに関して先に論じたＩ２と同じ規則に従うことができる。さらに他の例は、一般式ＲＮＨ３ＰｂＸ３を含み、式中、ＲはＣｎＨ２ｎ＋１であり得、ｎは０～１０の範囲であり、且つ、Ｘは、カチオンＲＮＨ３及び金属Ｐｂと比較したＸの合計比がＲＮＨ３ＰｂＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩのいずれか１以上を含むことができる。さらに、Ｒのいくつかの具体例は、Ｈ、アルキル鎖（例えば、ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２など）及び、アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）を含む。
Ｉ３、Ｉ２．９５Ｆ０．０５；Ｉ２Ｃｌ；ＩＣｌ２；及びＣｌ３；
のいずれか１以上であり得る。他の実施形態では、Ｘは、Ｃｓ及びＳｎと比較したＸの合計比がＣｓＳｎＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｉ、Ｃｌ、Ｆ及びＢｒのいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｘを構成する元素(elements)の組み合わせた化学量論は、ＣｓｘＳｎｙＩｚに関して先に論じたＩ２と同じ規則に従うことができる。さらに他の例は、一般式ＲＮＨ３ＰｂＸ３を含み、式中、ＲはＣｎＨ２ｎ＋１であり得、ｎは０～１０の範囲であり、且つ、Ｘは、カチオンＲＮＨ３及び金属Ｐｂと比較したＸの合計比がＲＮＨ３ＰｂＸ３の一般化学量論をもたらすような量で、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩのいずれか１以上を含むことができる。さらに、Ｒのいくつかの具体例は、Ｈ、アルキル鎖（例えば、ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２など）及び、アルファ、ベータ、ガンマ、及びより大きな誘導体を含むアミノ酸（例えば、グリシン、システイン、プロリン、グルタミン酸、アルギニン、セリン、ヒスチジン、５－アンモニウム吉草酸）を含む。
他の例示的な電子デバイス
いくつかの実施形態による別の例示的なデバイスは、モノリシック薄膜ＰＶ及び電池デバイス、又はハイブリッドＰＶバッテリである。
いくつかの実施形態による別の例示的なデバイスは、モノリシック薄膜ＰＶ及び電池デバイス、又はハイブリッドＰＶバッテリである。
本開示のいくつかの実施形態によるハイブリッドＰＶバッテリは、一般に、ＰＶバッテリと、共通電極を共有し、直列又は並列に電気的に結合されたバッテリ部分とを包含し得る。例えば、いくつかの実施形態のハイブリッドＰＶバッテリは、図６を参照することにより説明され得る。図６は、例示的なハイブリッドＰＶバッテリの構成要素の様式化された図であり、且つ、図６は、
封止材(encapsulant)３６０１;
少なくとも３つの電極３６０２、３６０４、及び３６０６であって、そのうちの少なくとも１つは、デバイスのＰＶ部分及びデバイスのバッテリ部分によって共有される共通電極（ここでは３６０４）である、電極；
ＰＶ活性層３６０３；
バッテリー活性層３６０５；及び
基板３６０７；
を包含する。そのような例示的な実施形態において、デバイスのＰＶセルは、１つの電極３６０２（いくつかの実施形態においてＰＶ電極と呼ばれ得る）及びＰＶ活性層３６０３を含み得るが、デバイスのバッテリは他の非共有電極３６０６（いくつかの実施形態においてバッテリ電極と呼ばれることがある）及びバッテリ活性層３６０５を含み得る。そのような実施形態のＰＶセル及びバッテリ部分は共通電極３６０４を共有する。いくつかの実施形態において、ハイブリッドＰＶバッテリは、モノリシック、すなわち単一の基板に刻印されていてもよい。そのような実施形態において、ＰＶセルとバッテリ部分の両方が薄膜型デバイスでなければならない。いくつかの実施形態において、ＰＶセル及びバッテリの両方が、高スループット技術、例えばインクジェット、ダイスロット、グラビア印刷、及びインプリントロールツーロール印刷など、によって印刷することができる場合がある。
封止材(encapsulant)３６０１;
少なくとも３つの電極３６０２、３６０４、及び３６０６であって、そのうちの少なくとも１つは、デバイスのＰＶ部分及びデバイスのバッテリ部分によって共有される共通電極（ここでは３６０４）である、電極；
ＰＶ活性層３６０３；
バッテリー活性層３６０５；及び
基板３６０７；
を包含する。そのような例示的な実施形態において、デバイスのＰＶセルは、１つの電極３６０２（いくつかの実施形態においてＰＶ電極と呼ばれ得る）及びＰＶ活性層３６０３を含み得るが、デバイスのバッテリは他の非共有電極３６０６（いくつかの実施形態においてバッテリ電極と呼ばれることがある）及びバッテリ活性層３６０５を含み得る。そのような実施形態のＰＶセル及びバッテリ部分は共通電極３６０４を共有する。いくつかの実施形態において、ハイブリッドＰＶバッテリは、モノリシック、すなわち単一の基板に刻印されていてもよい。そのような実施形態において、ＰＶセルとバッテリ部分の両方が薄膜型デバイスでなければならない。いくつかの実施形態において、ＰＶセル及びバッテリの両方が、高スループット技術、例えばインクジェット、ダイスロット、グラビア印刷、及びインプリントロールツーロール印刷など、によって印刷することができる場合がある。
いくつかの実施形態のＰＶセルは、ＤＳＳＣ、ＢＨＪ、ハイブリッドＰＶ、又は当技術分野で知られている他のＰＶ、例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）ＰＶ、又はＣＩＧＳ（銅-インジウム-ガリウム-セレン化物）ＰＶなど、を包含することができる。例えば、ハイブリッドＰＶバッテリのＰＶセルがＤＳＳＣを含む実施形態において、ＰＶセルは、図１の例示的な液体電解質ＤＳＳＣと図６の例示的なハイブリッドＰＶバッテリのＰＶセルとの間の比較によって説明することができる。具体的には、ＰＶ電極３６０２は電極層１５０２に対応し得る；ＰＶ活性層３６０３は、電解質１５０３、色素１５０４、及びＭＬ１５０５に対応し得る；そして、共通電極３６０４は、電極層１５０６に対応して得る。本開示の利益を享受する当業者には明らかなように、他のいずれのＰＶは、ハイブリッドＰＶバッテリのいくつかの実施形態のＰＶセル構成要素に同様に対応し得る。さらに、本明細書で説明したＰＶデバイスと同様に、デバイスのＰＶセル内のＰＶ活性層は、いくつかの実施形態において、界面層、及び第1及び/又は第2の活物質、のうちのいずれか１つ以上を含んでもよい（これらはそれぞれｎ型又はｐ型半導体であり得、且つ、それらのいずれか又は両方は、本明細書で議論される様々な実施形態による金属酸化物界面層を包含し得る）。
このようなデバイスのバッテリ部分は、当技術分野で知られているバッテリ、例えばリチウムイオン又は亜鉛空気など、に従って構成されてもよい。いくつかの実施形態において、バッテリは薄膜バッテリであってもよい。
したがって、例えば、いくつかの実施形態によるハイブリッドＰＶバッテリは、亜鉛空気バッテリと一体化されたＤＳＳＣを包含し得る。両方のデバイスは薄膜タイプであり、且つ、本開示のいくつかの実施形態によれば、インクジェットロールツーロール印刷などの高スループット技術によって印刷することができる。この例において、亜鉛空気バッテリは、最初に対電極が完成した基板（基板３６０７に対応）に印刷される。その後、光活性層（ＰＶ活性層３６０３に対応）が電極３６０４上に印刷されるため、バッテリの対向電極が共通電極（共通電極３６０４に対応）になる。デバイスは、最終電極（ＰＶ電極に対応）で完成し、且つ、封止材（封止材３６０１に対応）によってカプセル化される。封止材は、エポキシ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチル－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、パリレンＣ、又は環境からデバイスを保護するのに適した他の材料を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、ハイブリッドＰＶバッテリは、既知のバッテリ又はＰＶデバイスを超えるいくつかの利点を提供し得る。ハイブリッドＰＶバッテリがモノリシックである実施形態において、接続ワイヤの欠如により、耐久性が向上する場合がある。２つの他の別個のデバイスを１つ（ＰＶ及びバッテリ）に組み合わせることにより、別個のバッテリを充電するために別個のＰＶを使用する場合と比較して、全体のサイズ及び重量をさらに有利に低減できる。ハイブリッドPVバッテリが薄膜型PVセルとバッテリー部分を含む実施形態において、薄型ＰＶセルは、有利には、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ(商標)又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））などの電池産業に知られている基板上の電池とインラインで印刷することができる。さらに、このようなハイブリッドＰＶバッテリの最終フォームファクターは、いくつかの実施形態において、標準バッテリのフォームファクターに適合させることができる（例えば、家電製品で使用するため、コイン、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、Ｄなどの；又は、例えば携帯電話で使用するため）。いくつかの実施形態において、バッテリは、デバイスから取り外し、その後日光に置くことにより充電することができる。他の実施形態において、バッテリは、バッテリのＰＶセルがデバイスから外部に面するように設計されてもよく（例えば、バッテリはデバイスに封入されない）、それにより、デバイスは太陽光への曝露により充電されてもよい。例えば、携帯電話は、バッテリのＰＶセルが電話の外側に面するハイブリッドＰＶバッテリを含んでもよい（バッテリーを電話の覆われた部分内に完全に配置するのとは対照的に）。
加えて、本開示のいくつかの実施形態は、多重光活性層ＰＶセルを提供し得る。そのようなセルは、少なくとも２つの光活性層を包含することができ、各光活性層は、共有の両面導電性（すなわち、導体／絶縁体／導体）基板によって互いに分離されている。いくつかの実施形態の光活性層及び共有基板（複数可）は、導電層（例えば、導電基板、又は基板に結合(bound)又は結合された(coupled)導体）の間に挟まれてもよい。いくつかの実施形態において、導体及び／又は基板のうちいずれか１つ又は複数は、ＵＶ、可視、又はＩＲスペクトル内の少なくともいくつかの電磁放射に対して透明であってもよい。
各光活性層は、本明細書の他の場所で論じられている様々なＰＶデバイス（例えば、ＤＳＳＣ、ＢＨＪ、ハイブリッド）のいずれかの活性層及び／又は光活性層に応じた構成を有することができる。いくつかの実施形態において、各光活性層は、電磁放射の異なる波長を吸収することができてもよい。このような構成は、本開示の利益を享受する当業者には明らかないずれの好適な手段によって達成することができる。
いくつかの実施形態による例示的な多光活性層ＰＶセルは、図７の様式化された図を参照することにより説明され得る。図７は、そのようないくつかのＰＶセルの基本構造を示している。図７は、共有の両面導電性基板３７１０によって分離された第１及び第２の光活性層（それぞれ３７０１及び３７０５）を示す（例えば、図７は、一般的な性質の導体／絶縁体／導体のアーキテクチャを示す）。２つの光活性層３７０１及び３７０５、及び共有基板３７１０は、第１及び第２の導電性基板３７１５及び３７２０の間に挟まれる。この例示的なセットアップでは、各光活性層３７０１及び３７０５は、ＤＳＳＣ様構成による色素を含む。さらに、第１の光活性層３７０１の色素は、可視ＥＭスペクトルの第１の部分（例えば、入射青色光及び緑色光３７５０及び３７５１）における電磁放射を吸収することができる一方、第２の光活性層３７０５の色素は、可視ＥＭスペクトルの第２の異なる部分（たとえば、赤と黄色の光３７５５及び３７５６）における電磁放射を吸収することができる。図７に示されるデバイスの場合ではないが、いくつかの実施形態によるデバイスは、異なるがそれでも重なり合う波長範囲の放射線を吸収することができる色素（又は他の光活性層材料）を包含してもよいことに留意されたい。各光活性層での励起時に（例えば、入射太陽放射による）、正孔は、第１の光活性層３７０１から第１の導電性基板３７１５へ、且つ、同様に第２の光活性層３７０５から第２の導電性基板３７２０へ流れることができる。したがって、付随する電子輸送は、各光活性層３７０１及び３７０５から共有導電性基板３７１０へと起こり得る。１つ又は複数の導電体（たとえば、図７のリード線３７３５）は、第１及び第２の導電性基板３７１５及び３７２０のそれぞれから回路の負方向３７３０に向かって（例えば、カソード、バッテリーのマイナス端子などに向けて）正孔をさらに輸送することができる一方、１つ又は複数の導体（たとえば、図７におけるようなリード線３７４５及び３７４６）は、共有基板３７１０から電子を回路の正方向３７３５に向かって運ぶことができる。
