背景技術：

利用光伏(pv)從太陽能或輻射發(fā)電可以提供很多好處，包括，例如，電源、低排放或零排放、獨立于電網(wǎng)(powergrid)的電力產(chǎn)生、耐用的物理結(jié)構(無運動部件)、穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)、模塊化構造、相對快的安裝、安全的制造和使用以及良好的輿論和使用接受度。

本公開內(nèi)容的特征和優(yōu)點對于本領域技術人員而言是容易清楚的。盡管本領域技術人員可以做出許多變化，但這種變化在本發(fā)明的精神內(nèi)。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的dssc的多個層的dssc設計的圖示說明。

圖2是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的dssc的多個層的dssc設計的另一個圖示說明。

圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的bhj器件設計的示例性圖示說明。

圖4是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的包括活性層的典型光伏電池的示意圖。

圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的典型固態(tài)dssc器件的示意圖。

圖6是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的示范性pv器件的組件的程式化圖(stylizeddiagram)。

圖7是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的示范性pv器件的組件的程式化圖。

圖8是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的示范性pv器件的組件的程式化圖。

圖9是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的示范性pv器件的組件的程式化圖。

圖10是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件的程式化圖。

圖11是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件的程式化圖。

圖12示出了比較有水(上部)和無水(下部)制造的鈣鈦礦pv的橫截面掃描電子顯微鏡的圖像。

圖13-20是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件的程式化圖。

具體實施方式

在與有機pv、非有機pv和/或混合pv兼容的pv技術的多個方面中的改進希望進一步降低有機pv和其它pv二者的成本。例如，一些太陽能電池(例如固態(tài)染料敏化太陽能電池)可以利用新的有成本效益和高穩(wěn)定性的替代組件，例如固態(tài)電荷傳輸材料(或者通俗地說“固態(tài)電解質(zhì)”)。另外，多種太陽能電池可以有利地包括界面材料及其它材料，除了其它優(yōu)點之外，其還可以比當前現(xiàn)有的傳統(tǒng)選項更具有成本效益和耐用。

本公開內(nèi)容總體上涉及在從太陽輻射產(chǎn)生電能時光伏電池中的材料的物質(zhì)成分、裝置和使用方法。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及物質(zhì)的光敏成分及其它成分，以及物質(zhì)的這些成分的裝置、使用方法和形成。

物質(zhì)的這些成分的實例可以包括例如：空穴傳輸材料以及/或者適合于用作例如界面層(ifl)、染料、和/或pv器件的其它元件的材料。這種化合物可以使用在各種pv器件中，例如異質(zhì)結(jié)電池(例如雙層和本體)、混合電池(例如具有ch3nh3pbi3、zno納米棒或pbs量子點的有機物)和dssc(染料敏化太陽能電池)中。后者，即dssc，以三種形式存在：溶劑型電解質(zhì)、離子液體電解質(zhì)和固態(tài)空穴傳輸體(或固態(tài)dssc，即ss-dssc)。根據(jù)一些實施方案的ss-dssc結(jié)構可以基本上不含電解質(zhì)，而是包含空穴傳輸材料，例如螺-ometad(spiro-ometad)、cssni3和其它活性材料。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案的一些或所有材料還可以有利地用于任何有機電子器件或其它電子器件中，所述電子器件的一些實例包括但不限于：電池組(battery)、場效應晶體管(fet)、發(fā)光二極管(led)、非線性光學器件、憶阻器(memristor)、電容器、整流器和/或整流天線。

在一些實施方案中，本公開內(nèi)容可以提供pv器件及其它類似器件(例如，電池組、混合pv電池組、多結(jié)pv、fet、led等)。在一些實施方案中，這種器件可以包括改進的活性材料、界面層、和/或一種或多種鈣鈦礦材料。鈣鈦礦材料可以包含在pv器件或其它器件的不同的一個或多個方面中。根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料可以具有通式cmx3，其中：c包括一種或多種陽離子(例如胺陽離子、銨陽離子、1族金屬陽離子、2族金屬陽離子和/或其它陽離子或類陽離子化合物(cation-likecompound))；m包括一種或多種金屬(實例包括fe、co、ni、cu、sn、pb、bi、ge、ti和zr)；且x包括一種或多種陰離子。以下更詳細地論述根據(jù)各種實施方案的鈣鈦礦材料。

光伏電池及其它電子器件

可以參考如圖1、3、4和5中所示的太陽能電池的各種示例性圖示來說明一些pv實施方案。例如，根據(jù)一些實施方案的示例性pv架構基本上可以具有襯底-陽極-ifl-活性層-ifl-陰極的形式。一些實施方案的活性層可以是光敏的，且/或它可以包括光敏材料。其它層和材料可以如本領域中已知的在電池中使用。而且，應注意，術語“活性層”的使用絕非意圖明確地或隱含地限制或者以其它方式限定任何其它層的特性——例如，在一些實施方案中，任一或者兩個ifl也可以是活性的，只要它們可以是半導體的。特別是，參考圖4，示出了程式化通用pv電池2610，其中例示了pv內(nèi)一些層的高界面特性。pv2610表示適用于幾種pv器件(例如鈣鈦礦材料pv實施方案)的通用架構。pv電池2610包括玻璃(或者對于太陽輻射類似透明的材料)的透明層2612，其允許太陽輻射2614穿透通過所述層。一些實施方案的透明層也可以被稱為襯底(例如，如圖1的襯底層1507一樣)，它可以包括各種剛性或柔性材料中的任意一種或多種，例如：玻璃、聚乙烯、pet、聚酰亞胺樹脂薄膜(kapton)、石英、鋁箔、金箔、或鋼。光敏層2616由電子供體或p-型材料2618、和/或電子受體或n-型材料2620、和/或既表現(xiàn)出p-型材料特性又表現(xiàn)出n-型材料特性的雙極性半導體組成?；钚詫踊蛘呷鐖D4中所示的光敏層2616夾在兩個導電電極層2622和2624之間。在圖4中，電極層2622是錫摻雜的氧化銦(ito材料)。如前提及的，一些實施方案的活性層不必是光敏的，盡管在圖4所示的器件中它是光敏的。電極層2624是鋁材料。也可以如本領域中已知地使用其它材料。電池2610還包括界面層(ifl)2626，其在圖4的實例中顯示為zno材料。ifl可以有助于電荷分離。在一些實施方案中，ifl2626可以包括作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的根據(jù)本公開內(nèi)容的有機化合物。在其它實施方案中，ifl2626可以包括多層ifl，以下更詳細地對其進行論述。還可以有與電極2624相鄰的ifl2627。在一些實施方案中，與電極2624相鄰的ifl2627還可以包括或者替代地包括作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的根據(jù)本公開內(nèi)容的有機化合物。在其它實施方案中，與電極2624相鄰的ifl2627還可以包括或者替代地包括多層ifl(同樣，以下更詳細地對其進行論述)。根據(jù)一些實施方案的ifl在性質(zhì)上可以是半導體的，且可以是p-型的或者n-型的，或者它在性質(zhì)上可以是電介質(zhì)的。在一些實施方案中，在器件的陰極側(cè)上的ifl(例如圖4中所示的ifl2627)可以是p-型的，在器件的陽極側(cè)上的ifl(例如圖4中所示的ifl2626)可以是n-型的。但在其它實施方案中，陰極-側(cè)ifl可以是n-型的，陽極-側(cè)ifl可以是p-型的。電池2610連接到引線2630和放電單元2632，例如電池組。

可以參考圖3來說明另外其它的實施方案，圖3示出了程式化bhj器件設計，包括：玻璃襯底2401；ito(錫摻雜的氧化銦)電極2402；界面層(ifl)2403；光敏層2404；和lif/al陰極2405。所提及的bhj結(jié)構的材料僅是示例；本領域中已知的任何其它bhj結(jié)構都可以與本公開內(nèi)容相適應地使用。在一些實施方案中，光敏層2404可以包括在圖4的器件的活性層或光敏層2616中可以包括的任意一種或多種材料。

圖1是根據(jù)一些實施方案的dsscpv的簡化圖示說明，在此為了例示這種示例性pv的組裝的目的而提及。如圖1所示的示例性dssc可以按照以下來構造：將電極層1506(顯示為氟摻雜的氧化錫，fto)沉積在襯底層1507(顯示為玻璃)上。將介孔層ml1505(其在一些實施方案中可以是tio2)沉積在電極層1506上，隨后將光電極(到目前為止包括襯底層1507、電極層1506和介孔層1505)浸泡在溶劑(未示出)和染料1504中。這留下了結(jié)合到ml表面的染料1504。制造分離的對電極，其包括襯底層1501(同樣顯示為玻璃)和電極層1502(顯示為pt/fto)。將光電極和對電極進行組合，其中如圖1所示將多個層1502-1506夾在兩個襯底層1501與1507之間，并將電極層1502和1506分別用作陰極和陽極。將電解質(zhì)層1503或者在染料層1504之后直接沉積在完成的光電極上，或者通過器件中的開口沉積，典型地是通過在對電極襯底1501中經(jīng)由噴砂處理而預先鉆的孔沉積。電池也可以連接到引線和放電單元，例如電池組(未示出)。襯底層1507和電極層1506、以及/或者襯底層1501和電極層1502應足夠透明，以允許太陽輻射通過而到達光敏染料1504。在一些實施方案中，對電極和/或光電極可以是剛性的，而在其它實施方案中，任意一個或二者可以是柔性的。各個實施方案的襯底層可以包括以下物質(zhì)中的任意一個或多個：玻璃、聚乙烯、pet、聚酰亞胺樹脂薄膜、石英、鋁箔、金箔和鋼。在某些實施方案中，dssc可以進一步包括捕光層(lightharvestinglayer)1601，如圖2中所示的，用以散射入射光以便增大光通過器件的光敏層的路徑長度(從而增大在光敏層中吸收光的可能性)。

