在钙钛矿材料器件中的钛酸盐界面层制造技术

光伏器件诸如太阳能电池、混合太阳能蓄电池以及其它这样器件的可以包括设置在两个电极之间的活性层。活性层可以具有钙钛矿材料和其它材料，例如中孔材料、界面层、薄涂层界面层以其组合。钙钛矿材料可以是光活性的。活性层可以包括钛酸盐。钙钛矿材料可以设置在光伏器件中的两种或更多种其它材料之间。在光伏器件的活性层中以各种布置包含这些材料可以改善器件性能。可以包括其它材料以进一步改善器件性能，例如：额外的钙钛矿和额外的界面层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在钙钛矿材料器件中的钛酸盐界面层
技术介绍
使用光伏(PV)器件从太阳能或辐射产生电力可提供许多益处，包括例如电源、低或零排放、独立于电网的电力产生、耐用的物理结构(非运动部件)、稳定和可靠的系统、模块结构、安装相对快捷，制造和使用安全、良好的舆论和使用认可。本公开的特征和优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。虽然本领域技术人员可以做出许多改变，但是这些改变在本专利技术的精神内。附图说明图1是描述根据本公开的一些实施方案的DSSC的各层的DSSC设计的示例。图2是描述根据本公开的一些实施方案的DSSC的各层的DSSC设计的另一示例。图3是根据本公开的一些实施方案的BHJ器件设计的示例性说明。图4是根据本公开的一些实施方案的包括活性层的典型光伏电池的示意图。图5是根据本公开的一些实施方案的典型的固态DSSC器件的示意图。图6是说明说明根据本公开的一些实施方案的示例性PV器件的部件的程式化图。图7是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV器件的部件的程式化图。图8是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV器件的部件的程式化图。图9是显示根据本公开的一些实施方案的示例性PV器件的部件的程式化图。图10是根据一些实施方案的钙钛矿材料器件的程式化图。图11是根据一些实施方案的钙钛矿材料器件的程式化图。图12显示了对用水(上部)和无水(下部)制造的钙钛矿PV进行比较的横截面扫描电子显微镜的图像。图13-20是根据一些实施方案的钙钛矿材料器件的程式化图。具体实施方案适合于有机、无机和/或混合PV的PV技术的各方面的改进有望进一步降低有机PV和其它PV的成本。例如，一些太阳能电池(如固态染料敏化太阳能电池)可以利用新的具有成本效益和高稳定性的替代部件，如固态电荷传输材料(或非正式地称为“固态电解质”)。此外，各种太阳能电池可以有利地包括界面材料和其它材料，除了其它优点之外，其可以比目前存在的常规选择更具有成本效益和耐久性。本公开总体上涉及在从太阳辐射产生电能的光伏电池中物质的组合物、装置和材料的使用方法。更具体地，本公开涉及物质的光活性和其它组合物，以及装置、使用方法和这种物质组合物的形成。这些物质组合物的实例可以包括例如空穴传输材料和/或可以适合用作例如PV器件的界面层(IFL)、染料和/或其它元件的材料。这样的化合物可以用于各种PV器件，如异质结电池(例如双层和本体)、混合电池(hybridcells)(例如，具有CH3NH3PbI3、ZnO纳米棒或PbS量子点的有机物)和DSSC(染料敏化太阳能电池)。后者(DSSC)以三种形式存在：溶剂基电解质、离子液体电解质和固态空穴传输剂(或固态DSSC，即SS-DSSC)。根据一些实施方案的SS-DSSC结构可以基本上不含电解质，而是包含空穴传输材料，例如螺-OMeTAD、CsSnI3和其它活性材料。根据本公开的一些实施方案的材料的一些或全部也可以有利地用于任何有机或其它电子器件中，其中一些示例包括但不限于：蓄电池、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)、非线性光学器件、忆阻器(memristor)、电容器、整流器和/或整流天线。在一些实施方案中，本公开可提供PV和其它类似器件(例如蓄电池、混合PV蓄电池、多结PV、FET，LED等)。这样的器件在一些实施方案中包括改善的活性材料、界面层和/或一种或多种钙钛矿材料。钙钛矿材料可以结合到PV或其它器件的一个或多个方面中的各方面中。根据一些实施方案的钙钛矿材料可以具有通式CMX3，其中：C包含一种或多种阳离子(例如胺、铵、第1族金属、第2族金属和/或其它阳离子或类阳离子化合物)；M包含一种或多种金属(例子包括Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti和Zr)；且X包含一种或多种阴离子。以下将更详细地讨论根据各种实施方案的钙钛矿材料。光伏电池和其它电子器件一些PV实施方案可以参考如图1、3、4、和5所示的太阳能电池的各种说明性描述来叙述。例如，根据一些实施方案的示例性PV结构可以基本上是衬底-阳极-IFL-活性层-IFL-阴极的形式。一些实施方案的活性层可以是光活性的，和/或其可以包括光活性材料。如本领域已知的，可以在电池中使用其它层和材料。进一步，应该注意，术语“活性层”的使用决不意味着明确地或隐含地限制或以其它方式限定任何其它层的性质-例如，在一些实施方案中，任一个或两个IFL可以也是活性的，只要它们可以是半导体。特别地，参照图4来描述程式化的普通PV电池2610，说明了PV内的一些层的高度界面性质。该PV2610代表适用于几种PV器件的通用结构，例如钙钛矿材料PV实施方案。PV电池2610包括允许太阳辐射2614透射穿过该层的玻璃(或类似地对太阳辐射为透明的材料)的透明层2612。一些实施方案的透明层也可以被称为衬底(例如，与图1的衬底层1507一样)，并且其可以包括多种刚性或柔性材料中的任一种或多种，例如：玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亚胺树脂薄膜(Kapton)、石英、铝箔、金箔或钢。光活性层2616由电子施主或p型材料2618和/或电子受主或n型材料2620和/或双极性半导体组成，其表现出p型和n型材料特性。活性层或者如图4所示光活性层2616夹在两个导电电极层2622与2624之间。在图4中，电极层2622是掺杂锡的氧化铟(ITO材料)。如前所述，一些实施方案的活性层不一定是光活性的，尽管在图4所示的器件中活性层是光活性的。电极层2624是铝材料。如本领域已知的，可以使用其它材料。电池2610还包括界面层(IFL)2626，如图4的实例中所示，其为ZnO材料。IFL可协助电荷分离。