いくつかの実施形態において、２つ以上の多光活性層ＰＶセルを接続するか、さもなければ電気的に結合することができる（例えば、直列に）。例えば、図７の例示的な実施形態に戻って参照する。第１及び第２の導電性基板３７１５及び３７２０のそれぞれから電子を伝導するワイヤ３７３５は、第２のマルチ光活性層ＰＶセルの両面共有導電性基板に接続されてもよい（例えば、図７の例示的なＰＶセルの共有導電性基板３７１０に対応する共有導電性基板）。いずれの数のＰＶセルを直列に接続してよい。いくつかの実施形態における最終効果は、電気的に直列に結合された本質的に複数の並列ＰＶセル対である（ここで、２つの光活性層と共有の両面導電性基板を持つ各マルチ光活性層ＰＶセルは、１対の並列ＰＶセルと考えることができる）。同様に、３つの光活性層と、各光活性層の間に挟まれた２つの共有両面導電性基板を備えたマルチ光活性層ＰＶセルは、４つ、５つ、又はそれ以上の光活性層を含むマルチ光活性層ＰＶセルの場合、同様に３つの(trio of)並列ＰＶセルと見なすことができる。
さらに、特定の実施形態によれば、電気的に結合されたマルチ光活性層ＰＶセルは、１つ又は複数のバッテリにさらに電気的に結合されてハイブリッドＰＶバッテリを形成することができる。
特定の実施形態において、直列の２つ以上のマルチ光活性層ＰＶセルの電気的結合（例えば、並列ＰＶセル対の２つ以上のユニットの直列接続）は、図８Ａに示されるものと同様の形態で実行され得る。図８Ａは、キャッピングアノード３８７０とキャッピングカソード３８８０との間の４つのマルチ重光活性層ＰＶセル３８１０、３８２０、３８３０、及び３８４０の直列電気結合を示す。ＰＶセル３８１０、３８２０、３８３０、及び３８４０は共通の第１の外側基板３８５０を有し、且つ、ＰＶセル３８２０及び３８３０は、共通の第２の外側基板３８５１を有する。さらに、共通の共有基板３８５５は、直列接続の長さにわたって延び、且つ、各ＰＶセルについて、図８Ａで様式化された実施形態の共有基板３７１０に対応する。図８Ａの実施形態に示されるマルチ光活性層ＰＶセル３８１０、３８２０、３８３０、及び３８４０のそれぞれは、２つの光活性層（例えば、ＰＶセル３８１０の光活性層３８１１及び３８１２）及び２つの光電極（例えば、ＰＶセル３８１０の光電極３８１５及び３８１６）を包含する。この実施形態及び他の対応する実施形態による光活性層は、上記のいずれの光活性及び／又は活物質（例えば、第１の活物質、第２の活物質、及び／又は１つ以上の界面層）を包含することができ、且つ、光電極は、いずれの基板及び／又は本明細書で議論されるような電極として好適な導電性材料を包含することができる。いくつかの実施形態において、光活性層及び光電極の配置は、セルごとに交互になってもよい（例えば、直列の電気的結合を確立するため）。例えば、図８Ａに示すように、セル３８１０は、光電極－光活性層－共有基板－光活性層－光電極に従って共有外側基板間に配置される一方、セル３８２０は、隣接するセル３８１０に対して光電極と光活性層が入れ替わる配置を示し、且つ、セル３８３０は、同様に、光電極と光活性層が隣接するセル３８２０に対して入れ替わる（及びしたがって、セル３８１０と同様に配置される）配置を示す。ＰＶセル３８１０、３８２０、３８３０、及び３８４０の電気的結合を可能にするように、図８Ａは、さらに、共通基板３８５０、３８５１、及び３８５５のそれぞれの部分に結合された複数の透明導体（３８０１、３８０２、３８０３、３８０４、３８０５、３８０６、３８０７、及び３８０８）を示す。加えて、図８Ａは、いくつかの実施形態による一連のＰＶセルの電池（ここでは、リチウムイオン電池３８６０）の電気的結合を示している。そのような結合により、ＰＶセルは、前述のいくつかの実施形態のハイブリッドＰＶバッテリの充電と同様の方法でＬｉイオン電池を充電することが可能になり得る。図８Ｂは、図８Ａのデバイスに結果として生じる電流の流れを示す電気的等価図である。
複合ペロブスカイト材料デバイス設計
いくつかの実施形態では、本開示は、１以上のペロブスカイト材料を含むＰＶ及び他の同様のデバイス（例えば、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤ、非線形光学（ＮＬＯ）、導波路、など）の複合設計を提供することができる。例えば、１以上のペロブスカイト材料は、いくつかの実施形態の第１の活物質及び第２の活物質（例えば、図５の活物質２８１０及び２８１５）のいずれか又は両方として役立ち得る。より一般的に言えば、本開示のいくつかの実施形態は、１以上のペロブスカイト材料を含む活性層を有するＰＶ又は他のデバイスを提供する。そのような実施形態では、ペロブスカイト材料（すなわち、いずれの１以上のペロブスカイト材料(複数可)を含む材料）を様々な構造の活性層に利用することができる。さらに、ペロブスカイト材料は、活性層（例えば、電荷輸送材料、メソポーラス材料、光活性材料、及び／又は界面材料であって、これらの各々は以下により詳しく論ずる）のいずれか１以上の構成成分の機能(複数可)を果たすことができる。いくつかの実施形態では、同一のペロブスカイト材料が複数の(multiple)このような機能を果たすことができるが、他の実施形態では、複数の(a plurality of)ペロブスカイト材料がデバイスに含まれてもよく、各ペロブスカイト材料が１以上のこのような機能を果たす。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料がどのような役割を果たすことができるかにかかわらず、ペロブスカイト材料(it)は、様々な状態のデバイス内で調製され、及び／又は存在することができる。例えば、いくつかの実施形態では、それは実質的に固体(solid、ソリッド)であってもよい。他の実施形態では、それは、溶液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料を液体に溶解し、且つ、その前記液体中に個々のイオン亜種(ionic subspecies)で存在させることができる）。又はそれは懸濁液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料粒子）。溶液又は懸濁液は、デバイス内でにコーティング又は他の方法で堆積されてもよい（例えば、当該デバイスの別の構成要素(component)、例えばメソポーラス、界面、電荷輸送、光活性、又は他の層など、の上に、及び／又は電極の上に）。いくつかの実施形態におけるペロブスカイト材料は、デバイスの別の構成要素の表面上にin situで形成されてもよい（例えば、薄膜固体として蒸着することによって）。ペロブスカイト材料を含む固体又は液体層を形成するいずれの他の好適な手段を利用することができる。
いくつかの実施形態では、本開示は、１以上のペロブスカイト材料を含むＰＶ及び他の同様のデバイス（例えば、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤ、非線形光学（ＮＬＯ）、導波路、など）の複合設計を提供することができる。例えば、１以上のペロブスカイト材料は、いくつかの実施形態の第１の活物質及び第２の活物質（例えば、図５の活物質２８１０及び２８１５）のいずれか又は両方として役立ち得る。より一般的に言えば、本開示のいくつかの実施形態は、１以上のペロブスカイト材料を含む活性層を有するＰＶ又は他のデバイスを提供する。そのような実施形態では、ペロブスカイト材料（すなわち、いずれの１以上のペロブスカイト材料(複数可)を含む材料）を様々な構造の活性層に利用することができる。さらに、ペロブスカイト材料は、活性層（例えば、電荷輸送材料、メソポーラス材料、光活性材料、及び／又は界面材料であって、これらの各々は以下により詳しく論ずる）のいずれか１以上の構成成分の機能(複数可)を果たすことができる。いくつかの実施形態では、同一のペロブスカイト材料が複数の(multiple)このような機能を果たすことができるが、他の実施形態では、複数の(a plurality of)ペロブスカイト材料がデバイスに含まれてもよく、各ペロブスカイト材料が１以上のこのような機能を果たす。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料がどのような役割を果たすことができるかにかかわらず、ペロブスカイト材料(it)は、様々な状態のデバイス内で調製され、及び／又は存在することができる。例えば、いくつかの実施形態では、それは実質的に固体(solid、ソリッド)であってもよい。他の実施形態では、それは、溶液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料を液体に溶解し、且つ、その前記液体中に個々のイオン亜種(ionic subspecies)で存在させることができる）。又はそれは懸濁液であってもよい（例えば、ペロブスカイト材料粒子）。溶液又は懸濁液は、デバイス内でにコーティング又は他の方法で堆積されてもよい（例えば、当該デバイスの別の構成要素(component)、例えばメソポーラス、界面、電荷輸送、光活性、又は他の層など、の上に、及び／又は電極の上に）。いくつかの実施形態におけるペロブスカイト材料は、デバイスの別の構成要素の表面上にin situで形成されてもよい（例えば、薄膜固体として蒸着することによって）。ペロブスカイト材料を含む固体又は液体層を形成するいずれの他の好適な手段を利用することができる。
一般に、ペロブスカイト材料デバイスは、第１の電極と、第２の電極と、ペロブスカイト材料を含む活性層とを含み、前記活性層は、第１の電極と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される。いくつかの実施形態では、第１の電極は、アノード及びカソードのうちの一方であり得、且つ、第２の電極は、アノード及びカソードの他方であり得る。特定の実施形態による活性層は、：
電荷輸送材料；液体電解質；メソポーラス材料；光活性材料（例えば、色素(dye)、ケイ素、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ゲルマニウムインジウム、半導電性ポリマー、他の光活物質）；及び界面材料；
のいずれか１以上を含む、いずれの１つ以上の活性層成分を含むことができる。これらの活性層成分のいずれか１以上は、１以上のペロブスカイト材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、活性層成分の一部又は全部は、全体又は部分的にサブ層内に配置されてもよい。例えば、活性層は、：
界面材料を含む界面層；メソポーラス材料を含むメソポーラス層；及び電荷輸送材料を含む電荷輸送層；
のいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、色素などの光活物質は、これらの層のいずれか１以上の上にコーティングされてもよく、又は他の方法で配置されてもよい。特定の実施形態では、いずれの１つ以上の層を液体電解質で被覆することができる。さらに、界面層は、
いくつかの実施形態によれば、活性層のいずれか２つ以上の他の層の間に、及び／又は
１つの層と１つのコーティングとの間に（例えば、色素とメソポーラス層との間に）、及び／又は
２つコーティングの間に（例えば、液体電解質と染料との間に）、及び／又は
活性層成分と電極との間に、
含めることができる。本書における複数層(layers)への言及は、どちらか一方の(either)最終的な配置(arrangement)（例えば、装置内に別個に規定可能な各材料の実質的に別個の部分）を含むことができ、及び／又は単数層(a layer)への言及は、各層における材料(複数可)のその後の混合(intermixing)の可能性にもかかわらず、デバイスの構築中の配置(arrangement)を意味することができる。いくつかの実施形態では、複数層は別個で(discrete)あり得、且つ、実質的に連続した(contiguous)材料を含むことができる（例えば、複数層は、図１に様式的に示されているようにすることができる）。他の実施形態では、複数層は、実質的に混合されてもよい（例えば、ＢＨＪ、ハイブリッド及びいくつかのＤＳＳＣセルの場合のように）。その一例は、図４における光活性層２６１６内の第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、によって示される。いくつかの実施形態では、デバイスは、図４のデバイスによっても示されるように、これらの２種類の層の混合物を含むことができる。図４のデバイス(which)は、第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、の混合層(intermixed layers)を含む光活性層２６１６に加えて、別個の連続層(discrete contiguous layers)２６２７，２６２６、及び２６２２を含む。いずれにせよ、特定の実施形態では、いずれの種類のいずれか２つ以上の層が、高い接触表面積を達成するような方法で互いに隣接して（及び／又は互いに混合して）配置されてもよい。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料を含む層は、高い接触表面積を達成するように、１つ以上の他の層に隣接して配置されてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が低い電荷移動度を示す場合）。他の実施形態では、高い接触表面積は必要でなくてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が高い電荷移動度を示す場合）。
