背景技術(shù)：

使用光伏(pv)從太陽(yáng)能或輻射生成電力可以提供許多益處，包括例如電源、低或零排放、獨(dú)立于電網(wǎng)的電力產(chǎn)生、耐用的物理結(jié)構(gòu)(無(wú)移動(dòng)部件)、穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)、模塊化結(jié)構(gòu)、相對(duì)快速的安裝、制造和使用安全及良好的公眾輿論和接受使用度。

本公開內(nèi)容的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行許多改變，但是這些改變?cè)诒景l(fā)明的精神內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的dssc的各層的dssc設(shè)計(jì)的圖示。

圖2是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的dssc的各層的dssc設(shè)計(jì)的另一圖示。

圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的bhj器件設(shè)計(jì)的示例性圖示。

圖4是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式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(shí)施方式的典型固態(tài)dssc器件的示意圖。

圖6是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的示例性pv器件的組件的程式化圖。

圖7是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的示例性pv器件的組件的程式化圖。

圖8是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的示例性pv器件的組件的程式化圖。

圖9是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的示例性pv器件的組件的程式化圖。

優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述

與有機(jī)、非有機(jī)和/或混合pv兼容的pv技術(shù)的各個(gè)方面的改進(jìn)有望進(jìn)一步降低opv和其它pv的成本。例如，一些太陽(yáng)能電池(例如固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池)可以利用新的成本效益好和高穩(wěn)定性的替代組件，例如固態(tài)電荷傳輸材料(或者俗稱為“固態(tài)電解質(zhì)”)。此外，各種類型的太陽(yáng)能電池可以有利地包括界面材料和其它材料，除了其它優(yōu)點(diǎn)之外，其可以比目前存在的常規(guī)選擇更具成本效益和耐用性。

本公開內(nèi)容總體上涉及在由太陽(yáng)輻射產(chǎn)生電能的光伏電池中材料的物質(zhì)組成、裝置和使用方法。具體而言，本公開內(nèi)容涉及物質(zhì)的光活性和其它組成，以及這種物質(zhì)組成的裝置、使用方法和形成。

這些物質(zhì)組成的示例可以包括例如空穴傳輸材料和/或可適于用作例如pv器件的界面層、染料和/或其它元件的材料。這樣的化合物可以運(yùn)用在各種pv器件中，例如異質(zhì)結(jié)電池(例如，雙層和體)、混合電池(例如，具有ch3nh3pbi3、zno納米棒或pbs量子點(diǎn)的有機(jī)物)和dssc(染料敏化太陽(yáng)能電池)。后者dssc以三種形式存在：基于溶劑的電解質(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(shí)施方式的ss-dssc結(jié)構(gòu)可以基本上不含電解質(zhì)，而是包含空穴傳輸材料，例如螺環(huán)二芴(spiro-ometad)、cssni3和其它活性材料。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例的一些或所有材料還可有利地用于任何有機(jī)或其他電子器件中，一些示例包括但不限于：電池、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)、發(fā)光二極管(led)、非線性光學(xué)器件、憶阻器、電容器、整流器和/或整流天線。

在一些實(shí)施方式中，本公開內(nèi)容可以提供pv和其它類似器件(例如，電池、混合pv電池、多結(jié)pv、fet、led等)。在一些實(shí)施方式中，這樣的器件可以包括改進(jìn)的活性材料、界面層和/或一種或多種鈣鈦礦材料。鈣鈦礦材料可以結(jié)合到pv或其它器件的不同的一個(gè)或多個(gè)方面中。根據(jù)一些實(shí)施方式的鈣鈦礦材料可以具有通式cmx3，其中：c包括一種或多種陽(yáng)離子(例如胺類、銨、1族金屬、2族金屬和/或其它陽(yáng)離子或類陽(yáng)離子化合物)；m包括一種或多種金屬(包括fe、co、ni、cu、sn、pb、bi、ge、ti和zr的示例)；x包括一種或多種陰離子。下面更詳細(xì)地討論根據(jù)各種實(shí)施例的鈣鈦礦材料。