在一些实施方案中，IFL2626可以包含根据本公开的有机化合物作为自组装单层(SAM)或作为薄膜。在其它实施方案中，IFL2626可以包括多层IFL，其将在下面更详细地讨论。还可以存在与电极2624相邻的IFL2627。在一些实施方案中，与电极2624相邻的IFL2627也可以或者替代地包含根据本公开的有机化合物作为自组装单层(SAM)或作为薄膜。在其它实施方案中，与电极2624相邻的IFL2627也可以或者替代地包括多层IFL(再次，在下面更详细地讨论)。根据一些实施方案的IFL可具有半导体特性，并且可以是p型或n型，或者可以是电介质特性。在一些实施方案中，器件的阴极侧上的IFL(例如如图4中所示的IFL2627)可以是p型的，且器件的阳极侧上的IFL(例如如图4中所示IFL2626)可以是n型的。然而，在其它实施方案中，阴极侧IFL可以是n型，且阳极侧IFL可以是p型。电池2610连接到引线2630和放电单元2632，诸如蓄电池。另外的实施方案可以参照图3来描述，其描述了程式化的BHJ器件设计，并且包括：玻璃衬底2401；ITO(掺杂锡的氧化铟)电极2402；界面层(IFL)2403；光活性层2404和LiF/Al阴极2405。所提到的BHJ结构的材料仅仅是例子；本领域已知的任何其它BHJ结构可以与本公开一致地使用。在一些实施方案中，光活性层2404可以包括图4的装置的活性或光活性层2616可以包括的任一种或多种材料。图1是根据一些实施方案的DSSCPV的简化图示，为了说明这样的示例PV的组装的目的而在此参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
光伏器件，其包括：第一电极；第二电极；活性层，其至少部分地设置在所述第一电极与第二电极之间，所述活性层包括：包含钙钛矿材料的光活性材料；和包含M'TiO3的界面层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.13 US 14/711,4301.光伏器件，其包括：第一电极；第二电极；活性层，其至少部分地设置在所述第一电极与第二电极之间，所述活性层包括：包含钙钛矿材料的光活性材料；和包含M'TiO3的界面层。2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述钙钛矿材料具有式CMX3，其中C包含各自选自由第1族金属、第2族金属、有机阳离子及其组合构成的组中的一种或多种阳离子；其中M包含各自选自由Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、Zn及其组合构成的组中的一种或多种金属；且其中X包含各自选自由卤化物、拟卤化物、硫化物、硒化物及其组合构成的组中的一种或多种阴离子。3.如权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基铵，M是Pb，且其中X包含一种或多种卤化物。4.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基铵，M是Sn，且其中X包含一种或多种卤化物。5.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒鎓，M是Pb，且其中X包含一种或多种卤化物。6.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒鎓，M是Sn，且其中X包含一种或多种卤化物。7.根据权利要求1所述的光伏器件，其中M'包含各自选自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Fe、Ni、Zn、Cd、Hg、Cu、Pd、Pt、Sn和Pb构成的组中的一种或多种阳离子。8.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述活性层进一步包含中孔材料。9.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述活性层进一步包含一个或多个界面层，所述界面层包含各自选自由NiO、TiO2、Al2O3、ZrO2、WO3、V2O5、MoO3、ZnO、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管、炭黑及其组合构成的组中的一种或多种化合物。10.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述第一电极进一步包括阳极；所述第二电极进一步包括阴极；且所述界面层设置在所述光活性材料与所述第一电极之间。11.根据权利要求1所述的光伏器件，其中：所述第一电极进一步包括阳极；所述第二电极进一步包括阴极；且所述界面层设置在所述光活性材料与所述第二电极之间。12.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述活性层进一步包含一个或多个界面层，所述界面层包含各自选自由Al、Bi、Co、Cu、Fe、In、Mn、Mo、Ni、Pt、Si、Sn、Ta、Ti、V、W、Nb、Zn、Zr、任何前述金属的氧化物、任何前述金属的硫化物、任何前述金属的氮化物、烷基甲硅烷基、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管、中孔材料及其组合构成的组中的一种或多种化合物。13.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述活性层进一步包含含有Al2O3的界面层；所述含有Al2O3的界面层接近所述第一电极，所述包含M'TiO3的界面层接近所述第二电极；且所述第一电极是阳极，所述第二电极是阴极。14.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述活性层进一步包含含有Al2O3的界面层；所述包含Al2O3的界面层接近所述第一电极，所述包含M'TiO3的界面层接近所述第二电极；且所述第一电极是阴极，所述第二电极是阳极。15.光伏器件，包括：第一电极；第二电极；和活性层，其至少部分地设置在所述第一电极与第二电极之间，所述活性层包括钙钛矿材料和M'T...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·欧文，J·A·丘特，V·V·达斯，
申请(专利权)人：熙太阳能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US