電荷輸送材料；液体電解質；メソポーラス材料；光活性材料（例えば、色素(dye)、ケイ素、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ゲルマニウムインジウム、半導電性ポリマー、他の光活物質）；及び界面材料；
のいずれか１以上を含む、いずれの１つ以上の活性層成分を含むことができる。これらの活性層成分のいずれか１以上は、１以上のペロブスカイト材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、活性層成分の一部又は全部は、全体又は部分的にサブ層内に配置されてもよい。例えば、活性層は、：
界面材料を含む界面層；メソポーラス材料を含むメソポーラス層；及び電荷輸送材料を含む電荷輸送層；
のいずれか１以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、色素などの光活物質は、これらの層のいずれか１以上の上にコーティングされてもよく、又は他の方法で配置されてもよい。特定の実施形態では、いずれの１つ以上の層を液体電解質で被覆することができる。さらに、界面層は、
いくつかの実施形態によれば、活性層のいずれか２つ以上の他の層の間に、及び／又は
１つの層と１つのコーティングとの間に（例えば、色素とメソポーラス層との間に）、及び／又は
２つコーティングの間に（例えば、液体電解質と染料との間に）、及び／又は
活性層成分と電極との間に、
含めることができる。本書における複数層(layers)への言及は、どちらか一方の(either)最終的な配置(arrangement)（例えば、装置内に別個に規定可能な各材料の実質的に別個の部分）を含むことができ、及び／又は単数層(a layer)への言及は、各層における材料(複数可)のその後の混合(intermixing)の可能性にもかかわらず、デバイスの構築中の配置(arrangement)を意味することができる。いくつかの実施形態では、複数層は別個で(discrete)あり得、且つ、実質的に連続した(contiguous)材料を含むことができる（例えば、複数層は、図１に様式的に示されているようにすることができる）。他の実施形態では、複数層は、実質的に混合されてもよい（例えば、ＢＨＪ、ハイブリッド及びいくつかのＤＳＳＣセルの場合のように）。その一例は、図４における光活性層２６１６内の第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、によって示される。いくつかの実施形態では、デバイスは、図４のデバイスによっても示されるように、これらの２種類の層の混合物を含むことができる。図４のデバイス(which)は、第１の活物質及び第２の活物質、２６１８及び２６２０、の混合層(intermixed layers)を含む光活性層２６１６に加えて、別個の連続層(discrete contiguous layers)２６２７，２６２６、及び２６２２を含む。いずれにせよ、特定の実施形態では、いずれの種類のいずれか２つ以上の層が、高い接触表面積を達成するような方法で互いに隣接して（及び／又は互いに混合して）配置されてもよい。特定の実施形態では、ペロブスカイト材料を含む層は、高い接触表面積を達成するように、１つ以上の他の層に隣接して配置されてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が低い電荷移動度を示す場合）。他の実施形態では、高い接触表面積は必要でなくてもよい（例えば、ペロブスカイト材料が高い電荷移動度を示す場合）。
いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、場合によって、１以上の基板を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の電極及び第２の電極のいずれか又は両方は、電極が実質的に基板と活性層との間に配置されるように、基板の上にコーティング又は他の方法で配置されてもよい。デバイスの構成(composition)の材料（例えば、基板、電極、活性層及び／又は活性層構成要素）は、様々な実施形態において、全体的又は部分的に剛性又は可撓性のいずれかであってもよい。いくつかの実施形態では、電極が基板として機能してもよく、それによって別個の(separate)基板の必要性が否定される。
さらに、特定の実施形態によるペロブスカイト材料デバイスは、集光性(light-harvesting)材料（例えば、図２に示される例示的ＰＶにおいて描かれるような集光性層１６０１のような集光性層において）を場合によって含むことができる。加えて、ペロブスカイト材料デバイスは、本開示のいくつかの実施形態に関して上で論じた添加剤のいずれか１以上のような、いずれか１以上の添加剤を含むことができる。
ペロブスカイト材料デバイス装置に含めることができる様々な材料のいくつかの説明は、図９を参照して部分的に行う。図９は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス３９００の様式化された図である。デバイス３９００の様々な構成要素(components)は、連続的な材料を含む別個の層(discrete layers)として示されているが、図９は様式化された図であることを理解すべきである。したがって、それに従った実施形態は、このような別個の層、及び／又は実質的に混合された(intermixed)、非連続層を含むことができ、本明細書で先に論じた「層(layers)」の使用法と矛盾しない。デバイス３９００は第１の基板及び第２の基板３９０１及び３９１３を含む。第１の電極３９０２は、第１の基板３９０１の内側表面上に配置され、且つ、第２の電極３９１２は、第２の基板３９１３の内側表面上に配置される。活性層３９５０は、２つの電極３９０２及び３９１２の間に挟まれている。活性層３９５０は、メソポーラス層３９０４；第１の光活性材料及び第２の光活性材料、３９０６及び３９０８；電荷輸送層３９１０、及びいくつかの界面層；を含む。図９はさらに、実施形態による例示的なデバイス３９００を示す。当該デバイスにおいて(wherein)、活性層３９５０のサブ層が界面層によって分離され、且つさらに当該デバイスにおいて(wherein)、界面層が各電極３９０２及び３９１２の上に配置される。特に、第２の界面層３９０５、第３の界面層３９０７及び第４の界面層３９０９はそれぞれ、メソポーラス層３９０４、第１の光活性材料３９０６、第２の光活性材料３９０８及び第３の電荷輸送層３９１０の各々の間に配置される。第１の界面層３９０３及び第５の界面層３９１１はそれぞれ、
（ｉ）第１の電極３９０２とメソポーラス層３９０４との間に；及び、
（ｉｉ）電荷輸送層３９１０と第２の電極３９１２との間に；
配置される。従って、図９に描かれた例示的デバイスの構造は、：
基板－電極－活性層－電極－基板
として特徴付けることができる。活性層３９５０の構造は、：
界面層－メソポーラス層－界面層－光活性材料－界面層－光活性材料－界面層－電荷輸送層－界面層
として特徴付けることができる。前述のように、いくつかの実施形態では、界面層が存在する必要はない。又は、１以上の界面層は、活性層の及び／又はデバイスの、特定の、但しすべてではない構成成分の間にのみ含まれていてもよい。
（ｉ）第１の電極３９０２とメソポーラス層３９０４との間に；及び、
（ｉｉ）電荷輸送層３９１０と第２の電極３９１２との間に；
配置される。従って、図９に描かれた例示的デバイスの構造は、：
基板－電極－活性層－電極－基板
として特徴付けることができる。活性層３９５０の構造は、：
界面層－メソポーラス層－界面層－光活性材料－界面層－光活性材料－界面層－電荷輸送層－界面層
として特徴付けることができる。前述のように、いくつかの実施形態では、界面層が存在する必要はない。又は、１以上の界面層は、活性層の及び／又はデバイスの、特定の、但しすべてではない構成成分の間にのみ含まれていてもよい。
基板、例えば第１の基板３９０１及び第２の基板３９１３のいずれか又は両方は、可撓性又は剛性であってもよい。２つの基板が含まれる場合、少なくとも一方は、電磁（ＥＭ）放射線（例えば、ＵＶ放射線、可視放射線、又はＩＲ放射線など）に対して透明(transparent)又は半透明(translucent)でなければならない。１つの基板が含まれる場合、それは同様に透明又は半透明であってもよい。但し、デバイスの一部分は、ＥＭ放射線が活性層３９５０と接触することを可能にする限り、必ずしもそうである必要はない。好適な基板材料には、：
ガラス；サファイア；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；雲母；ポリマー（例えば、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ポリアミド；Ｋａｐｔｏｎ(商標)など）；セラミックス；炭素；コンポジット（例えば、ファイバーガラス、Ｋｅｖｌａｒ(商標)；カーボンファイバー）；布地(fabrics)（例えば、綿、ナイロン、絹、羊毛）；木材；ドライウォール(drywall)；金属；鋼；銀；金；アルミニウム；マグネシウム；コンクリート；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。
ガラス；サファイア；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；雲母；ポリマー（例えば、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ポリアミド；Ｋａｐｔｏｎ(商標)など）；セラミックス；炭素；コンポジット（例えば、ファイバーガラス、Ｋｅｖｌａｒ(商標)；カーボンファイバー）；布地(fabrics)（例えば、綿、ナイロン、絹、羊毛）；木材；ドライウォール(drywall)；金属；鋼；銀；金；アルミニウム；マグネシウム；コンクリート；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。
前述したように、電極（例えば、図７の電極３９０２及び３９１２の一方）は、アノード又はカソードのいずれかであってもよい。いくつかの実施形態では、一方の電極はカソードとして機能することができ、且つ、他方はアノードとして機能することができる。電極３９０２及び３９１２のいずれか又は両方は、デバイス３９００への及び／又はデバイス３９００からの電荷輸送を可能にするリード線、ケーブル、ワイヤ、又は他の手段に結合され得る。電極は、いずれの導電性材料を構成し得、且つ、少なくとも１つの電極は、ＥＭ放射線に対して透明又は半透明でなければならず、及び／又はＥＭ放射を活性層３９５０の少なくとも一部と接触させることができるように配置しなければならない。好適な電極材料は、：
インジウムスズ酸化物又はスズドープド酸化インジウム（ＩＴＯ）；フッ素ドープド酸化スズ（ＦＴＯ）；酸化カドミウム（ＣｄＯ）；亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ）；アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）；アルミニウム（Ａｌ）；金（Ａｕ）；銀（Ａｇ）；カルシウム（Ｃａ）；クロム（Ｃｒ）；マグネシウム（Ｍｇ）；チタン（Ｔｉ）；鋼；炭素（及びその同素体）；ドープされた炭素（例えば、窒素ドープド）；コアシェル構成のナノ粒子（例えば、シリコンカーボンコアシェル構造）；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。
インジウムスズ酸化物又はスズドープド酸化インジウム（ＩＴＯ）；フッ素ドープド酸化スズ（ＦＴＯ）；酸化カドミウム（ＣｄＯ）；亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ）；アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）；アルミニウム（Ａｌ）；金（Ａｕ）；銀（Ａｇ）；カルシウム（Ｃａ）；クロム（Ｃｒ）；マグネシウム（Ｍｇ）；チタン（Ｔｉ）；鋼；炭素（及びその同素体）；ドープされた炭素（例えば、窒素ドープド）；コアシェル構成のナノ粒子（例えば、シリコンカーボンコアシェル構造）；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。
メソポーラス材料（例えば、図７のメソポーラス層３９０４に含まれる材料）は、いずれの細孔(pore)含有材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、細孔(pores)は、約１～約１００ｎｍの範囲の直径を有することができ、他の実施形態では、細孔直径は約２～約５０ｎｍの範囲であり得る。好適なメソポーラス材料は、