在其它實施方案中，本公開內(nèi)容提供了固態(tài)dssc。根據(jù)一些實施方案的固態(tài)dscc可以提供優(yōu)點，例如沒有可能影響包括液態(tài)電解質(zhì)的dssc的泄露和/或腐蝕問題。而且，固態(tài)電荷載流子可以提供更快的器件物理性質(zhì)(例如更快的電荷傳輸)。另外，在一些實施方案中，固態(tài)電解質(zhì)可以是光敏的，因此有助于從固態(tài)dssc器件得到的電力。

固態(tài)dssc的一些實例可以參考圖5來說明，它是典型固態(tài)dssc的程式化示意圖。如同例如圖4中所示的示例性太陽能電池一樣，由第一活性材料和第二活性材料(例如導電和/或半導電的)(分別為2810和2815)組成的活性層夾在電極2805和2820(圖5中分別顯示為pt/fto和fto)之間。在圖5中所示的實施方案中，第一活性材料2810是p-型活性材料，包括固態(tài)電解質(zhì)。在某些實施方案中，第一活性材料2810可以包括：有機材料，例如螺-ometad和/或聚(3-己基噻吩)；無機二元、三元、四元或更大的復合體(complex)；任意固態(tài)半導體材料；或其任意組合。在一些實施方案中，第一活性材料可以另外包括或替代地包括氧化物和/或硫化物，和/或硒化物，和/或碘化物(如cssni3)。因此，例如，一些實施方案的第一活性材料可以包括固態(tài)的p-型材料，其可以包括銅銦硫化物；在一些實施方案中，它可以包括銅銦鎵硒化物。圖5中所示的第二活性材料2815是n-型活性材料，包括涂覆有染料的tio2。在一些實施方案中，第二活性材料可以同樣包括有機材料，例如螺-ometad；無機二元、三元、四元或更大的復合體；或其任意組合。在一些實施方案中，第二活性材料可以包括氧化物，例如氧化鋁；且/或它可以包括硫化物；且/或它可以包括硒化物。因此，在一些實施方案中，第二活性材料可以包括銅銦硫化物；在一些實施方案中，它可以包括銅銦鎵硒化物金屬。一些實施方案的第二活性材料2815可構成介孔層。此外，除了是活性的之外，第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任意一個或二者可以是光敏的。在其它實施方案(圖5中未示出)中，第二活性材料可以包括固體電解質(zhì)。此外，在其中第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任意一個包括固體電解質(zhì)的實施方案中，pv器件會缺少有效量的液態(tài)電解質(zhì)。盡管圖5中顯示并提及為p-型的，但在一些實施方案中，固態(tài)層(例如包括固體電解質(zhì)的第一活性材料)可以代之為n-型半導體。于是在這種實施方案中，涂覆有染料的第二活性材料(例如，圖5中所顯示的tio2(或其它介孔材料))可以是p-型半導體(與圖5中所顯示的且關于其論述的n-型半導體不同)。

襯底層2801和2825(圖5中都顯示為玻璃)分別構成圖5的示范性電池的外頂層和外底層。這些層可以包括具有足夠透明度的任何材料，以允許太陽輻射通過而到達包括染料、第一活性和/或光敏材料2810以及第二活性和/或光敏材料2815(例如，玻璃、聚乙烯、pet、聚酰亞胺樹脂薄膜、石英、鋁箔、金箔、和/或鋼)的活性層/光敏層。而且，在圖5所示的實施方案中，電極2805(顯示為pt/fto)是陰極，電極2820是陽極。如同圖4中所示的示范性太陽能電池，太陽輻射通過襯底層2825和電極2820進入活性層中，由此至少一部分太陽輻射被吸收以便產(chǎn)生一個或多個激子以實現(xiàn)發(fā)電。

根據(jù)一些實施方案的固態(tài)dssc可以以基本上類似于以上針對圖1中程式化示出的dssc所述的方式來構成。在圖5中所示的實施方案中，p-型活性材料2810對應于圖1的電解質(zhì)1503；n-型活性材料2815對應于圖1的染料1504和ml1505；電極2805和2820分別對應于圖1的電極層1502和1506；襯底層2801和2825分別對應于襯底層1501和1507。

本公開內(nèi)容的各個實施方案提供了在太陽能電池及其它器件的不同方面中改進的材料和/或設計，其中尤其包括活性材料(包括空穴傳輸層和/或電子傳輸層)、界面層和總體器件設計。

界面層

在一些實施方案中，本公開內(nèi)容提供了pv中一個或多個界面層(包括薄涂層ifl)的有利材料和設計。薄涂層ifl可以用于根據(jù)本文所述的各個實施方案的pv的一個或多個ifl中。

根據(jù)各種實施方案，器件可以任選地包括在任何兩個其它層和/或材料之間的界面層，盡管器件不必包含任何界面層。例如，鈣鈦礦材料器件可以包含零個、一個、兩個、三個、四個、五個或更多個界面層(例如圖7的示例性器件，其包含五個界面層3903、3905、3907、3909和3911)。界面層可以包括任何適合于增強在兩個層或材料之間的電荷傳輸和/或收集的材料；它還可以幫助防止或減少一旦電荷被傳輸遠離相鄰于界面層的材料之一時電荷重組(chargerecombination)的可能性。界面層可以另外在物理和電方面均勻化其襯底以產(chǎn)生襯底粗糙度、介電常數(shù)、附著性、缺陷的產(chǎn)生或猝滅(例如電荷陷阱、表面狀態(tài))的變化。適合的界面材料可以包括以下中的任何一種或多種：al；bi；co；cu；fe；in；mn；mo；ni；鉑(pt)；si；sn；ta；ti；v；w；nb；zn；zr；任何上述金屬的氧化物(例如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦)；任何上述金屬的硫化物；任何上述金屬的氮化物；官能化或非官能化烷基甲硅烷基團；石墨；石墨烯；富勒烯；碳納米管；本文別處論述的任何介孔材料和/或界面材料；及其組合(在一些實施方案中包括組合材料的雙層)。在一些實施方案中，界面層可以包括鈣鈦礦材料。此外，界面層可以包括本文提到的任何界面材料的摻雜實施方案(例如，y摻雜的zno、n摻雜的單壁碳納米管)。

首先，如前提及的，一個或多個ifl(例如，圖4中所顯示的ifl2626和2627中的任意一個或二者)可以包括作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的本公開內(nèi)容的光敏有機化合物。在將本公開內(nèi)容的光敏有機化合物作為sam施用時，它可以包括結(jié)合基團，通過所述結(jié)合基團它可以共價或以其它方式結(jié)合到陽極和陰極中任意一個或二者的表面。一些實施方案的結(jié)合基團可以包括以下中的任意一個或多個：cooh、six3(其中x可以是適合于形成三元硅化合物的任何基團，如si(or)3和sicl3)、so3、po4h、oh、ch2x(其中x可以包括17族鹵化物離子)和o。結(jié)合基團可以共價或以其它方式結(jié)合到吸電子部分、電子供體部分和/或核心部分(coremoiety)。結(jié)合基團可以附著在電極表面，其附著方式便于在厚度上構成單分子(或在一些實施方案中，多分子)的定向組織層(directional,organizedlayer)(例如，其中多種光敏有機化合物結(jié)合到陽極和/或陰極的情況下)。如提及的，sam可以借助共價相互作用附著，但在一些實施方案中，它可以借助離子相互作用、氫鍵相互作用和/或分散力(即范德華)相互作用附著。而且，在某些實施方案中，在暴露于光后，sam可以進入兩性離子激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生高偏振的(highly-polarized)ifl，其可以將電荷載流子從活性層引入電極(例如陽極或陰極)中。在一些實施方案中，這種增強的電荷載流子注入可以通過電子極化(poling)活性層的截面并因而增大電荷載流子朝向其各自電極(例如空穴到陽極；電子到陰極)的漂移速度來完成。用于一些實施方案的陽極應用的分子可以包括可調(diào)的(tunable)化合物，其包括結(jié)合到核心部分的主電子供體部分，所述核心部分又結(jié)合到吸電子部分，所述吸電子部分又結(jié)合到結(jié)合基團。在根據(jù)一些實施方案的陰極應用中，ifl分子可以包括可調(diào)的化合物，其包括結(jié)合到核心部分的缺電子部分(electronpoormoiety)，所述核心部分又結(jié)合到電子供體部分，所述電子供體部分又結(jié)合到結(jié)合基團。在光敏有機化合物用作根據(jù)這種實施方案的ifl時，它可以保持光敏特性，盡管在一些實施方案中它不必是光敏的。

除了光敏有機化合物samifl之外或代替光敏有機化合物samifl，根據(jù)一些實施方案的pv可以包括涂覆在這種實施方案的第一活性材料或第二活性材料(例如圖5中顯示的第一活性材料2810或第二活性材料2815)中的任意一個的至少一部分上的薄界面層(“薄涂層界面層”或“薄涂層ifl”)。而且，薄涂層ifl的至少一部分又可以涂覆有染料。薄涂層ifl可以是n-型的或p-型的；在一些實施方案中，它可以具有與下層材料(例如tio2或其它介孔材料，如第二活性材料2815的tio2)相同的類型。第二活性材料可以包括涂覆有包括氧化鋁(例如al2o3)的薄涂層ifl的tio2(圖5中未示出)，所述薄涂層ifl又涂覆有染料。本文對tio2和/或二氧化鈦的提及并非旨在將錫和氧化物的比例限制于本文所述的這種錫-氧化物化合物中。即，二氧化鈦化合物可以包括以其不同氧化態(tài)(例如一價鈦、二價鈦、三價鈦和四價鈦)中的任意一個或多個存在的鈦，因此各個實施方案可以包括化學計量和/或非化學計量的量的鈦和氧化物。因此，各個實施方案可以包括(替代tio2或除了tio2之外)tixoy，其中，x可以是在1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，x可以在約0.5到3之間。類似地，y可以在約1.5到4之間(同樣不必是整數(shù))。因此，一些實施方案可以包括例如tio2和/或ti2o3。另外，在一些實施方案中，以無論何種鈦和氧化物之間的比例或比例的組合存在的二氧化鈦都可以具有任意一種或多種晶體結(jié)構，包括銳鈦礦型、金紅石型和無定形中的任意一種或多種。