本明細書の他の箇所で論じられているいずれの界面材料及び／又はメソポーラス材料；アルミニウム（Ａｌ）；ビスマス（Ｂｉ）；セリウム（Ｃｅ）；ハフニウム（Ｈｆ）；インジウム（Ｉｎ）；モリブデン（Ｍｏ）；ニオブ（Ｎｂ）；ニッケル（Ｎｉ）；ケイ素（Ｓｉ）；チタン（Ｔｉ）；バナジウム（Ｖ）；亜鉛（Ｚｎ）；ジルコニウム（Ｚｒ）；上記金属のいずれか１以上の酸化物；上記金属のいずれか１以上の硫化物（例えば、アルミナ、セリア(ceria)、チタニア、酸化亜鉛、ジルコナ(zircona)など）；上記金属のいずれか１以上の窒化物；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。いくつかの実施形態において、図９により示されるデバイスは、メソポーラス材料層を包含しなくてもよい。
本明細書の他の箇所で論じられているいずれの界面材料及び／又はメソポーラス材料；アルミニウム（Ａｌ）；ビスマス（Ｂｉ）；セリウム（Ｃｅ）；ハフニウム（Ｈｆ）；インジウム（Ｉｎ）；モリブデン（Ｍｏ）；ニオブ（Ｎｂ）；ニッケル（Ｎｉ）；ケイ素（Ｓｉ）；チタン（Ｔｉ）；バナジウム（Ｖ）；亜鉛（Ｚｎ）；ジルコニウム（Ｚｒ）；上記金属のいずれか１以上の酸化物；上記金属のいずれか１以上の硫化物（例えば、アルミナ、セリア(ceria)、チタニア、酸化亜鉛、ジルコナ(zircona)など）；上記金属のいずれか１以上の窒化物；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含む。いくつかの実施形態において、図９により示されるデバイスは、メソポーラス材料層を包含しなくてもよい。
光活性材料（例えば、図９の第１の光活性材料３９０６又は第２の光活性材料３９０８）は、いずれの光活性化合物、例えば、ケイ素（場合によっては(in some instances)単結晶シリコン）、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅インジウム、硫化銅亜鉛スズ、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、リン化ゲルマニウムインジウム、リン化インジウム、１つ以上の半導体ポリマー（例えば、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）及びその誘導体、又はＰ３ＨＴ）；カルバゾールベースのコポリマー、例えばポリヘプタデカニルカルバゾールジチエニルベンゾチアジアゾール及びその誘導体（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）など；他のコポリマー、例えばポリシクロペンタジチオフェン－ベンゾチアジアゾール及びその誘導体（例、ＰＣＰＤＴＢＴ）、ポリベンゾジチオフェニル－チエノチオフェンジイル及びその誘導体（例えば、ＰＴＢ６、ＰＴＢ７、ＰＴＢ７―ｔｈ、ＰＣＥ－１０）；ポリ（トリアリールアミン）化合物及びその誘導体（例えば、ＰＴＡＡ）；ポリフェニレンビニレン及びその誘導体（例えば、ＭＤＭＯ－ＰＰＶ、ＭＥＨ－ＰＰＶ）、及びそれらの組み合わせ、のいずれか１以上を含むことができる。特定の実施形態では、光活性材料は、代わりに、又は加えて色素（例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、他のルテニウムベースの色素）を含むことができる。いくつかの実施形態では、（いずれの組成の）色素を別の層（例えば、メソポーラス層及び／又は界面層）の上にコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、光活性材料は、１つ以上のペロブスカイト材料を含むことができる。ペロブスカイト材料含有光活性材料は、固体形態(solid form)ものであってもよく、又はいくつかの実施形態では、ペロブスカイト材料を含む懸濁液又は溶液を含む色素の形態をとってもよい。そのような溶液又は懸濁液は、他の染料と同様の様式で他のデバイス構成要素の上にコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、固体ペロブスカイト含有材料は、いずれの好適な手段によって堆積されてもよい（例えば、蒸着、溶液堆積、固体材料の直接配置など）。様々な実施形態によるデバイスは、１，２，３又はそれ以上の光活性化合物（例えば、１，２，３又はそれ以上のペロブスカイト材料、色素、又はそれらの組み合わせ）を含み得る。複数の(multiple)色素又は他の光活性材料を含む特定の実施形態では、２以上の色素又は他の光活性材料の各々は、１以上の界面層によって分離されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の(multiple)色素及び／又は光活性化合物が少なくとも部分的に混合されて(intermixed)いてもよい。
電荷輸送材料（例えば、図９の電荷輸送層３９１０の電荷輸送材料）は、固体電荷輸送材料（すなわち、口語的に(colloquially)標識された固体状態の電解質）を含むことができ、又は液体電解質及び／又はイオン性液体を含むことができる。液体電解質、イオン性液体及び固体状態の電荷輸送材料のいずれかは、電荷輸送材料と称することができる。本明細書で使用されるように、「電荷輸送材料」は、電荷キャリアを収集し、及び／又は電荷キャリアを輸送することができる、いずれの材料、固体、液体、又は他のものを指す。例えば、いくつかの実施形態によるＰＶデバイスでは、電荷輸送材料は電荷キャリアを電極に輸送することができる。電荷キャリアは、正孔(holes)（前記正孔(which)の輸送は、「正孔輸送材料」と適切に標識された通りに、電荷輸送材料を作ることができた）及び電子を含み得る。ＰＶ又は他のデバイスにおけるカソード又はアノードのいずれかに関連する、電荷輸送材料の配置に依存して、正孔(Holes)はアノードに向かって、且つ、電子はカソードに向かって輸送されてよい。いくつかの実施形態による電荷輸送材料の好適な例は、：
ペロブスカイト材料；Ｉ－／Ｉ３ －；Ｃｏ錯体；ポリチオフェン（例えば、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）及びその誘導体、又はＰ３ＨＴ）；カルバゾール系コポリマー、例えばポリヘプタデカニルカルバゾール ジチエニルベンゾチアジアゾール、及びその誘導体（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）；他のコポリマー、例えばポリシクロペンタジチオフェン－ベンゾチアジアゾール及びその誘導体（例えば、ＰＣＰＤＴＢＴ）；ポリベンゾジチオフェニル－チエノチオフェンジイル及びその誘導体（例えば、ＰＴＢ６、ＰＴＢ７、ＰＴＢ７－ｔｈ、ＰＣＥ－１０）；ポリ（トリアリールアミン）化合物及びその誘導体（例えば、ＰＴＡＡ）；Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ；ポリフェニレンビニレン及びその誘導体（例えば、ＭＤＭＯ－ＰＰＶ、ＭＥＨ－ＰＰＶ）；フラーレン及び／又はフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０、ＰＣＢＭ）；カーボンナノチューブ；グラファイト；グラフェン；カーボンブラック；アモルファスカーボン；グラッシーカーボン；カーボンファイバー；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。特定の実施形態において、電荷輸送材料は、（電子又は正孔）を収集することができる、及び／又は電荷キャリアを輸送することができるいずれの材料、固体もしくは液体、を含むことができる。従って、いくつかの実施形態の電荷輸送材料は、ｎ型もしくはｐ型活物質及び／又は半導電性材料であってもよい。電荷輸送材料は、デバイスの電極の一方に近接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、電極(an electrode)に隣接して配置することができるが、他の実施形態では、電荷輸送材料と電極との間に界面層を配置することができる（例えば図７において示すように、第５の界面層３９１１）。特定の実施形態では、電荷輸送材料のタイプは、それが近接している電極に基づいて選択することができる。例えば、電荷輸送材料が正孔を収集及び／又は輸送する場合、正孔をアノードに輸送するために、電荷輸送材料(it)は、アノードに近接していてもよい。しかし、それよりも、電荷輸送材料をカソードに近接して配置し、且つ、電子をカソードに輸送するように選択又は構成することができる。
ペロブスカイト材料；Ｉ－／Ｉ３ －；Ｃｏ錯体；ポリチオフェン（例えば、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）及びその誘導体、又はＰ３ＨＴ）；カルバゾール系コポリマー、例えばポリヘプタデカニルカルバゾール ジチエニルベンゾチアジアゾール、及びその誘導体（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）；他のコポリマー、例えばポリシクロペンタジチオフェン－ベンゾチアジアゾール及びその誘導体（例えば、ＰＣＰＤＴＢＴ）；ポリベンゾジチオフェニル－チエノチオフェンジイル及びその誘導体（例えば、ＰＴＢ６、ＰＴＢ７、ＰＴＢ７－ｔｈ、ＰＣＥ－１０）；ポリ（トリアリールアミン）化合物及びその誘導体（例えば、ＰＴＡＡ）；Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ；ポリフェニレンビニレン及びその誘導体（例えば、ＭＤＭＯ－ＰＰＶ、ＭＥＨ－ＰＰＶ）；フラーレン及び／又はフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０、ＰＣＢＭ）；カーボンナノチューブ；グラファイト；グラフェン；カーボンブラック；アモルファスカーボン；グラッシーカーボン；カーボンファイバー；及びそれらの組み合わせ；
のいずれか１以上を含むことができる。特定の実施形態において、電荷輸送材料は、（電子又は正孔）を収集することができる、及び／又は電荷キャリアを輸送することができるいずれの材料、固体もしくは液体、を含むことができる。従って、いくつかの実施形態の電荷輸送材料は、ｎ型もしくはｐ型活物質及び／又は半導電性材料であってもよい。電荷輸送材料は、デバイスの電極の一方に近接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、電極(an electrode)に隣接して配置することができるが、他の実施形態では、電荷輸送材料と電極との間に界面層を配置することができる（例えば図７において示すように、第５の界面層３９１１）。特定の実施形態では、電荷輸送材料のタイプは、それが近接している電極に基づいて選択することができる。例えば、電荷輸送材料が正孔を収集及び／又は輸送する場合、正孔をアノードに輸送するために、電荷輸送材料(it)は、アノードに近接していてもよい。しかし、それよりも、電荷輸送材料をカソードに近接して配置し、且つ、電子をカソードに輸送するように選択又は構成することができる。
前述したように、様々な実施形態によるデバイスは、いずれの２つの他の層及び／又は材料の間に界面層を場合によって含むことができるが、いくつかの実施形態によるデバイスはいずれの界面層を含む必要はない。したがって、例えば、ペロブスカイト材料デバイスは、ゼロ、１，２，３，４，５又はそれ以上の界面層を含むことができる（例えば、５つの界面層３９０３，３９０５，３９８７，３９０９及び３９１１を含む、図９の例示的デバイス）。界面層は、本明細書で以前に考察された実施形態による薄膜コート界面層を含むことができる（例えば、本明細書の他の箇所で論じたように、薄膜コート界面層に従って、アルミナ及び／又は他の金属酸化物粒子、及び／又はチタニア／金属酸化物二重層、及び／又は他の化合物を含む）。いくつかの実施形態による界面層は、２つの層もしくは材料間の電荷輸送及び／又は収集を促進するのに適したいずれの好適な材料を含むことができ；また、電荷が界面層に隣接する材料の１つから離れて移送されると、電荷再結合(recombination)の可能性(likelihood)を防止又は低減するのに役立つこともある。好適な界面材料は、：
本明細書の他の箇所で議論されるいずれのメソポーラス材料及び／又は界面材料；
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；前記金属のいずれかの炭化物（例えば、ＳｉＣ、Ｆｅ３Ｃ；ＷＣ）；前記金属のいずれかのシリサイド（例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｒＳｉ２、Ｓｎ２Ｓｉ）；前記金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ＳｎＯ２、ＺｎＯ）；前述の金属のいずれかの硫化物（例えば、ＣｄＳ、ＭｏＳ２、ＳｎＳ２）；前述の金属のいずれかの窒化物（例えば、Ｍｇ３Ｎ２、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４）；前述の金属のいずれかのセレン化物（例えば、ＣｄＳｅ、ＦｅＳ２、ＺｎＳｅ）；前述の金属のいずれかのテルル化物（例えば、ＣｄＴｅ、ＴｉＴｅ２、ＺｎＴｅ）；前述の金属のいずれかのリン化物（例えば、ＩｎＰ、ＧａＰ）；前述の金属のいずれかのヒ化物（例えば、ＣｏＡｓ３、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＮｉＡｓ）；前述の金属のいずれかのアンチモン化物（例えば、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ）；前述の金属のいずれかのハロゲン化物（例えば、ＣｕＣｌ、ＣｕＩ、ＢｉＩ３）；前述の金属のいずれかの擬似ハロゲン化物（例えば、ＣｕＳＣＮ、ＡｕＣＮ２）；前述の金属のいずれかの炭酸塩（例えば、ＣａＣＯ３、Ｃｅ２（ＣＯ３）３）；官能化又は非官能化アルキルシリル基；グラファイト；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；本明細書の他の場所で説明されているメソポーラス材料及び／又は界面材料；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態において、複合材料の二層、三層、又は多層を包含する）。いくつかの実施形態において、界面層はペロブスカイト材料を包含し得る。さらに、界面層は、本明細書で言及されるいずれの界面材料のドープされた実施形態を含んでもよい（例えば、ＹドープドＺｎＯ、Ｎドープド単層カーボンナノチューブ）。界面層はまた、上記材料のうちの３つを有する化合物（例えば、ＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４）又は上記材料のうちの４つを有する化合物（例えば、ＣｏＮｉＺｎＯ）を含んでもよい。
本明細書の他の箇所で議論されるいずれのメソポーラス材料及び／又は界面材料；
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；前記金属のいずれかの炭化物（例えば、ＳｉＣ、Ｆｅ３Ｃ；ＷＣ）；前記金属のいずれかのシリサイド（例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｒＳｉ２、Ｓｎ２Ｓｉ）；前記金属のいずれかの酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ＳｎＯ２、ＺｎＯ）；前述の金属のいずれかの硫化物（例えば、ＣｄＳ、ＭｏＳ２、ＳｎＳ２）；前述の金属のいずれかの窒化物（例えば、Ｍｇ３Ｎ２、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４）；前述の金属のいずれかのセレン化物（例えば、ＣｄＳｅ、ＦｅＳ２、ＺｎＳｅ）；前述の金属のいずれかのテルル化物（例えば、ＣｄＴｅ、ＴｉＴｅ２、ＺｎＴｅ）；前述の金属のいずれかのリン化物（例えば、ＩｎＰ、ＧａＰ）；前述の金属のいずれかのヒ化物（例えば、ＣｏＡｓ３、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＮｉＡｓ）；前述の金属のいずれかのアンチモン化物（例えば、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ）；前述の金属のいずれかのハロゲン化物（例えば、ＣｕＣｌ、ＣｕＩ、ＢｉＩ３）；前述の金属のいずれかの擬似ハロゲン化物（例えば、ＣｕＳＣＮ、ＡｕＣＮ２）；前述の金属のいずれかの炭酸塩（例えば、ＣａＣＯ３、Ｃｅ２（ＣＯ３）３）；官能化又は非官能化アルキルシリル基；グラファイト；グラフェン；フラーレン；カーボンナノチューブ；本明細書の他の場所で説明されているメソポーラス材料及び／又は界面材料；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態において、複合材料の二層、三層、又は多層を包含する）。いくつかの実施形態において、界面層はペロブスカイト材料を包含し得る。さらに、界面層は、本明細書で言及されるいずれの界面材料のドープされた実施形態を含んでもよい（例えば、ＹドープドＺｎＯ、Ｎドープド単層カーボンナノチューブ）。界面層はまた、上記材料のうちの３つを有する化合物（例えば、ＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４）又は上記材料のうちの４つを有する化合物（例えば、ＣｏＮｉＺｎＯ）を含んでもよい。
図９の様式化された表現によるデバイスは、いくつかの実施形態では、ＤＳＳＣ、ＢＨＪ、又はハイブリッド太陽電池のようなＰＶであってもよい。いくつかの実施形態では、図９によるデバイスは、並列又は直列のマルチセルＰＶ、バッテリ、ハイブリッドＰＶバッテリ、ＦＥＴ、ＬＥＤ、及び／又は本明細書で論じた他のいずれのデバイスを構成してもよい。例えば、いくつかの実施形態のＢＨＪは、電極３９０２及び３９１２に対応する２つの電極と、ヘテロ接合界面において少なくとも２つの材料（例えば、活性層３９５０の材料及び／又は層のうちのいずれの２つ）を含む活性層と、を含むことができる。特定の実施形態では、他のデバイス（例えばハイブリッドＰＶバッテリ、並列又は直列マルチセルＰＶタンデムデバイスなど）は、図９の活性層３９５０に対応するペロブスカイト材料を含む活性層を含むことができる。要するに、図９の例示的なデバイスの描写の様式化された性質は、図９は、決して図９による様々な実施形態のデバイスの許容可能な構造又はアーキテクチャを限定するものではない。
一例として、図９Ａは、図９に示されるペロブスカイト材料デバイス３９００と同様の構造を有するペロブスカイト材料デバイス３９００ａの一実施形態を示す。図９Ａは、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス３９００ａの様式化された図である。デバイス３９００ａの様々な構成要素は、連続した材料を含む個別の層として示されているが、図９Ａは様式化された図であることを理解されたい。;したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。図９Ａは、活性層３９０６ａ及び３９０８ａを包含する。活性層３９０６ａ及び３９０８ａの一方又は両方は、いくつかの実施形態において、図９に関して上述したいずれのペロブスカイト光活性材料を包含することができる。他の実施形態において、活性層３９０６ａ及び３９０８ａの一方又は両方は、本明細書で説明するいずれの光活性材料、例えば、薄膜半導体（例えば、ＣｄＴｅ、ＣＺＴＳ、ＣＩＧＳ）、光活性ポリマー、色素増感光活性材料、フラーレン、小分子光活性材料、及び結晶性及び多結晶性半導体材料（例えば、ケイ素、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅ）、を包含することができる。さらに他の実施形態において、活性層３９０６ａ及び３９０８ａの一方又は両方は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、薄膜電池層、又はそれらの組み合わせを包含することができる。実施形態において、活性層３９０６ａ及び３９０８ａの一方は、光活性材料を包含することができ、且つ、他方は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、薄膜電池層、又はそれらの組み合わせを包含することができる。例えば、活性層３９０８ａは、ペロブスカイト材料の光活性層を含むことができ、且つ、活性層３９０６ｂは、電界効果トランジスタ層を含むことができる。図９Ａに示されている他の層、例えば層３９０１ａ、３９０２ａ、３９０３ａ、３９０４ａ、３９０５ａ、３９０７ａ、３９０９ａ、３９１０ａ、３９１１ａ、３９１２ａ、及び３９１３ａは、図９に関して本明細書で説明されているような対応する層に類似していてもよい。
ペロブスカイトデバイスのさらなる、より具体的、例示的な実施形態は、例示的なデバイスのさらに様式化された描写に関して論じられるであろう。これらの描写、図１０～２１、の様式化された性質は同様に、いくつかの実施形態において、図１０～２１のいずれか１以上に従って構成され得るデバイスのタイプを限定することを意図するものではない。すなわち、図１０～２１に示すアーキテクチャは、ＢＨＪ、バッテリ、ＦＥＴ、ハイブリッドＰＶバッテリ、直列(serial)マルチセルＰＶ、並列マルチセルＰＶ、及び本開示の他の実施形態の他の同様のデバイスを、いずれの好適な手段に従って（本明細書の他の箇所で明示的に論じられたものと、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであろう他の好適な手段の両方を含む）、提供するように、適合され得る。
図１０は、様々な実施形態による例示的なデバイス４１００を描写する。デバイス４１００は、第１のガラス基板４１０１及び第２のガラス基板４１０９を含む実施形態を示す。各ガラス基板は、その内側表面上に配置されたＦＴＯ電極を有し（それぞれ第１の電極４１０２及び第２の電極４１０８）、且つ、各電極は、その内側表面上に堆積された界面層を有する。すなわち、ＴｉＯ２第１の界面層４１０３は、第１の電極４１０２の上に堆積され、且つ、Ｐｔ第２の界面層４１０７は、第２の電極４１０８の上に堆積される。２つの界面層の間には、：
メソポーラス層４１０４（ＴｉＯ２を含む）；光活性材料４１０５（ペロブスカイト材料ＭＡＰｂＩ３を含む）；及び電荷輸送層４１０６（ここではＣｓＳｎＩ３を含む）；
が挟まれている。
メソポーラス層４１０４（ＴｉＯ２を含む）；光活性材料４１０５（ペロブスカイト材料ＭＡＰｂＩ３を含む）；及び電荷輸送層４１０６（ここではＣｓＳｎＩ３を含む）；
が挟まれている。
図１１は、メソポーラス層を省略した例示的なデバイス４３００を描写する。デバイス４３００は、第１の界面層４３０３と第２の界面層４３０５と（それぞれチタニア及びアルミナを含む）の間に挟まれたペロブスカイト材料の光活性化合物４３０４（ＭＡＰｂＩ３を含む）を含む。チタニア界面層４３０３は、ＦＴＯ第１の電極４３０２の上にコーティングされ、前記第１の電極４３０２(which)は次に(in turn)ガラス基板４３０１の内側表面の上に配置される。Spiro-ＯＭｅＴＡＤ電荷輸送層４３０６は、アルミナ界面層４３０５の上にコーティングされ、そして、金の第２の電極４３０７の内側表面の上に配置される。
本開示の恩恵を受ける当業者には明らかなように、様々な他の実施形態が可能である。例えば、複数の光活性層を有するデバイス(図９の例示的デバイスの光活性層３９０６及び３９０８により例示されるように)。いくつかの実施形態では、上に論じたように、各光活性層は、界面層によって分離されてもよい（図９の第３の界面層３９０７によって示されるように）。さらに、メソポーラス層を電極の上に配置してもよい。例えば、図９に示されるように、メソポーラス層３９０４は第１の電極３９０２の上に配置される。図９は、２つの間に介在する介在界面層３９０３を描写するが、いくつかの実施形態では、メソポーラス層は電極の上に直接配置されることができる。
図１２～２１は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイスの様式化された図である。デバイスのさまざまなコンポーネントは、連続した材料を含む個別の層として示されているが、図１２～２１は様式化された図であることを理解されたい。；したがって、それらによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。例示的なデバイスは、本開示全体にわたって説明される層及び材料を包含する。デバイスは、基板層（例えば、ガラス）、電極層（例えば、ＩＴＯ、Ａｇ）、界面層、これらは複合ＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ：ＺｎＯ、Ｎｂ：ＺｎＯ）、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３、５－ＡＶＡ・ＨＣｌ：ＭＡＰｂＩ３、及び／又はＣＨＰ：ＭＡＰｂＩ３）であってもよい、及び電荷輸送層（例えば、Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ、ＰＣＤＴＢＴ、ＴＦＢ、ＴＰＤ、ＰＴＢ７、Ｆ８ＢＴ、ＰＰＶ、ＭＤＭＯ－ＰＰＶ、ＭＥＨ－ＰＰＶ、及び／又はＰ３ＨＴ）を包含してよい。
図１２は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス４４００の様式化された図である。デバイス４４００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１２は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス４４００は、第１及び第２の基板４４０１及び４４０７を包含する。第１の電極（ＩＴＯ）４４０２は、第１の基板４４０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（Ａｇ）４４０６は、第２の基板４４０７の内面に配置される。活性層４４５０は、２つの電極４４０２及び４４０６の間に挟まれている。活性層４４５０は、第１のＩＦＬ（例えば、ＳｒＴｉＯ３）４４０３、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３）４４０４、及び電荷輸送層（例えば、Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）４４０５を包含する。