用于一些實施方案的薄涂層ifl中的其它示范性金屬氧化物可以包括半導體金屬氧化物，例如nio、wo3、v2o5或moo3。其中第二(例如n-型)活性材料包括涂覆有包括al2o3的薄涂層ifl的tio2的實施方案可以例如借助前體材料形成，所述前體材料例如為：al(no3)3·xh2o，或者適合于將al2o3沉積在tio2上、隨后熱退火和染料涂覆的任何其它材料。在其中代之使用moo3涂覆的示例性實施方案中，涂層可以借助諸如na2mo4·2h2o的前體材料形成；而根據(jù)一些實施方案的v2o5涂層可以借助諸如navo3的前體材料形成；根據(jù)一些實施方案的wo3涂層可以借助諸如nawo4·h2o的前體材料形成。前體材料(例如al(no3)3·xh2o)的濃度可能會影響沉積在tio2或其它活性材料上的最終膜厚度(在此是al2o3的最終膜厚度)。因此，修改前體材料的濃度可以是這樣一種方法，借助它可以控制最終膜厚度。例如，較大的膜厚度可以由較大的前體材料濃度得到。較大的膜厚度不一定必然導致包括金屬氧化物涂層的pv器件中較大的pce。因此，一些實施方案的方法可以包括使用濃度在約0.5到10.0mm范圍中的前體材料涂覆tio2(或其它介孔)層；其它實施方案可以包括使用濃度在約2.0到6.0mm范圍中的前體材料涂覆所述層；或者在其它實施方案中，約為2.5到5.5mm。

而且，盡管本文提及為al2o3和/或氧化鋁，但應注意，在形成氧化鋁時可以使用鋁和氧的各種比例。因此，盡管本文所述的一些實施方案參考al2o3來說明，但這種說明并非旨在限定氧中鋁的所需比例。確切地說，實施方案可以包括任意一種或多種鋁-氧化物化合物，所述鋁-氧化物化合物各自都具有符合alxoy的鋁氧化物比例，其中，x可以是在約1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，x可以在約1到3之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，y可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，y可以在2到4之間(同樣不必是整數(shù))。另外，alxoy的各種晶體形式可以存在于各個實施方案中，例如，氧化鋁的α形式、γ形式和/或無定形形式。

類似地，盡管本文提及為moo3、wo3和v2o5，但這種化合物可以代之以或另外地分別表示為moxoy、wxoy和vxoy。關于moxoy和wxoy中的每一個，x可以是在約0.5到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值；在一些實施方案中，它可以在約0.5到1.5之間。類似地，y可以是在約1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，y可以是在約1到4之間的任意值。關于vxoy，x可以是在約0.5到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值；在一些實施方案中，它可以在約0.5到1.5之間。類似地，y可以是在約1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值；在某些實施方案中，它可以是在約1到10之間的整數(shù)或非整數(shù)值。

類似地，在本文的一些示例性實施方案中對cssni3的提及并非旨在限制在根據(jù)各個實施方案的銫-錫-碘化合物中的組分元素的比例。一些實施方案可以包括化學計量和/或非化學計量的量的錫和碘化物，因此這種實施方案可以代之以包括或另外地包括各個比例的銫、錫和碘，例如任意一種或多種銫-錫-碘化合物，所述化合物各自都具有csxsnyiz的比例。在這種實施方案中，x可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，x可以在約0.5到1.5之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，y可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，y可以是在約0.5到1.5之間(同樣不必是整數(shù))。類似地，z可以是在0.1到100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任意值。在一些實施方案中，z可以是在約2.5到3.5之間。另外，cssni3可以以下比例與諸如snf2的其它材料摻雜或復合(compound)：所述比例為范圍從0.1:1到100:1的cssni3:snf2，包括在其間的所有值(整數(shù)和非整數(shù))。

另外，薄涂層ifl可以包括雙層。因此，回到其中薄涂層ifl包括金屬-氧化物(例如氧化鋁)的實例，薄涂層ifl可以包括tio2-加-金屬氧化物。與單獨的介孔tio2或其它活性材料相比，這種薄涂層ifl可以具有更大的抗電荷重組能力。而且，根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方案，在形成tio2層時，次級tio2涂層常常是必要的，以便提供tio2粒子的足夠物理互連。將雙層薄涂層ifl涂覆到介孔tio2(或其它介孔活性材料)上可以包括：使用包括金屬氧化物和ticl4二者的化合物的涂覆的組合，得到包括金屬-氧化物和次級tio2涂層的組合的雙層薄涂層ifl，其可以提供優(yōu)于單獨僅使用所述材料中的任一種的性能改進。

在一些實施方案中，ifl可以包含鈦酸鹽。根據(jù)一些實施方案的鈦酸鹽可以具有通式m'tio3，其中：m'包含任何2+陽離子。在一些實施方案中，m'可以包括be、mg、ca、sr、ba、ni、zn、cd、hg、cu、pd、pt、sn或pb的陽離子形式。在一些實施方案中，ifl可以包含單一種類(species)的鈦酸鹽，在其它實施方案中，ifl可以包含兩種或更多種不同種類的鈦酸鹽。在一個實施方案中，鈦酸鹽具有式srtio3。在另一個實施方案中，鈦酸鹽可以具有式batio3。在另一個實施方案中，鈦酸鹽可以具有式catio3。

作為解釋，并且不意味著任何限制，鈦酸鹽具有鈣鈦礦晶體結(jié)構并強烈地接種(seed)mapbi3生長轉(zhuǎn)化過程。鈦酸鹽通常還滿足其它ifl要求，例如鐵電性能、足夠的載流子遷移率、光學透明度、匹配的能級和高介電常數(shù)。

本文論述的任何界面材料還可包含摻雜組合物。為了改變界面材料的特性(例如電學、光學、機械特性)，化學計量或非化學計量的材料可以摻雜有含量范圍為少至1ppb直至50mol％的一種或多種元素(例如，na、y、mg、n、p)。界面材料的一些實例包括：nio、tio2、srtio3、al2o3、zro2、wo3、v2o5、mo3、zno、石墨烯和炭黑。對于這些界面材料而言可能的摻雜劑的實例包括：be、mg、ca、sr、ba、sc、y、nb、ti、fe、co、ni、cu、ga、sn、in、b、n、p、c、s、as、鹵化物、擬鹵化物(例如，氰化物、氰酸酯、異氰酸酯、雷酸鹽、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、疊氮化物、四羰基鈷酸鹽、氨基甲?；杌淄榛?methanide)、二氰基亞硝基甲烷化物、二氰胺和三氰基甲烷化物)和處于任何其氧化態(tài)的al。本文對摻雜界面材料的提及并不旨在限制界面材料化合物中組分元素的比例。

圖10是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件4400的程式化圖。盡管將器件4400的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖10是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件4400包括第一襯底4401和第二襯底4407。將第一電極(ito)4402布置在第一襯底4401的內(nèi)表面上，將第二電極(ag)4406布置在第二襯底4407的內(nèi)表面上?；钚詫?450夾在兩個電極4402和4406之間?；钚詫?450包括第一ifl(例如srtio3)4403、光敏材料(例如mapbi3)4404和電荷傳輸層(例如螺-ometad)4405。

在一些實施方案中，前述的薄涂層ifl和將它們涂覆到tio2上的方法可以用于包括液態(tài)電解質(zhì)的dssc中。因此，回到薄涂層ifl的實例并重新提及圖1作為實例，圖1的dssc可以進一步包括涂覆在介孔層1505上的如上所述的薄涂層ifl(即，薄涂層ifl可以被插入到介孔層1505和染料1504之間)。

在一個實施方案中，可以通過將pbi2澆鑄到涂有srtio3的ito襯底上來制造(formulate)鈣鈦礦材料器件。通過浸漬過程可以將pbi2轉(zhuǎn)化為mapbi3。下面更詳細地描述該過程。與沒有srtio3的襯底的制備相比，該轉(zhuǎn)化過程更完整(如通過光學光譜法觀察的)。

在一些實施方案中，之前在dssc上下文中論述的薄涂層ifl可以用于半導體器件的任何界面層中，所述半導體器件例如是pv(例如混合pv或其它pv)、場效應晶體管、發(fā)光二極管、非線性光學器件、憶阻器、電容器、整流器、整流天線等。而且，一些實施方案的薄涂層ifl可以用于本公開內(nèi)容中結(jié)合其它化合物論述的各個器件中的任意一個中，包括但不限于，以下本公開內(nèi)容的各個實施方案中的任意一個或多個：固態(tài)空穴傳輸材料，例如活性材料和添加劑(例如在一些實施方案中，鵝脫氧膽酸或1,8-二碘辛烷)。

在一些實施方案中，由不同材料制成的多個ifl可以彼此相鄰排列以形成復合ifl。該配置可以包括兩個不同的ifl、三個不同的ifl或甚至更大數(shù)目的不同的ifl。可以使用所得到的多層ifl或復合ifl代替單材料ifl。例如，復合ifl可以用作電池2610中的ifl2626和/或ifi2627，如圖4的實例所示。盡管復合ifl與單材料ifl不同，但具有多層ifl的鈣鈦礦材料pv電池的組裝與僅具有單材料ifl的鈣鈦礦材料pv電池的組裝基本上沒有不同。