図１３は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス４５００の様式化された図である。デバイス４５００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１３は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス４５００は、第１及び第２の基板４５０１及び４５０８を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）４５０２は、第１の基板４５０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）４５０７は、第２の基板４５０８の内面に配置される。活性層４５５０は、２つの電極４５０２及び４５０７の間に挟まれる。活性層４５５０は、第１のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）４５０３及び第２のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）４５０４、光活性剤を含む複合ＩＦＬ、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３）４５０５、及び電荷輸送層（例えば、Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）４５０６を包含する。
図１４は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６１００の様式化された図である。デバイス６１００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１４は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６１００は、基板（例えば、ガラス）６１０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６１０２は、基板６１０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６１０７は、２つの電極６１０２及び６１０７の間に挟まれた活性層６１５０の最上部に配置される。活性層６１５０は、第１のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６１０３及び第２のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６１０４を含む複合ＩＦＬ、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３）６１０５、及び電荷輸送層（例えば、Ｓｐｉｒｏ-ＯＭｅＴＡＤ）６１０６を包含する。
図１５は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６２００の様式化された図である。デバイス６２００の様々な構成要素は、連続した材料を含む個別の層として示されているが、図１５は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６２００は、基板（例えば、ガラス）６２０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６２０２は、基板６２０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６２０６は、２つの電極６２０２及び６２０６の間に挟まれた活性層６２５０の最上部に配置される。活性層６２５０は、ＩＦＬ（例えば、Ｙ：ＺｎＯ）６２０３、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３）６２０４、及び電荷輸送層（例えば、Ｐ３ＨＴ）６２０５を包含する。
図１６は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６３００の様式化された図である。デバイス６３００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１６は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６３００は、基板（例えば、ガラス）６３０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６３０２は、基板６３０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６３０９は、２つの電極６３０２及び６３０９の間に挟まれた活性層６３５０の最上部に配置される。活性層６３５０は、第１のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６３０３、第２のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６３０４、第３のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６３０５、及び第４のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６３０６、を含む複合ＩＦＬ、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３）６３０７、及び電荷輸送層（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）６３０８を包含する。
図１７は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６４００の様式化された図である。デバイス６４００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１７は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６４００は、基板（例えば、ガラス）６４０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６４０２は、基板６４０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６４０９は、２つの電極６４０２及び６４０９の間に挟まれた活性層６４５０の最上部に配置される。活性層６４５０は、第１のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６４０３、第２のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６４０４、第３のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６４０５、及び第４のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６４０６を含む複合ＩＦＬ、光活性材料（例えば、５－ＡＶＡ・ＨＣｌ：ＭＡＰｂＩ３）６４０７、及び電荷輸送層（例えば、ＰＣＤＴＢＴ）６４０８を包含する。
図１８は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６５００の様式化された図である。デバイス６５００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１８は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、本発明による実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６５００は、基板（例えば、ガラス）６５０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６５０２は、基板６５０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６５０６は、２つの電極６５０２及び６５０６の間に挟まれた活性層６５５０の最上部に配置される。活性層６５５０は、ＩＦＬ（例えば、Ｎｂ：ＺｎＯ）６５０３、光活性材料（例えば、ＦＡＰｂＩ３）６５０４、及び電荷輸送層（例えば、Ｐ３ＨＴ）６５０５を包含する。
図１９は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６６００の様式化された図である。デバイス６６００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図１９は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６６００は、基板（例えば、ガラス）６６０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６６０２は、基板６６０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｇ）６６０６は、２つの電極６６０２及び６６０６の間に挟まれた活性層６５５０の最上部に配置される。活性層６６５０は、ＩＦＬ（例えば、Ｙ：ＺｎＯ）６６０３、光活性材料（例えば、ＣＨＰ；ＭＡＰｂＩ３）６６０４、及び電荷輸送層（例えば、Ｐ３ＨＴ）６６０５を包含する。
図２０は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６７００の様式化された図である。デバイス６７００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図７は定型化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような個別の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６７００は、基板（例えば、ガラス）６７０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６７０２は、基板６７０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｌ）６７０７は、２つの電極６７０２及び６７０７の間に挟まれた活性層６７５０の最上部に配置される。活性層６７５０は、ＩＦＬ（例えば、ＳｒＴｉＯ３）６７０３、光活性材料（例えば、ＦＡＰｂＩ３）６７０４、第１の電荷輸送層（例えば、Ｐ３ＨＴ）６７０５、及び第２の電荷輸送層（例えば、ＭｏＯｘ）６７０６を包含する。
図２１は、いくつかの実施形態によるペロブスカイト材料デバイス６８００の様式化された図である。デバイス６８００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図８は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。デバイス６８００は、基板（例えば、ガラス）６８０１を包含する。第１の電極（例えば、ＩＴＯ）６８０２は、基板６８０１の内面に配置され、且つ、第２の電極（例えば、Ａｌ）６８１１は、２つの電極６８０２及び６８１１の間に挟まれた活性層６８５０の最上部に配置される。活性層６８５０は、第１のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６８０３、第２のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６８０４、第３のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６８０５、第４のＩＦＬ（例えば、ＺｎＯ）６８０６、及び第５のＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）６８０７、を含む複合ＩＦＬ、光活性材料（例えば、ＦＡＰｂＩ３）６８０８、第１の電荷輸送層（例えば、Ｐ３ＨＴ）６８０９、及び第２の電荷輸送層（例えば、ＭｏＯｘ）６８１０を包含する。
薄膜光起電力デバイス用の封止材(encapsulant)層
いくつかの実施形態において、ＰＶデバイスは、１つ以上のカプセル化(encapsulating)層を包含し得る。カプセル化層は、ＰＶデバイスの電極層に近接して配置されてもよい。図２２は、カプセル化層を包含する光起電力デバイス７１００の実施形態を示している。デバイス７１００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図２２は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。図Ｚによって示される光起電力デバイスは、第１の基板７１０１、第１の電極７１０２、第１の界面層７１０３、活性層７１０４、第２の界面層７１０５、第２の電極７１０６、非化学量論的化合物層Ｚ１０７、封止(sealing)層７１０８（封止材層とも呼ばれる）、及び第２の基板７１０９を包含するいくつかの層を包含する。
いくつかの実施形態において、ＰＶデバイスは、１つ以上のカプセル化(encapsulating)層を包含し得る。カプセル化層は、ＰＶデバイスの電極層に近接して配置されてもよい。図２２は、カプセル化層を包含する光起電力デバイス７１００の実施形態を示している。デバイス７１００の様々な構成要素は、連続した材料を含む別個の層として示されているが、図２２は様式化された図であることが理解されるべきである。；したがって、それによる実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用と一致する、そのような別個の層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含し得る。図Ｚによって示される光起電力デバイスは、第１の基板７１０１、第１の電極７１０２、第１の界面層７１０３、活性層７１０４、第２の界面層７１０５、第２の電極７１０６、非化学量論的化合物層Ｚ１０７、封止(sealing)層７１０８（封止材層とも呼ばれる）、及び第２の基板７１０９を包含するいくつかの層を包含する。
第１の基板７１０１及び第２の基板７１０９は、可撓性又は剛性であってもよい。基板７１０１及び７１０９は、本出願全体にわたって説明されるいずれの好適な基板材料であり得、且つ、特定の実施形態において、図１～２１に関して説明されるいずれの好適な基板材料であり得る。いくつかの実施形態において、１つの基板層のみがＰＶデバイスに包含されてもよい。２つの基板が包含される場合、少なくとも１つは電磁（ＥＭ）放射（例えば、ＵＶ、可視、ＩＲ放射など）に対して透明又は半透明でなければならない。１つの基板が包含される場合、デバイスの一部がＥＭ放射が活性層７１０４に接触できる限り、それは必要ではないが同様に透明又は半透明であってもよい。好適な基板材料は、： サファイア；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；マイカ；ポリマー（ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ポリアミド、Ｋａｐｔｏｎなど）；セラミックス；炭素；複合材（例えば、グラスファイバー、Ｋｅｖｌａｒ；炭素繊維）布地（例えば、ナイロン、綿、絹、ウール）；木材；乾式工法の壁(drywall)；金属；鋼；銀；金；アルミニウム；マグネシウム；コンクリート；又は、本明細書で図６～２１及びそれらの組み合わせに関して説明したいずれの他の基板；
のうちいずれか１つ以上を包含する。図示された実施形態において、第１の基板７１０１は、気体もしくは液体に対して不透過性であるか、又は気体もしくは液体に対して効果的に不透過性であるように十分に厚く、それにより腐食性又は酸化性物質が層７１０２から７１０８に到達するのを防ぐことができる。
のうちいずれか１つ以上を包含する。図示された実施形態において、第１の基板７１０１は、気体もしくは液体に対して不透過性であるか、又は気体もしくは液体に対して効果的に不透過性であるように十分に厚く、それにより腐食性又は酸化性物質が層７１０２から７１０８に到達するのを防ぐことができる。
電極７１０２及び電極７１０６は、本願全体にわたって説明されるいずれの好適な電極材料であり得、且つ、特定の実施形態において、図１～２１に関して説明されるいずれの好適な電極材料であり得る。例えば、電極７１０２及び７１０６好適な材料は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＣｄＯ、ＺＩＴＯ、ＡＺＯ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、鋼、炭素、炭素同素体（例えば、カーボンブラック、フラーレン、グラフェン、単層カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ）、又はその他の導電性材料を包含する。同様に、界面層７１０３及び７１０５は、本出願全体にわたって記載されるいずれの好適な界面層材料であり得、且つ、特定の実施形態において、図１～２０に関して記載されるいずれの好適な界面層材料であり得る。そのような材料の例は、Ａｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びそれらの組み合わせ（例えば、ＮｉＯ、Ｚｎ２ＳｎＯ４）の酸化物、硫化物、又は窒化物；官能化又は非官能化アルキルシリル；グループ；炭素、及び炭素同素体（例えば、カーボンブラック、フラーレン、グラフェン、単層カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ）；を包含する。いくつかの実施形態において、デバイス７１００は、１つの界面層のみ、例えば界面層７１０３又は７１０５のうちの１つのみなど、を有してもよい。他の実施形態において、デバイス７１００は界面層を有しなくてもよい。
電極層７１０２及び７１０６ならびに界面層７１０３及び７１０５と同様に、活性層７１０４は、本出願全体にわたって記載されたいずれの活性層材料又は光活性材料であり得、且つ、特定の実施形態では、図１～２１に関して記載されたいずれの好適な材料であり得る。いくつかの実施形態において、活性層７１０４は光活性層であってもよい。他の実施形態において、活性層７１０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、薄膜電池層、又はそれらの組み合わせであり得る。活性層７１０４材料の例は、ペロブスカイト材料、薄膜半導体（例えば、ＣｄＴｅ、ＣＺＴＳ、ＣＩＧＳ）、光活性ポリマー、色素増感光活性材料、フラーレン、低分子光活性材料（例えば、バソクプロイン、ペリレンモノアミド、ペリレンジイミド、ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ、トリアリールアミン、アントラセン、テルトラセン、ペンタセン、ルブレン、アントラジチオフェン、クアテルチオフェン、ベンゾチオフェン、ＴＣＮＱ、ＺｎＰｃ、ＣｕＰｃ、ｓｕｂＰｃ、ＴＰＤ、Ａｌｑ３、Ｚｎｑ２、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、ＢＴＢＴ－Ｃ５、クロロフィル－ａ、ＴＩＰＳ－Ｓｉ）、及び結晶性及び多結晶性半導体材料（例えば、ケイ素、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅ）、を包含する。
シーリング層７１０８及び非化学量論的化合物層７１０７は、光起電力デバイス７１００が存在する環境から層７１０２から７１０６までの保護を提供する。シーリング層７１０８は、エポキシ（例えば、１部エポキシ、２部エポキシ、エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、グリシジルアミンエポキシ樹脂、アミンベースの硬化エポキシ樹脂、無水物ベースの硬化エポキシ樹脂、チオールベースの硬化エポキシ樹脂、及びフェノールベースの硬化エポキシ樹脂）、ポリマー、例えばシリコーン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、及びＥＶＡ、ガラスフリット、又はそれらの組み合わせ、を包含してよい。いくつかの実施形態において、シーリング層７１０８は、ガス、例えば空気、酸素、水蒸気、二酸化炭素、窒素、アンモニア、及びハロゲンなど、に対して不透過性であり得る。他の実施形態において、シーリング層７１０８は、ガス、例えば空気、酸素、水蒸気、二酸化炭素、窒素、アンモニア、及びハロゲンなど、に対して低い透過性を有し得る。例えば、特定の実施形態において、シーリング層７１０８は、摂氏８５度で１日あたり２００ｇ／ｍ２以下の透過性を有し得る。いくつかの実施形態において、シーリング層７１０８は、０から１００ミクロンの間の厚さを有し得る。他の実施形態において、シーリング層７１０８は、１０ミクロンから１０ミリメートルの間の厚さを有し得る。
非化学量論的化合物層７１０７は、酸素が化学化学量論に関して不足又は過剰である酸素含有化合物を包含してもよい。特定の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７を含む酸化物化合物は、ＭｘＯｙの式を有してもよく、ここで、Ｍは金属であり、Ｏは酸素であり、且つ、ｘ及びｙは１から１０の間の実数である。いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、ＳｉＯ、ＣｒＯ２、ＭｎＯ、ＶＯ、ＦｅＯ、ＣｅＯ、ＬａＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ、ＡｌＯ、ＧｅＯ、又はそれらの組み合わせを包含し得る。他の実施形態において、非化学量論的酸化物層７１０７は、二元、三元、三元以上の化合物、例えばＮａｗＦｅｘＴｉｙＯｚなど、を含むことができ、ここでｗ、ｘ、ｙ、及びｚは実数を表す。たとえば、二元の非化学量論的化合物は、一般にＭ１ｘＭ２ｙＯｚとして表すことができる式を持ち、ここで、Ｍ１は第１の金属であり、Ｍ２は第２の金属であり、且つ、ｘ、ｙ及びｚは実数を表す。さらなる例として、三元非化学量論的化合物は、一般にＭ１ｗＭ２ｘＭ３ｙＯｚとして表される式を有してもよく、三元化合物は、一般的にＭ１ｖＭ２ｗＭ３ｘＭ４ｙＯｚなどとして表され得る式を有してもよい。一般に、非化学量論的酸化物とは、特定の金属又は金属の混合物に対して形成できる最も安定な金属酸化物ではない金属酸化物を指す。表１は、いくつかの金属の異なる酸化状態に対応する金属酸化物を示す。「化学量論的」金属酸化物は表１においてアスタリスクで識別され、且つ、他のすべての金属酸化物は非化学量論的であると考えることができる。
表１－非化学量論的及び化学量論的酸化物
加えて、非化学量論的化合物層７１０７は、化学化学量論に関して硫黄が不足又は過剰である硫黄含有化合物を包含することができる。特定の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７を含む硫化物化合物は、ＭｘＳｙの式を有してもよく、ここで、Ｍは金属であり、Ｓは硫黄であり、且つ、ｘ及びｙは１から１０の間の実数である。化学量論的化合物層７１０７は、ＳｉＳ、ＣｒＳ２、ＭｎＳ、ＶＳ、ＦｅＳ、ＣｅＳ、ＬａＳ、ＨｆＳ、ＺｒＳ、ＴｉＳ、ＡｌＳ、ＧｅＳ、又はそれらの組み合わせを包含し得る。他の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、二元、三元、三元以上の化合物、例えばＮａｗＦｅｘＴｉｙＳｚなど、を包含することができ、ここで、ｗ、ｘ、ｙ、及びｚは実数を表す。例えば、二元の非化学量論的硫化物化合物は、一般にＭ１ｘＭ２ｙＳｚとして表すことができる式を持ち、ここで、Ｍ１は第１の金属であり、Ｍ２は第２の金属であり、且つ、ｘ、ｙ及びｚは実数を表す。さらなる例として、三元非化学量論的硫化物化合物は、一般にＭ１ｗＭ２ｘＭ３ｙＳｚとして表すことができる式を有してもよく、三元化合物は、一般的にＭ１ｖＭ２ｗＭ３ｘＭ４ｙＳｚなどとして表すことができる式を有してもよい。一般に、非化学量論的な硫化物とは、特定の金属又は金属の混合物に対して形成できる最も安定な金属硫化物ではない金属硫化物を指す。表２は、いくつかの金属の異なる酸化状態に対応する金属硫化物を示している。「化学量論的」金属硫化物は表２においてアスタリスクで識別され、且つ、他のすべての金属酸化物は非化学量論的であると考えることができる。
表２－非化学量論及び化学量論の硫化物
さらに、非化学量論的化合物層７１０７は、化学的化学量論に関して窒素が不足又は過剰である窒素含有化合物を包含することができる。特定の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７を含む窒化化合物は、ＭＸＮｙの式を有することができ、ここでＭは金属であり、Ｎは窒素であり、且つ、ｘ及びｙは、１から１０の間の実数である。いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、ＳｉＮ、Ｃｒ３Ｎ２、ＭｎＮ、Ｖ３Ｎ２、Ｆｅ３Ｎ２、Ｃｅ３Ｎ２、Ｌａ３Ｎ２、Ｈｆ３Ｎ２、Ｚｒ３Ｎ２、Ｔｉ３Ｎ２、Ａｌ３Ｎ２、ＧｅＮ、又はそれらの組み合わせ、を包含することができる。他の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、二元、三元、三元以上の化合物、例えばＮａｗＦｅｘＴｉｙＮｚなど、を含むことができ、ここで、ｗ、ｘ、ｙ、及びｚは実数を表す。例えば、二元の非化学量論的硫化物化合物は、一般にＭ１ｘＭ２ｙＮｚで表すことができる式を持ち、ここで、Ｍ１は第１の金属であり、Ｍ２は第２の金属であり、且つ、ｘ、ｙ及びｚは実数を表す。さらなる例として、三元非化学量論的硫化物化合物は、一般にＭ１ｗＭ２ｘＭ３ｙＮｚとして表すことができる式を有してもよく、三元化合物は、一般的にＭ１ｖＭ２ｗＭ３ｘＭ４ｙＮｚなどとして表され得る式を有してもよい。一般に、非化学量論的な硫化物とは、特定の金属又は金属の混合物に対して形成できる最も安定な金属硫化物ではない金属硫化物を指す。表３は、いくつかの金属の異なる酸化状態に対応する金属窒化物を示している。「化学量論的」金属窒化物は、表３においてアスタリスクで識別され、且つ、他のすべての金属酸化物は非化学量論的であると考えることができる。