通常，復合ifl可以使用本文論述的任何適合于ifl的材料制成。在一個實施方案中，ifl包括al2o3層和zno或m:zno(摻雜zno，例如be:zno、mg:zno、ca:zno、sr:zno、ba:zno、sc:zno、y:zno、nb:zno)層。在一個實施方案中，ifl包括zro2層和zno或m:zno層。在某些實施方案中，ifl包括多個層。在一些實施方案中，多層ifl通常具有導體層、電介質(zhì)層和半導體層。在特定實施方案中，層可以重復，例如導體層、電介質(zhì)層、半導體層、電介質(zhì)層和半導體層。多層ifl的實例包括具有ito層、al2o3層、zno層和第二al2o3層的ifl；具有ito層、al2o3層、zno層、第二al2o3層和第二zno層的ifl；具有ito層、al2o3層、zno層、第二al2o3層、第二zno層和第三al2o3層的ifl；以及具有實現(xiàn)期望的性能特征所必需的層數(shù)的ifl。如前所述，對某些化學計量比的提及并非旨在限制根據(jù)各種實施方案的ifl層中的組分元素的比例。

在鈣鈦礦材料pv電池中將兩個或更多個相鄰的ifl排列為復合ifl可優(yōu)于單ifl，其中在單ifl中可以利用(leverage)來自每個ifl材料的屬性。例如，在具有ito層、al2o3層和zno層的結(jié)構中(其中ito是導電電極，al2o3是電介質(zhì)材料，zno是n型半導體)，zno充當電子受體，很好地執(zhí)行電子傳輸性能(例如遷移性)。另外，al2o3是物理上穩(wěn)固的材料，其很好地附著到ito上，通過覆蓋表面缺陷(例如電荷陷阱)使表面均勻化，并且通過抑制暗電流來提高器件二極管特性。

圖11是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件4500的程式化圖。盡管器件4500的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖11是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件4500包括第一襯底4501和第二襯底4508。將第一電極(例如，ito)4502布置在第一襯底4501的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)4507布置在第二襯底4508的內(nèi)表面上?；钚詫?550夾在兩個電極4502和4507之間。活性層4550包括復合ifl，所述復合ifl包括第一ifl(例如al2o3)4503和第二ifl(例如，zno)4504、光敏材料(例如mapbi3)4505和電荷傳輸層(例如螺-ometad)4506。

圖13-20是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件的程式化圖。盡管器件的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖13-18是程式化圖；因此，根據(jù)它們的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。示例性器件包括在本公開內(nèi)容通篇中描述的層和材料。這些器件可以包括襯底層(例如玻璃)、電極層(例如，ito、ag)、界面層(其可以是復合ifl(例如zno、al2o3、y:zno和/或nb:zno))、光敏材料(例如mapbi3、fapbi3、5-ava·hcl:mapbi3和/或chp:mapbi3)和電荷傳輸層(例如，螺-ometad、pcdtbt、tfb、tpd、ptb7、f8bt、ppv、mdmo-ppv、meh-ppv和/或p3ht)。

圖13是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6100的程式化圖。盡管器件6100的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖13是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6100包括襯底(例如玻璃)6101。將第一電極(例如，ito)6102布置在襯底6101的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6107布置在夾在兩個電極6102和6107之間的活性層6150的頂上?；钚詫?150包括復合ifl，該復合ifl包括第一ifl(例如al2o3)6103和第二ifl(例如，zno)6104、光敏材料(例如mapbi3)6105和電荷傳輸層(例如螺-ometad)6106。

圖14是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6200的程式化圖。盡管器件6200的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖14是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6200包括襯底(例如玻璃)6201。將第一電極(例如ito)6202布置在襯底6201的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6206布置在夾在兩個電極6202和6206之間的活性層6250的頂上。活性層6250包括ifl(例如y:zno)6203、光敏材料(例如mapbi3)6204和電荷傳輸層(例如p3ht)6205。

圖15是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6300的程式化圖。盡管器件6300的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖15是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6300包括襯底(例如玻璃)6301。將第一電極(例如ito)6302布置在襯底6301的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6309布置在夾在兩個電極6302和6309之間的活性層6350的頂上?；钚詫?350包括復合ifl，該復合ifl包括第一ifl(例如al2o3)6303、第二ifl(例如，zno)6304、第三ifl(例如，al2o3)6305和第四ifl(例如，zno)6306、光敏材料(例如mapbi3)6307和電荷傳輸層(例如pcdtbt)6308。

圖16是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6400的程式化圖。盡管器件6400的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖16是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6400包括襯底(例如玻璃)6401。將第一電極(例如ito)6402布置在襯底6401的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6409布置在夾在兩個電極6402和6409之間的活性層6450的頂上?；钚詫?450包括復合ifl，該復合ifl包括第一ifl(例如al2o3)6403、第二ifl(例如，zno)6404、第三ifl(例如，al2o3)6405和第四ifl(例如，zno)6406、光敏材料(例如5-ava·hcl:mapbi3)6407和電荷傳輸層(例如pcdtbt)6408。

圖17是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6500的程式化圖。盡管器件6500的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖17是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6500包括襯底(例如玻璃)6501。將第一電極(例如ito)6502布置在襯底6501的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6506布置在夾在兩個電極6502和6506之間的活性層6550的頂上。活性層6550包括ifl(例如nb:zno)6503、光敏材料(例如fapbi3)6504和電荷傳輸層(例如p3ht)6505。

圖18是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6600的程式化圖。盡管器件6600的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖18是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6600包括襯底(例如玻璃)6601。將第一電極(例如ito)6602布置在襯底6601的內(nèi)表面上，將第二電極(例如ag)6606布置在夾在兩個電極6602和6606之間的活性層6650的頂上。活性層6650包括ifl(例如y:zno)6603、光敏材料(例如chp；mapbi3)6604和電荷傳輸層(例如p3ht)6605。

圖19是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6700的程式化圖。盡管器件6700的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖19是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6700包括襯底(例如玻璃)6701。將第一電極(例如ito)6702布置在襯底6701的內(nèi)表面上，將第二電極(例如al)6707布置在夾在兩個電極6702和6707之間的活性層6750的頂上?；钚詫?750包括ifl(例如srtio3)6703、光敏材料(例如fapbi3)6704和第一電荷傳輸層(例如p3ht)6705和第二電荷傳輸層(例如moox)6706。

圖20是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件6800的程式化圖。盡管器件6800的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖20是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件6800包括襯底(例如玻璃)6801。將第一電極(例如ito)6802布置在襯底6801的內(nèi)表面上，將第二電極(例如al)6811布置在夾在兩個電極6802和6811之間的活性層6850的頂上?；钚詫?850包括復合ifl，該復合ifl包括第一ifl(例如al2o3)6803、第二ifl(例如，zno)6804、第三ifl(例如，al2o3)6805、第四ifl(例如，zno)6806和第五ifl(例如al2o3)6807、光敏材料(例如fapbi3)6808、第一電荷傳輸層(例如p3ht)6809和第二電荷傳輸層(例如moox)6810。

鈣鈦礦材料

鈣鈦礦材料可以包含到pv或其它器件的不同的一個或多個方面中。根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料可以具有通式cmx3，其中：c包括一種或多種陽離子(例如胺陽離子、銨陽離子、1族金屬陽離子、2族金屬陽離子和/或其它陽離子或類陽離子化合物(cation-likecompound))；m包括一種或多種金屬(實例包括fe、co、ni、cu、sn、pb、bi、ge、ti和zr)；且x包括一種或多種陰離子。在一些實施方案中，c可以包括一種或多種有機陽離子。

在某些實施方案中，c可以包括銨離子，通式[nr4]⁺的有機陽離子，其中r基團可以是相同的或不同的基團。適合的r基團包括但不限于：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴、或炔烴cxhy，其中x＝1-20，y＝1-42；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香基團(如苯基、烷基苯基(alkylphenl)、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個氮包含在環(huán)中的環(huán)狀絡合物(如吡啶、吡咯、吡咯烷、哌啶、四氫喹啉)；任何含硫基團(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(氮氧化物(nitroxide)、胺)；任何含磷基團(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(如硼酸)；任何有機酸(如乙酸、丙酸)；以及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸(5-ammoniumvalericacid))，包括α、β、γ、和更大的衍生物；任何含硅基團(例如，硅氧烷)；和任何的烷氧基或基團-ocxhy，其中，x＝0-20，y＝1-42。

在某些實施方案中，c可以包括甲脒陽離子(formamidinium)，通式[r2ncrnr2]⁺的有機陽離子，其中，r基團可以是相同的或不同的基團。合適的r基團包括，但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中x＝1-20，y＝1-42；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香基團(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個氮包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡合物(例如，咪唑、苯并咪唑、二氫嘧啶、(azolidinylidene甲基)吡咯烷、三唑)；任何含硫基團(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(例如，硼酸)；任何有機酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(例如，甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ和更大的衍生物；任何含硅基團(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團-ocxhy，其中x＝0-20，y＝1-42。

式1例示了如上所述的具有通式[r2ncrnr2]⁺的甲脒陽離子的結(jié)構。式2例示了可以在鈣鈦礦材料中充當陽離子“c”的幾種甲脒陽離子的示例性結(jié)構。

在某些實施方案中，c可以包括胍離子，通式[(r2n)2c＝nr2]⁺的有機陽離子，其中，r基團可以是相同的或不同的基團。合適的r基團包括，但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中x＝1-20，y＝1-42；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香基團(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個氮包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡合物(例如，八氫嘧啶并[1,2-a]嘧啶、嘧啶并[1,2-a]嘧啶、六氫咪唑并[1,2-a]咪唑、六氫化嘧啶-2-亞胺)；任何含硫基團(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(如硼酸)；任何有機酸(乙酸、丙酸)和其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ和更大的衍生物；任何含硅基團(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團-ocxhy，其中x＝0-20，y＝1-42。

式3例示了如上所述具有通式[(r2n)2c＝nr2]⁺的胍陽離子的結(jié)構。式4例示了可以在鈣鈦礦材料中充當陽離子“c”的幾種胍陽離子的結(jié)構的實例。

在某些實施方案中，c可以包括乙烯四胺陽離子，通式[(r2n)2c＝c(nr2)2]⁺的有機陽離子，其中，r基團可以是相同的或不同的基團。合適的r基團包括，但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中x＝1-20，y＝1-42；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香基團(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個氮是包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡合物(例如，2-六氫嘧啶-2-亞基六氫嘧啶、八氫吡嗪[2,3-b]吡嗪、吡嗪[2,3-b]吡嗪、喹喔啉[2,3-b]喹喔啉)；任何含硫基團(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(如硼酸)；任何有機酸(乙酸、丙酸)和其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ、和更大的衍生物；任何含硅基團(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團-ocxhy，其中x＝0-20，y＝1-42。

式5例示了如上所述的具有通式[(r2n)2c＝c(nr2)2]⁺的乙烯四胺陽離子的結(jié)構。式6例示了可以在鈣鈦礦材料中充當陽離子“c”的幾種乙烯四胺離子的結(jié)構的實例。

在某些實施方案中，c可以包括咪唑陽離子，通式[crnrcrnrcr]⁺的芳族環(huán)狀有機陽離子，其中，r基團可以是相同的或不同的基團。合適的r基團包括，但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或其異構體；環(huán)狀、支化或直鏈的任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中x＝1-20，y＝1-42；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香基團(如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；其中至少一個氮是包含在環(huán)內(nèi)的環(huán)狀絡合物(例如，2-六氫嘧啶-2-亞基六氫嘧啶、八氫吡嗪[2,3-b]吡嗪、吡嗪[2,3-b]吡嗪、喹喔啉[2,3-b]喹喔啉)；任何含硫基團(如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(磷酸鹽或酯)；任何含硼基團(如硼酸)；任何有機酸(乙酸、丙酸)和其酯或酰胺衍生物；任何氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ、和更大的衍生物；任何含硅基團(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團-ocxhy，其中x＝0-20，y＝1-42。

在一些實施方案中，x可以包括一種或多種鹵化物離子。在某些實施方案中，x可以替代地或另外包括16族陰離子。在某些實施方案中，16族陰離子可以是硫化物離子或硒化物離子。在某些實施方案中，x可以替代地包括或另外包括一種或多種擬鹵化物(例如氰化物、氰酸酯、異氰酸酯、雷酸鹽、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、疊氮化物、四羰基鈷酸鹽、氨基甲?；杌淄榛?、二氰基亞硝基甲烷化物、二氰胺和三氰基甲烷化物)。在一些實施方案中，每個有機陽離子c可以大于每個金屬m，每個陰離子x均可能夠與陽離子c和金屬m結(jié)合。根據(jù)各種實施方案的鈣鈦礦材料的實例包括cssni3(本文在前論述的)和csxsnyiz(其中x、y和z按照在前論述變化)。其它實例包括通式cssnx3的化合物，其中，x可以是以下中的任意一種或多種：i3、i2.95f0.05；i2cl；icl2；和cl3。在其它實施方案中，x可以包括i、cl、f和br中的任何一種或多種，其量使得x相比于cs和sn的總比例產(chǎn)生cssnx3的總化學計量。在一些實施方案中，構成x的元素的組合化學計量可以遵循與在前針對csxsnyiz所述的iz相同的規(guī)則。再有其它的實例包括通式rnh3pbx3的化合物，其中，r可以是cnh2n+1，n的范圍為0-10，x可以包括f、cl、br和i中的任意一種或多種，其量使得x相比于陽離子rnh3和金屬pb的總比例產(chǎn)生rnh3pbx3的總化學計量。此外，r的一些具體實例包括h；烷基鏈(例如，ch3、ch3ch2、ch3ch2ch2等等)；以及氨基酸(如甘氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸、5-銨戊酸)，包括α、β、γ和更大的衍生物。

復合鈣鈦礦材料器件設計

在一些實施方案中，本公開內(nèi)容可以提供包括一種或多種鈣鈦礦材料的pv和其它類似器件(例如電池組、混合pv電池組、fet、led等)的復合設計。例如，一種或多種鈣鈦礦材料可以充當一些實施方案的第一活性材料和第二活性材料中的任意一個或兩個(例如圖5的活性材料2810和2815)。在更一般的方面，本公開內(nèi)容的一些實施方案提供了具有包含一種或多種鈣鈦礦材料的活性層的pv或其它器件。在這種實施方案中，鈣鈦礦材料(即包括任意一種或多種鈣鈦礦材料的材料)可以用于各種架構的活性層中。而且，鈣鈦礦材料可以提供活性層的任意一種或多種組分的功能(例如電荷傳輸材料、介孔材料、光敏材料和/或界面材料，以下更詳細地論述其中的每一個)。在一些實施方案中，相同的鈣鈦礦材料可以提供多個這種功能；盡管在其它實施方案中，多種鈣鈦礦材料可以包括在器件中，每一種鈣鈦礦材料均提供一個或多個這種功能。在某些實施方案中，無論鈣鈦礦材料可以起到什么作用，它都可以以各種狀態(tài)在器件中制備且/或存在。例如，在一些實施方案中它基本上是固態(tài)的。在其它實施方案中，它可以是溶液(例如鈣鈦礦材料可以溶解在液體中，并以其個別離子亞種(subspecie)存在于所述液體中)；或者它可以是懸浮液(例如鈣鈦礦材料粒子的懸浮液)。可以將溶液或懸浮液涂覆或以其它方式沉積在器件內(nèi)(例如在器件的另一個組件上，例如介孔層、界面層、電荷傳輸層、光敏層或其它層上，且/或在電極上)。在一些實施方案中，鈣鈦礦材料可以在器件的另一個組件的表面上原位形成(例如作為薄膜固體借助氣相沉積)?？梢允褂眯纬砂}鈦礦材料的固態(tài)或液態(tài)層的任何其它適合的手段。

通常，鈣鈦礦材料器件可以包括第一電極、第二電極和包含鈣鈦礦材料的活性層，所述活性層至少部分地布置在所述第一電極和所述第二電極之間。在一些實施方案中，第一電極可以是陽極和陰極之一，第二電極可以是陽極和陰極中的另一個電極。根據(jù)某些實施方案的活性層可以包括任意一種或多種活性層組分，包括以下中的任意一種或多種：電荷傳輸材料；液體電解質(zhì)；介孔材料；光敏物質(zhì)(如染料、硅、碲化鎘、硫化鎘、硒化鎘、銅銦鎵硒化物、砷化鎵、磷化鍺銦、半導體聚合物、其它光敏材料)；和界面材料。這些活性層組分中的任意一種或多種可以包括一種或多種鈣鈦礦材料。在一些實施方案中，活性層組分中的一些或全部可以整體或部分地布置在子層(sub-layer)中。例如，活性層可以包括以下中的任意一個或多個：包括界面材料的界面層；包括介孔材料的介孔層；和包括電荷傳輸材料的電荷傳輸層。在一些實施方案中，可以將光敏材料例如染料涂覆或以其它方式布置在這些層中的任意一個或多個上。在某些實施方案中，可以以液態(tài)電解質(zhì)涂覆任意一個或多個層。此外，根據(jù)一些實施方案，界面層可以包括在活性層的任意兩個或更多個其它層之間，和/或在層與涂層之間(例如在染料與介孔層之間)，和/或在兩個涂層之間(例如在液態(tài)電解質(zhì)和染料之間)，和/或在活性層組件與電極之間。本文中所提及的層可以包括最終排列(例如在器件內(nèi)可分別限定的每一種材料的基本上離散的部分)，且/或所提及的層可以表示在器件構成過程中的排列，盡管有可能每一層中的材料隨后相互混合。在一些實施方案中，層可以是離散的，包括基本上鄰接的材料(例如，層可以如圖1中樣式化示出的)。在其它實施方案中，層可以基本上相互混合(如同例如bhj、混合和一些dssc電池的情況)，其一個實例借助圖4中光敏層2616內(nèi)的第一活性材料2618和第二活性材料2620示出。在一些實施方案中，器件可以包括兩種這些層的混合物，其也如同圖4的器件所示，其除了光敏層2616以外還包含離散的鄰接層2627、2626和2622，所述光敏層2616包括第一活性材料2618和第二活性材料2620的相互混合層。在任何情況下，不論何種的任意兩個或更多個層在某些實施方案中都可以相鄰于彼此布置(和/或彼此相互混合地布置)，所述布置方式便于得到高接觸表面積。在某些實施方案中，包含鈣鈦礦材料的層可以相鄰于一個或多個其它層布置，以便得到高接觸表面積(例如在鈣鈦礦材料展現(xiàn)出低電荷遷移率的情況下)。在其它實施方案中，高接觸表面積不是必需的(例如，在鈣鈦礦材料展現(xiàn)高電荷遷移率的情況下)。

根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件可以任選地包括一個或多個襯底。在一些實施方案中，可以將第一電極和第二電極中的任意一個或二者涂覆或以其它方式布置在襯底上，以使得電極基本上布置在襯底與活性層之間。在各個實施方案中，器件的組分(例如襯底、電極、活性層和/或活性層組件)的材料可以整體或部分地是剛性或柔性的。在一些實施方案中，電極可以充當襯底，從而無需單獨的襯底。

而且，根據(jù)某些實施方案的鈣鈦礦材料器件可以任選地包括捕光材料(例如，在捕光層中，例如如在圖2中表示的示例性pv中所示的捕光層1601中)。此外，鈣鈦礦材料器件可以包括任意一種或多種添加劑，例如以上針對本公開內(nèi)容的一些實施方案論述的添加劑中的任意一種或多種。