表３－非化学量論的及び化学量論的窒化物
非化学量論的酸化物はまた、荷電種、例えばＮｂＯ３
－、ＴｉＯ３
２－、及びＳＢＯ２
－、として存在することができる。同様に、非化学量論的な硫化物及び窒化物は、荷電種、例えばＶＳ３
２－、ＴｉＳ３
２－、Ｓｉ２Ｎ６
１０－など、として存在する可能性がある。いくつかの実施形態において、非化学量論的な酸化物、硫化物、及び窒化物はまた、混合原子価化学種、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４など、混合金属種、例えばＣｕＦｅＯ２、Ｃｏ２Ｓ３、Ｆｅ２Ｓ３、ＦｅＮなど、及びその組み合わせ、を包含することができる。さらに、いくつかの非化学量論的酸化物は、水酸化物種を含有する可能性のある水和形態、例えばＳｎ（ＯＨ）２など、として存在できる。いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、０から１０ミクロンの間の厚さを有し得る。他の実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、１から５０ナノメートルの間の厚さを有し得る。いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７は、１から１０ナノメートルの間の厚さを有し得る。
非化学量論的化合物層７１０７は、物理吸着、吸着、又は化学反応により、ガス、例えば酸素、水蒸気、二酸化炭素、アンモニア、及びハロゲンなど、を吸収又は閉じ込めることができる。例えば、ＳｉＯからなる非化学量論的化合物層７１０７は、シーリング層７１０８を介して拡散することができる酸素と反応してＳｉＯ２を形成し、酸素が層７１０２から７１０６に到達するのを効果的に防ぎ、光起電力デバイス７１００の電極層、界面層、及び活性層への酸化損傷を防ぐ。非化学量論的化合物層７１０７は、シーリング層７１０８を移動できる物質を吸収、反応、又は他の方法で閉じ込めることにより、それらの物質が光起電力デバイスを損傷するのを防ぐ。いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７１０７間の反応は、非化学量論的化合物層７１０７の一部を不動態化し得る。例えば、ＳｉＯ非化学量論的酸化物層７１０７は酸素と反応してＳｉＯ２を形成するため、非化学量論的酸化物層７１０７に拡散する酸素の速度は、酸素と反応してＳｉＯ２を形成した非化学量論的酸化物層Ｚ１０７の部分によって減速され得る。非化学量論的酸化物層７１０７と酸素との間の反応の例を以下に示す。
１） ２ＳｉＯ ＋ Ｏ２－－－＞ ２ＳｉＯ２
２） ４ＣｏＯ ＋ Ｏ２－－－＞ ２Ｃｏ２Ｏ３
３） Ｓｂ２Ｏ３＋ Ｏ２－－－＞ Ｓｂ２Ｏ５
４） ２Ｃｅ２Ｏ３＋ Ｏ２－－－＞ ４ＣｅＯ２
１） ２ＳｉＯ ＋ Ｏ２－－－＞ ２ＳｉＯ２
２） ４ＣｏＯ ＋ Ｏ２－－－＞ ２Ｃｏ２Ｏ３
３） Ｓｂ２Ｏ３＋ Ｏ２－－－＞ Ｓｂ２Ｏ５
４） ２Ｃｅ２Ｏ３＋ Ｏ２－－－＞ ４ＣｅＯ２
図２２に関して上述したものなどの非化学量論的酸化物層及びシーリング層は、図１～２１に示されるいずれの電極に近接して配置されてもよい。例えば、図１のＰｔ／ＦＴＯ層１５０２とガラス層１５０１との間、及び／又はＦＴＯ層１５０６とガラス層１５０７との間に、非化学量論的酸化物層及びシーリング層を堆積させることができる。さらなる一例として、酸化物層及び封止材層は、複数の界面及び活性層を有するデバイス、例えば図９に示されるデバイス３９００、において使用されてもよい。そのようなデバイスの実施形態において、非化学量論的酸化物層及び封止材層は、電極２ ３９１２と基板２ ２９１３との間に、及び／又は電極１ ３９０２と基板１ ３９０１との間に堆積されてもよい。非化学量論的化合物層７１０７は、スピンコーティング、スロットダイ印刷、化学蒸着を包含するがこれらに限定されない様々な方法によって堆積されてもよい。非化学量論的な酸化物の堆積は、制御された雰囲気下でさらに発生する可能性がある。例えば、非化学量論的な酸化物の堆積は、乾燥窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、又は酸化炭素雰囲気下で発生する可能性がある。いくつかの実施形態において、堆積雰囲気は、制御された量の水蒸気範囲、真空（例えば、７６０Ｔｏｒｒ未満）、又は高真空（例えば、１０－６Ｔｏｒｒ未満）を包含し得る。
他の実施形態において、光起電力デバイスは、光起電力デバイスの両側にシーリング層及び非化学量論的化合物層を包含し得る。図２３は、追加のカプセル化層が含まれる、図２２に示される光起電力デバイス７１００に類似した光起電力デバイス７２００の一実施形態を示す。光起電力デバイス７２００は、基板２ ７２０９と電極２ ７２０６との間に配置されたシーリング層７２０８ｂと非化学量論的化合物層７２０７ｂに加えて、基板１ ７２０１と電極１ ７２０２との間に配置されたシーリング層７２０８ａと非化学量論的化合物層７２０７ａを包含する。シーリング層７２０８ａ及び７２０８ｂは、図２２に示されるシーリング層７１０８に関して本明細書で説明されるいずれの材料を含むことができる。同様に、非化学量論的化合物層７２０７ａ及び７２０７ｂは、図２２に示される非化学量論的化合物層７１０８に関して本明細書で説明されるいずれの材料を含み得る。
さらに、いくつかの実施形態において、光起電力デバイスは、デバイスの層間に１つ又は複数の非化学量論的化合物層を包含してもよい。例えば、光起電力デバイスは、界面層と活性層（例えば、本明細書に記載の光活性層、電池層、又は半導体層）との間、界面層と電極との間、又は活性層と電極との間に非化学量論的化合物層を包含し得る。図２４は、活性層７３０４と界面層７３０３との間に配置された非化学量論的化合物層７３０７ｃを包含する、図２３に示された光起電力デバイス７２００及び図２２に示された光起電力デバイス７１００と同様の光起電力デバイス７３００の一実施形態を示している。このような実施形態において、非化学量論的化合物層７３０７ｃは、活性層７３０４と界面層７３０３との間の電荷輸送を可能にするのに十分に薄くてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、非化学量論的化合物層７３０７ｃは０．５から２０ナノメートルの間の厚さであり得る。さらなる実施形態において、非化学量論的化合物層７３０７ｃは、０．５から５ナノメートルの厚さであり得る。なおさらなる実施形態において、非化学量論的化合物層７３０７ｃは、０．５から１ナノメートルの厚さであり得る。
したがって、本発明は、上述した目的及び利点ならびにその中に内在する利点を達成するためによく適合する。上述した特定の実施形態は、本発明の教示の利益を有する当業者には明らかであるが、異なるが同等の方法で修正され実施されるので、例示に過ぎない。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されている以外の、本明細書に示された構成又は設計の詳細については、制限が意図されていない。したがって、上に開示した特定の例示的な実施形態は、変更又は修正されてもよく、そのような変更形態はすべて、本発明の範囲及び趣旨内にあると考えられることは明らかである。特に、本明細書に開示されている値のあらゆる範囲（「約(about)ａ～約(about)ｂ」又は同等に「約(approximately)ａ～約(approximately)ｂ」又は同等に「約(approximately)ａ～ｂ」）は、それぞれの範囲の値のべき集合(power set)（すべての部分集合(subset)の集合(set)）を意味し、且つ、より広い範囲の値に含まれるすべての範囲を示すものと理解すべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権者によって明白かつ明確に定義されていない限り、明白で通常の意味を有する。
Claims (12)
- 光起電力デバイスであって、
第１の基板及び第２の基板と、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された活性層であって、光活性材料を含む、活性層と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された界面層と、
前記第１の基板と前記第１の電極の間、または前記第２の基板と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された封止材層と、
前記第１の電極又は第２の電極と前記封止材層との間の少なくとも一部に配置された非化学量論的酸化物層であって、前記第１又は第２の電極、及び前記封止材層と接触する、非化学量論的酸化物層と、
を有し、
前記第１又は第２の電極は、前記非化学量論的酸化物層と前記界面層との間に配置され、
前記非化学量論的酸化物層は、Ｆｅ ３ Ｏ ４ 、ＣｕＦｅＯ ２ 、Ｍｎ ３ Ｏ ４ からなる群から選択される１つ以上の化合物を含む、光起電力デバイス。 - 前記封止材層が、エポキシ、シリコーン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ＥＶＡ、ガラス、又はそれらの組み合わせからなる群からそれぞれ選択される１つ以上の化合物を含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記光活性材料がペロブスカイト材料を含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記１つ以上の界面層が、Ａｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｎ Ｚｎ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ以上の金属の酸化物、硫化物、又は窒化物を含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記非化学量論的酸化物層は、１ナノメートル以上且つ５０ナノメートル以下の厚さを有する、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記封止材層は、１０ミクロン以上且つ１０ミリメートル以下の厚さを有する、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記封止材層がＰＭＭＡを含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 前記封止材層はＰＭＭＡを含み、且つ前記第１及び第２の電極はＩＴＯを含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
- 光起電力デバイスであって、
第１の基板及び第２の基板と、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された活性層であって、前記活性層は光活性材料を含む、活性層と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された界面層と、
前記第１の基板と前記第１の電極との間の少なくとも一部に配置された第１の封止材層と、
前記第２の基板と前記第２の電極との間の少なくとも一部に配置された第２の封止材層と、
前記第１の電極と前記第１の封止材層との間の少なくとも一部に接触して配置された第１の非化学量論的酸化物層と、
前記第２の電極と前記第２の封止材層との間の少なくとも一部に接触して配置された第２の非化学量論的酸化物層と、
を有し、
前記第１の電極は、前記第１の非化学量論的酸化物層と前記界面層との間に配置され、前記第２の電極は、前記第２の非化学量論的酸化物層と前記界面層との間に配置され、
前記第１の非化学量論的酸化物層は、Ｆｅ ３ Ｏ ４ 、ＣｕＦｅＯ ２ 、Ｍｎ ３ Ｏ ４ からなる群から選択される１つ以上の化合物を含む、光起電力デバイス。 - 前記第２の非化学量論的酸化物層が、ＳｉＯ、ＣｒＯ２、ＭｎＯ、ＶＯ、ＦｅＯ、ＣｅＯ、ＬａＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＴｉＯ、ＡｌＯ、ＧｅＯ、又はその組み合わせからなる群からそれぞれ選択される１つ以上の化合物を含む、請求項９に記載のデバイス。
- 前記第２の非化学量論的酸化物層は、式ＭｘＯｙを有する化合物を含み、ここで、Ｍは１つ以上の金属を含み、ｘは１から１０までの実数を表し、且つ、ｙは１から１０までの実数を表す、請求項９に記載のデバイス。
- 前記第２の非化学量論的酸化物層がＳｉＯを含む、請求項９に記載のデバイス。
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