部分參考圖7對可以包括在鈣鈦礦材料器件中的各種材料中的一些進行說明。圖7是根據(jù)一些實施方案的鈣鈦礦材料器件3900的程式化圖。盡管將器件3900的各個組件示例為包含鄰接材料的離散層，但應理解，圖7是程式化圖；因此，根據(jù)它的實施方案可以包括這種離散層，和/或基本上相互混合的、非鄰接的層，與本文前述的“層”的使用一致。器件3900包括第一襯底3901和第二襯底3913。將第一電極3902布置在第一襯底3901的內(nèi)表面上，將第二電極3912布置在第二襯底3913的內(nèi)表面上?；钚詫?950夾在兩個電極3902和3912之間。活性層3950包括介孔層3904；第一光敏材料3906和第二光敏材料3908；電荷傳輸層3910和幾個界面層。圖7還例示了根據(jù)這樣的實施方案的示例性器件3900，其中，活性層3950的子層由界面層分離，進一步地其中界面層布置在每一個電極3902和3912上。特別是，第二界面層3905、第三界面層3907和第四界面層3909分別布置在介孔層3904、第一光敏材料3906、第二光敏材料3908和電荷傳輸層3910中的每一個之間。第一界面層3903和第五界面層3911分別布置在(i)第一電極3902和介孔層3904之間；及(ii)電荷傳輸層3910和第二電極3912之間。因此，圖7中所示的示例性器件的架構可以表征為：襯底-電極-活性層-電極-襯底?；钚詫?950的架構可以表征為：界面層-介孔層-界面層-光敏材料-界面層-光敏材料-界面層-電荷傳輸層-界面層。如前提及的，在一些實施方案中，界面層不必存在；或者一個或多個界面層可以僅包括在器件的活性層和/或組件中的某些但不是全部組件之間。

襯底，例如第一襯底3901和第二襯底3913中的任意一個或二者，可以是柔性或剛性的。如果包括兩個襯底，那么至少一個應對于電磁(em)輻射(例如uv輻射、可見光輻射、或ir輻射)是透明或半透明的。如果包括一個襯底，那么它可以類似地是透明或半透明的；盡管它不必是，只要器件的一部分允許em輻射接觸活性層3950即可。適合的襯底材料包括以下中的任意一種或多種：玻璃；藍寶石；氧化鎂(mgo)；云母；聚合物(如pet、peg、聚丙烯、聚乙烯等)；陶瓷；織物(如棉、絲、羊毛)；木材；干式墻(drywall)；金屬；以及它們的組合。

如前提及的，電極(例如圖7的電極3902和3912之一)可以是陽極或陰極。在一些實施方案中，一個電極可以起到陰極的作用，另一個電極可以起到陽極的作用?？梢詫㈦姌O3902和3912中的任意一個或二者耦合到引線、電纜、導線或者能夠?qū)㈦姾蓚鬏斨疗骷?900和/或?qū)㈦姾勺云骷?900傳輸?shù)钠渌b置。電極可以構成任何導電材料，至少一個電極對于em輻射應是透明或半透明的，且/或以允許em輻射接觸活性層3950的至少一部分的方式排列。適合的電極材料可以包括以下中的任何一種或多種：氧化銦錫或摻錫氧化銦(ito)；摻氟氧化錫(fto)；氧化鎘(cdo)；氧化鋅銦錫(zito)；鋁鋅氧化物(azo)；鋁(al)；金(au)；鈣(ca)；鎂(mg)；鈦(ti)；鋼；碳(和其同素異形體)；及其組合。

介孔材料(例如圖7的介孔層3904中所包括的材料)可以包括任何含孔的材料。在一些實施方案中，孔可以具有在約1至約100nm范圍內(nèi)的直徑；在其它實施方案中，孔直徑范圍可為從約2到約50nm。合適的介孔材料包括以下中的任何一種或多種：本文其它部分論述的任何界面材料和/或介孔材料；鋁(al)；鉍(bi)；銦(in)；鉬(mo)；鈮(nb)；鎳(ni)；硅(si)；鈦(ti)；釩(v)；鋅(zn)；鋯(zr)；前述金屬中的任何一種或多種的氧化物(如氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯等)；前述金屬中的任何一種或多種的硫化物；前述金屬中的任何一種或多種的氮化物；及其組合。

光敏材料(例如，圖7的第一光敏材料3906或第二光敏材料3908)可以包括任何光敏化合物，例如硅(在某些情況下，單晶硅)、碲化鎘、硫化鎘、硒化鎘、銅銦鎵硒化物、砷化鎵、鍺銦磷化物、一種或多種半導體聚合物、以及它們的組合中的任何一種或多種。在某些實施方案中，光敏材料可以替代地或另外包括染料(例如，n719、n3、其它釕基染料)。在一些實施方案中，可將染料(無論任何組成的染料)涂覆在另一層(例如，介孔層和/或界面層)上。在一些實施方案中，光敏材料可以包含一種或多種鈣鈦礦材料。含鈣鈦礦材料的光敏物質(zhì)可以是固體形式的，或在一些實施方案中，它可以采取包括含鈣鈦礦材料的懸浮液或溶液的染料的形式?？梢詫⑦@種溶液或懸浮液以類似于其它染料的方式涂覆到其它器件組件上。在一些實施方案中，可以借助任何合適的方法(例如，氣相沉積、溶液沉積、固體材料的直接放置等)沉積固態(tài)含鈣鈦礦的材料。根據(jù)各個實施方案的器件可以包括一種、二種、三種或更多種的光敏化合物(例如，一種、兩種、三種或更多種的鈣鈦礦材料、染料、或它們的組合)。在包括多種染料或其它光敏材料的某些實施方案中，兩種或更多種染料或其它光敏材料中的每一種都可以由一個或多個界面層分離。在一些實施方案中，多種染料和/或光敏化合物可以至少部分相互混合。

電荷傳輸材料(例如，圖7中的電荷傳輸層3910的電荷傳輸材料)可以包括固態(tài)電荷傳輸材料(即，通俗標記的固態(tài)電解質(zhì))，或者它可以包括液體電解質(zhì)和/或離子液體。液體電解質(zhì)、離子液體和固態(tài)電荷傳輸材料中的任意一種都可以被稱為電荷傳輸材料。此處所用的“電荷傳輸材料”指的是能夠收集電荷載流子和/或傳輸電荷載流子的固態(tài)、液態(tài)或其它狀態(tài)的任何材料。例如，在根據(jù)一些實施方案的pv器件中，電荷傳輸材料能夠?qū)㈦姾奢d流子傳輸?shù)诫姌O。電荷載流子可以包括空穴(其傳輸可以使得電荷傳輸材料正好被適當標記為“空穴傳輸材料”)和電子。可以向陽極傳輸空穴，可以向陰極傳輸電子，這取決于電荷傳輸材料相對于pv或其它器件中陰極或陽極的位置。根據(jù)一些實施方案的電荷傳輸材料的適合的實例可以包括以下中的任意一種或多種：鈣鈦礦材料；i^-/i3^-；鈷絡合物；聚噻吩(例如，聚(3-己基噻吩)及其衍生物，或p3ht)；咔唑基共聚物，例如聚十七烷基咔唑聯(lián)硫環(huán)戊二烯苯并噻二唑(polyheptadecanylcarbazoledithienylbenzothiadiazole)及其衍生物(例如，pcdtbt)；其它共聚物，例如聚環(huán)戊二噻吩-苯并噻二唑以及它們的衍生物(例如，pcpdtbt)；聚苯并二噻吩基-噻吩并噻吩二基(polybenzodithiophenyl-thienothiophenediyl)及其衍生物(例如，ptb6、ptb7、ptb7-th、pce-10)；聚(三芳基胺)化合物及其衍生物(例如，ptaa)；螺-ometad；聚對亞苯基亞乙烯(polyphenylenevinylene)以及其衍生物(例如，mdmo-ppv、meh-ppv)；富勒烯和/或富勒烯衍生物(例如，c60、pcbm)；以及它們的組合。在某些實施方案中，電荷傳輸材料可以包括能夠收集電荷載流子(電子或空穴)的且/或能夠傳輸電荷載流子的固態(tài)或液態(tài)的任何材料。因此，一些實施方案的電荷傳輸材料可以是n-型或p-型活性和/或半導電材料。電荷傳輸材料可以被布置靠近器件的一個電極。一些實施方案中，它可以相鄰于電極布置，盡管在其它實施方案中，界面層可布置在電荷傳輸材料與電極之間(如例如圖7中以第五界面層3911顯示的)。在某些實施方案中，電荷傳輸材料的類型可以根據(jù)其所靠近的電極來選擇。例如，如果電荷傳輸材料收集和/或傳輸空穴，它可以靠近陽極，以便將空穴傳輸?shù)疥枠O。然而，電荷傳輸材料可以代之以被布置靠近陰極，且被選擇或構造以便將電子傳輸?shù)疥帢O。

如前提及的，根據(jù)各種實施方案的器件可以任選地包括在任何兩個其它層和/或材料之間的界面層，盡管根據(jù)一些實施方案的器件不必包含任何界面層。因此，例如，鈣鈦礦材料器件可包含零個、一個、二個、三個、四個、五個或更多個界面層(例如圖7的示例性器件，其包含五個界面層3903、3905、3907、3909和3911)。界面層可以包括根據(jù)本文前述實施方案的薄涂層界面層(例如，包括氧化鋁和/或其它金屬-氧化物顆粒，和/或二氧化鈦/金屬-氧化物雙層，和/或根據(jù)本文其它部分所述的薄涂層界面層的其它化合物)。根據(jù)一些實施方案的界面層可以包括任何適合于增強在兩個層或材料之間的電荷傳輸和/或收集的材料；它也可以幫助防止或減少一旦電荷被傳輸遠離相鄰于界面層的材料之一時電荷重組的可能性。合適的界面材料可以包括以下中的任何一種或多種：本文其它部分所述的任何介孔材料和/或界面材料；al；bi；co；cu；fe；in；mn；mo；ni；鉑(pt)；si；sn；ta；ti；v；w；nb；zn；zr；任何上述金屬的氧化物(如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦)；任何上述金屬的硫化物；任何上述金屬的氮化物；官能化或非官能化的烷基甲硅烷基；石墨；石墨烯；富勒烯；碳納米管；以及它們的組合(在一些實施方案中，包括組合材料的雙層)。在一些實施方案中，界面層可以包括鈣鈦礦材料。

根據(jù)圖7的程式化表示的器件在一些實施方案中可以是pv，例如dssc、bhj或混合太陽能電池。在一些實施方案中，根據(jù)圖7的器件可以構成并聯(lián)或串聯(lián)的多單元pv、電池組、混合pv電池組、fet、led和/或本文所述的任何其它器件。例如，一些實施方案的bhj可以包括對應于電極3902和3912的兩個電極，和在異質(zhì)結(jié)界面中包括至少兩種材料的活性層(例如活性層3950的材料和/或?qū)又械娜我鈨蓚€)。在某些實施方案中，其它器件(例如混合pv電池組、并聯(lián)或串聯(lián)多單元pv等)可以包括包含鈣鈦礦材料的活性層，其對應于圖7的活性層3950。簡言之，圖7的示范性器件的圖示的程式化性質(zhì)絕不應限制根據(jù)圖7的各種實施方案的器件的可允許結(jié)構或架構。

將按照示例性器件的進一步的程式化圖示來論述鈣鈦礦器件的另外的更具體的示例性實施方案。圖8-18的這些圖示的程式化性質(zhì)類似地并非旨在限制在一些實施方案中可以根據(jù)圖8-18中的任意一個或多個構造的器件的類型。即，可以對圖8-18中展現(xiàn)的架構根據(jù)任何合適的手段(包括本文其它部分明確論述的那些及其它適合的手段，其對于受益于本公開內(nèi)容的本領域技術人員而言是清楚易見的)進行適應性修改以提供本公開內(nèi)容的其它實施方案的bhj、電池組、fet、混合pv電池組、串聯(lián)多單元pv、并聯(lián)多單元pv及其它類似的器件。

圖8示出了根據(jù)各個實施方案的示例性器件4100。器件4100例示了包括第一玻璃襯底4101和第二玻璃襯底4109的實施方案。每一個玻璃襯底都具有布置在其內(nèi)表面上的fto電極(分別為第一電極4102和第二電極4108)，每一個電極都具有沉積在其內(nèi)表面上的界面層：將tio2第一界面層4103沉積在第一電極4102上，將pt第二界面層4107沉積在第二電極4108上。夾在兩界面層之間的是：介孔層4104(包括tio2)；光敏材料4105(包括鈣鈦礦材料mapbi3)；和電荷傳輸層4106(在此包括cssni3)。

圖9示出了省略了介孔層的示例性器件4300。器件4300包括夾在第一界面層4303和第二界面層4305之間(分別包括二氧化鈦和氧化鋁)的鈣鈦礦材料光敏化合物4304(包括mapbi3)。將二氧化鈦界面層4303涂覆在fto第一電極4302上，又將所述fto第一電極4302布置在玻璃襯底4301的內(nèi)表面上。將螺-ometad電荷傳輸層4306涂覆在氧化鋁界面層4305上，并布置在金第二電極4307的內(nèi)表面上。

如同對于受益于本公開內(nèi)容的本領域普通技術人員而言清楚易見的，各個其它實施方案是可能的，例如有多個光敏層的器件(例如由圖7的示例性器件的光敏層3906和3908例示的)。在一些實施方案中，如上面所論述的，每個光敏層都可以由界面層(如圖7中第三界面層3907所示)分離。此外，介孔層可以布置在電極上，例如如圖7中布置在第一電極3902上的介孔層3904所示的。雖然圖7示出了布置于兩者之間的居間界面層3903，但在一些實施方案中，介孔層可以直接布置在電極上。

另外的鈣鈦礦材料器件實例

其它示例性鈣鈦礦材料器件架構對于受益于本公開內(nèi)容的本領域技術人員而言是清楚易見的。實例包括但不限于，含具有以下架構中任一種的活性層的器件：(1)液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-介孔層；(2)鈣鈦礦材料-染料-介孔層；(3)第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-介孔層；(4)第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料；(5)第一鈣鈦礦材料-染料-第二鈣鈦礦材料；(6)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料；(7)固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層；(8)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層；(9)固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層；及(10)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。每個示例性架構的各個組件(例如，介孔層、電荷傳輸材料等)可以按照以上針對每一個組件所論述的。此外，以下更詳細地論述每一個示例性架構。

作為上述活性層中的一些的具體實例，在一些實施方案中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實施方案的活性層基本上可以具有架構：液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-介孔層。任何液體電解質(zhì)都可以是合適的；任何介孔層(例如，tio2)都可以是合適的。在一些實施方案中，可以將鈣鈦礦材料沉積在介孔層上，并在其上涂覆有液體電解質(zhì)。一些這種實施方案的鈣鈦礦材料可以至少部分地充當染料(因此，它可以是光敏的)。

在其它示例性實施方案中，活性層可以包括鈣鈦礦材料、染料和介孔層。某些這類實施方案的活性層基本上可以具有架構：鈣鈦礦材料-染料-介孔層?？梢詫⑷玖贤扛苍诮榭讓由希梢詫⑩}鈦礦材料布置在涂覆有染料的介孔層上。在某些此類實施方案中，鈣鈦礦材料可以起到空穴傳輸材料的作用。

在另外其它的示例性實施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、第二鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-介孔層。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以各自包括相同的一種或多種鈣鈦礦材料，或者它們可以包含不同的鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個可以是光敏的(例如，此類實施方案的第一鈣鈦礦材料和/或第二鈣鈦礦材料可以至少部分地起到染料的作用)。

在某些示例性實施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以各自包括相同的一種或多種鈣鈦礦材料，或者它們可以包括不同的鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個可以是光敏的(例如，此類實施方案的第一鈣鈦礦材料和/或第二鈣鈦礦材料可以至少部分地起到染料的作用)。此外，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一個都能夠起到空穴傳輸材料的作用。在一些實施方案中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料之一起到電子傳輸材料的作用，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的另一個起到染料的作用。在一些實施方案中，可以將第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料以達到第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料之間的高界面面積的方式布置在活性層內(nèi)，例如圖5中為第一活性材料2810和第二活性材料2815分別示出的排列中的(或者圖4中由p-型材料2618和n-型材料2620分別類似示出的)。

在其它的示例性實施方案中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、染料和第二鈣鈦礦材料。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：第一鈣鈦礦材料-染料-第二鈣鈦礦材料。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料中的任意一種可以起到電荷傳輸材料的作用，第一鈣鈦礦材料和第二類鈣鈦礦材料中的另一種可以起到染料的作用。在一些實施方案中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料二者都可以至少部分地提供重疊、相似和/或相同的功能(例如，兩者都可以充當染料和/或兩者都可以充當空穴傳輸材料)。

在一些其它示例性實施方案中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料和鈣鈦礦材料。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料。例如，可以將鈣鈦礦材料和固態(tài)電荷傳輸材料以達到高界面面積的方式布置在活性層中，例如圖5中為第一活性材料2810和第二活性材料2815分別示出的排列中的(或者圖4中由p-型材料2618和n-型材料2620分別類似示出的)。

在其它示例性實施方案中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料、染料、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層。某些其它此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。一些實施方案中的鈣鈦礦材料可以充當?shù)诙玖?。在這種實施方案中，鈣鈦礦材料增大由包括這種實施方案的活性層的pv或其它器件所吸收的可見光的光譜的寬度。在某些實施方案中，鈣鈦礦材料還可以或替代地充當在染料和介孔層之間以及/或者在染料和電荷傳輸材料之間的界面層。

在一些示例性實施方案中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、染料、鈣鈦礦材料和介孔層。某些此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-介孔層。某些其它此類實施方案中的活性層基本上可以具有架構：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-介孔層。鈣鈦礦材料可以充當光敏材料、界面層和/或它們的組合。

一些實施方案提供包括鈣鈦礦材料的bhjpv器件。例如，一些實施方案的bhj可以包括光敏層(例如，圖3的光敏層2404)，其可以包含一種或多種鈣鈦礦材料。這種bhj的光敏層還可以或者替代地包括以上針對dssc活性層論述的以上列出的示例性組件中的任意一個或多個。此外，在一些實施方案中，bhj光敏層可以具有根據(jù)上述dssc活性層的任意一種示例性實施方案的架構。

在一些實施方案中，本文所述的包含在pv或其它器件中的包括鈣鈦礦材料的任何活性層可以進一步包括本文論述為適合于包含在活性層中的任意各種另外的材料。例如，包括鈣鈦礦材料的任何活性層可以進一步包括根據(jù)本文所述各個實施方案的界面層(例如，薄涂層界面層)。作為進一步的實例，包括鈣鈦礦材料的活性層可以進一步包括捕光層，例如圖2所示的示例性pv中所示的捕光層1601。

鈣鈦礦材料活性層的配制

如前所述，在一些實施方案中，活性層中的鈣鈦礦材料可以具有組成cmx3-yx'y(0≥y≥3)，其中：c包括一種或多種陽離子(例如胺陽離子、銨陽離子、1族金屬陽離子、2族金屬陽離子、甲脒陽離子、胍陽離子、乙烯四胺陽離子和/或其它陽離子或類陽離子化合物)；m包括一種或多種金屬(例如fe、cd、co、ni、cu、hg、sn、pb、bi、ge、ti、zn和zr)；且x和x'包括一種或多種陰離子。在一個實施方案中，鈣鈦礦材料可以包含cpbi3-ycly。在某些實施方案中，可以使用下述步驟通過例如滴鑄(dropcasting)、旋轉(zhuǎn)澆鑄(spin-casting)、槽模印刷(slot-dieprinting)、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷將鈣鈦礦材料作為pv器件中的活性層沉積在襯底層上。

首先，形成鹵化鉛前體油墨?？梢詫⒁欢康柠u化鉛聚集在手套箱內(nèi)的干凈干燥的小瓶中(即，具有含手套的孔口的可控氣氛箱允許在無空氣環(huán)境中進行材料的操作)。合適的鹵化鉛包括但不限于碘化鉛(二價)、溴化鉛(二價)、氯化鉛(二價)和氟化鉛(二價)。鹵化鉛可以包含單一種類的鹵化鉛，或者它可以包含精確比例的鹵化鉛混合物。在某些實施方案中，鹵化鉛混合物可以包含0.001-100mol％的碘化物、溴化物、氯化物或氟化物的任何二元、三元或四元比。在一個實施方案中，鹵化鉛混合物可以包括比例為約10:90mol:mol的氯化鉛(二價)和碘化鉛(二價)。在其它實施方案中，鹵化鉛混合物可以包括比例為約5:95、約7.5:92.5或約15:85mol:mol的氯化鉛(二價)和碘化鉛(二價)。

或者，其它鉛鹽前體可以與鹵化鉛鹽一起使用或代替鹵化鉛鹽使用以形成前體油墨。合適的前體鹽可以包括鉛(二價)或鉛(四價)及以下陰離子的任何組合：硝酸鹽、亞硝酸鹽、羧酸鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、含氧酸鹽(oxylate)、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、磷酸鹽、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、四(全氟苯基)硼酸鹽、氫化物、氧化物、過氧化物、氫氧化物、氮化物、砷酸鹽、亞砷酸鹽、高氯酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、碘酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、次氯酸鹽、次溴酸鹽、氰化物、氰酸鹽、異氰酸鹽、雷酸鹽、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、疊氮化物、四羰基鈷酸鹽、氨基甲?；杌淄榛铩⒍杌鶃喯趸淄榛?、二氰胺、三氰基甲烷化物、酰胺和高錳酸鹽。

前體油墨可以進一步包括與作為上述陰離子的鹽的以下金屬離子fe、cd、co、ni、cu、hg、sn、pb、bi、ge、ti、zn和zr的摩爾比為0至100％的鉛(二價)或鉛(四價)鹽。

然后可以將溶劑加入到小瓶中以溶解鉛固體來形成鹵化鉛前體油墨。合適的溶劑包括但不限于無水n-環(huán)己基-2-吡咯烷酮、烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷基甲酰胺、二甲基亞砜(dmso)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氫呋喃、甲酰胺、叔丁基吡啶、吡啶、烷基吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其組合。在一個實施方案中，將鉛固體溶解于無水二甲基甲酰胺(dmf)中。鉛固體可以在約20℃至約150℃的溫度下溶解。在一個實施方案中，鉛固體在約85℃下溶解。鉛固體可以溶解長達形成溶液所必需的時間，這可以在高達約72小時的時間段內(nèi)進行。所得到的溶液形成鹵化鉛前體油墨的基體。在一些實施方案中，鹵化鉛前體油墨可以具有約0.001m至約10m之間的鹵化鉛濃度。在一個實施方案中，鹵化鉛前體油墨具有約1m的鹵化鉛濃度。

任選地，某些添加劑可以加入到鹵化鉛前體油墨中以影響最終的鈣鈦礦結(jié)晶度和穩(wěn)定性。在一些實施方案中，鹵化鉛前體油墨可以進一步包含氨基酸(例如5-氨基戊酸、組氨酸、甘氨酸、賴氨酸)、氨基酸氫鹵化物(例如5-氨基戊酸鹽酸鹽)、ifl表面改性(sam)劑(例如在說明書中先前論述的那些)或其組合。在一個實施方案中，可以將甲脒氯化物(formamidiniumchloride)加入到鹵化鉛前體油墨中。在其它實施方案中，可以使用說明書中先前論述的任何陽離子的鹵化物。在一些實施方案中，可以將添加劑的組合添加到鹵化鉛前體油墨中，包括例如甲脒氯化物和5-氨基戊酸鹽酸鹽的組合。

作為解釋，并且在不將本公開內(nèi)容限制于任何特定的機理理論的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當甲脒和5-氨基戊酸在一步鈣鈦礦器件制造中用作添加劑或抗衡陽離子時，它們提高了鈣鈦礦pv器件的穩(wěn)定性。還發(fā)現(xiàn)，pbcl2形式的氯化物當在兩步法中添加到pbi2前體溶液中時改善了鈣鈦礦pv器件的性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將甲脒氯化物和/或5-氨基戊酸鹽酸鹽直接加入到鹵化鉛前體溶液(例如pbi2)中以利用兩種單一材料的優(yōu)點，可以改善兩步鈣鈦礦薄膜沉積過程。通過將甲脒氯化物、5-氨基戊酸鹽酸鹽或pbcl2加入到鹵化鉛前體溶液中，可以同樣改善其它鈣鈦礦膜沉積過程。

添加劑(包含氯化甲脒和/或5-氨基戊酸鹽酸鹽)可以根據(jù)所得鈣鈦礦材料的所需特性以各種濃度加入到鹵化鉛前體油墨中。在一個實施方案中，可以將添加劑以約1nm至約nm的濃度加入。在另一個實施方案中，可以將添加劑以約nμm至約1m的濃度加入。在另一個實施方案中，可以將添加劑以約1μm至約1mm的濃度加入。

任選地，在某些實施方案中，可以將水加入到鹵化鉛前體油墨中。作為解釋，并且在不將本公開內(nèi)容限制于任何特定理論或機理的情況下，水的存在影響鈣鈦礦薄膜晶體生長。一般情況下，水可以作為蒸氣從空氣中吸收。然而，可以通過以特定濃度向鹵化鉛前體油墨中直接添加水來控制鈣鈦礦pv結(jié)晶度。合適的水包括蒸餾水、去離子水或基本上不含污染物(包括礦物質(zhì))的任何其它水源。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于光i-v掃描，與完全干燥的器件相比，在添加水的情況下，鈣鈦礦pv光功率轉(zhuǎn)換效率可以幾乎為三倍。

水可以根據(jù)所得鈣鈦礦材料的所需特性以各種濃度加入到鹵化鉛前體油墨中。在一個實施方案中，可以將水以約1nl/ml至約1ml/ml的濃度加入。在另一個實施方案中，可以將水以約1μl/ml至約0.1ml/ml的濃度加入。在另一個實施方案中，可以將水以約1μl/ml至約20μl/ml的濃度加入。

圖12示出了比較有水(5110)和無水(5120)制造的鈣鈦礦pv的橫截面掃描電子顯微鏡的圖像。從圖12中可以看出，與包含水時(上部)相比，在制造期間不包含水時(下部)，鈣鈦礦材料層(5111和5121)存在相當大的結(jié)構變化。鈣鈦礦材料層5111(有水制造的)比鈣鈦礦材料層5121(無水制造的)明顯更鄰接和致密。

然后可以將鹵化鉛前體油墨沉積在所期望的襯底上。合適的襯底層可以包括本公開內(nèi)容中先前確定的任何襯底層。如上所述，鹵化鉛前體油墨可以通過各種手段沉積，包括但不限于滴鑄、旋轉(zhuǎn)鑄造、槽模印刷、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。在某些實施方案中，可以將鹵化鉛前體油墨以約500rpm至約10,000rpm的速度在約5秒至約600秒的時間段中旋涂到襯底上。在一個實施方案中，可以將鹵化鉛前體油墨以約3000rpm旋涂到襯底上約30秒?？梢詫Ⅺu化鉛前體油墨在約0％相對濕度至約50％相對濕度的濕度范圍的環(huán)境大氣下沉積在襯底上。然后可以允許鹵化鉛前體油墨在基本上無水的氣氛(即相對濕度小于20％)中干燥，以形成薄膜。

然后可以將薄膜在約20℃至約300℃的溫度下熱退火達最長約24小時的時間段。在一個實施方案中，可以將薄膜在約50℃的溫度下熱退火約10分鐘。然后鈣鈦礦材料活性層可以通過轉(zhuǎn)化過程完成，其中將前體膜用濃度為0.001m至10m的包含溶劑或溶劑(例如，dmf、異丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿氯苯、二甲基亞砜、水)與鹽(例如，甲基碘化銨、甲脒碘化物、胍碘化物、1,2,2-三氨基乙烯基碘化銨、5-氨基戊酸氫碘酸鹽)的混合物的溶液浸沒或漂洗。在某些實施方案中，也可以對薄膜以與本段第一行相同的方式進行熱后退火。

因此，本發(fā)明非常適于達到所提及的目的和優(yōu)點，以及那些在其中所固有的優(yōu)點。以上公開的具體實施方案僅是示例說明性的，因為可以對本發(fā)明以對于受益于本文教導的本領域技術人員而言清楚易見的不同但等效的方式加以修改和實踐。此外，除了在所附權利要求書中所述的以外，沒有任何意圖局限于本文所示的結(jié)構或設計的細節(jié)。因此，顯然，可以對以上公開的具體示例性實施方案改變或修改，所有此類變化都被認為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。特別是，本文公開的(“從約a到約b”，或者等效地，“從約a到b”，或者等效地，“從約a-b”形式的)數(shù)值的每一個范圍應理解為指代數(shù)值的各自范圍的冪集(全部子集的集合)，闡述了包括在數(shù)值的較寬范圍內(nèi)的每一個范圍。此外，權利要求書中的術語具有其平常普通的含義，除非由專利權人另外明確且清楚地限定了。