光伏電池和其他電子器件

一些pv實(shí)施例可以通過(guò)參考如圖1、3、4和5所示的太陽(yáng)能電池的各種說(shuō)明性圖示來(lái)說(shuō)明。例如，根據(jù)一些實(shí)施方式的示例性pv架構(gòu)可以基本上是基板-陽(yáng)極-ifl-活性層-ifl-陰極的形式。一些實(shí)施方式的活性層可以是光活性的，和/或其可以包括光活性材料。如本領(lǐng)域已知的，可以在電池中使用其它層和材料。此外，應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“活性層”的使用決非意味著明確地或隱含地限制或以其他方式限定任何其他層的性質(zhì)-例如，在一些實(shí)施方式中，ifl之一或兩者可以也是活性的，只要它們可以是半導(dǎo)體特性的。特別地，參考圖4，描繪了程式化的通用pv電池2610，示出了pv內(nèi)的一些層的高度界面性質(zhì)。pv2610表示可應(yīng)用于若干pv器件(例如dsscpv實(shí)施方式)的通用架構(gòu)。pv電池2610包括允許太陽(yáng)輻射2614透射通過(guò)該層的玻璃(或?qū)μ?yáng)輻射類似透射的材料)的透射層2612。一些實(shí)施方式的透射層也可以被稱為基板(例如，如同圖1的基板層1507一樣)，它可以包括各種剛性或柔性材料中的任何一種或多種，例如：玻璃、聚乙烯、pet、kapton、石英、鋁箔、金箔或鋼?；钚詫?616由電子供體或p型材料2618和電子受體或n型材料2620組成。光活性層或如圖4所示的光活性層2616夾在兩個(gè)導(dǎo)電電極層2622和2624之間。在圖4中，電極層2622是ito材料。如前所述，一些實(shí)施方式的活性層不必是光活性的，盡管在圖4所示的器件中是光活性的。電極層2624是鋁材料?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的其它材料。電池2610還包括界面層(ifl)2626，在圖4的示例中示出為pedot：pss材料。ifl可以幫助電荷分離。在一些實(shí)施方式中，ifl2626可以包括根據(jù)本公開內(nèi)容的作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的光活性有機(jī)化合物。在其他實(shí)施例中，ifl2626可以包括薄涂層的雙層，其在下面更詳細(xì)地討論。在器件的鋁陰極側(cè)上也可以有ifl2627。在一些實(shí)施方式中，器件的鋁陰極側(cè)上的ifl2627還可以包括或替代地包括根據(jù)本公開內(nèi)容的作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的光活性有機(jī)化合物。在其它實(shí)施方式中，器件的鋁陰極側(cè)上的ifl2627還可以包括或替代地包括薄涂層的雙層(同樣，下面更詳細(xì)地討論)。根據(jù)一些實(shí)施方式的ifl可以是半導(dǎo)體特性的，可以是p型或n型。在一些實(shí)施方式中，器件的陰極側(cè)上的ifl(例如，如圖4所示的ifl2627)可以是p型，器件的陽(yáng)極側(cè)上的ifl(例如，如圖4所示的ifl2626)可以是n型。然而，在其他實(shí)施方式中，陰極側(cè)ifl可以是n型，陽(yáng)極側(cè)ifl可以是p型。電池2610附接到引線2630和放電單元2632，例如蓄電池。

可以通過(guò)參考圖3來(lái)說(shuō)明另外的實(shí)施方式，圖3示出了程式化bhj器件設(shè)計(jì)，包括：玻璃基板2401；ito(摻錫氧化銦)電極2402；界面層(ifl)2403；光活性層2404；和lif/al陰極2405。所提及的bhj構(gòu)造的材料僅僅是示例；可以使用與本公開內(nèi)容一致的本領(lǐng)域已知的任何其他bhj構(gòu)造。在一些實(shí)施方式中，光活性層2404可以包括圖4的器件的活性或光活性層2616可以包括的任何一種或多種材料。

圖1是根據(jù)一些實(shí)施方式的在此為了說(shuō)明dsscpv的組裝而參考的這種示例性pv的簡(jiǎn)化圖示。如圖1所示的示例性dssc可以根據(jù)以下來(lái)構(gòu)造：在基板層1507(示出為玻璃)上沉積電極層1506(示出為摻氟氧化錫，fto)。在電極層1506上沉積中孔層ml1505(其在一些實(shí)施方式中可以是tio2)，然后將光電極(迄今包括基板層1507、電極層1506和中孔層1505)浸泡在溶劑(未示出)和染料1504中。這留下結(jié)合到ml表面的染料1504。制備單獨(dú)的對(duì)電極，其包括基板層1501(也示出為玻璃)和電極層1502(示出為pt/fto)。組合光電極和對(duì)電極，將各層1502-1506夾在兩個(gè)基板層1501和1507之間，如圖1所示，允許將電極層1502和1506分別用作陰極和陽(yáng)極。在染料層1504后或通過(guò)器件中的開口(通常是通過(guò)在對(duì)電極基板1501中噴砂而預(yù)鉆的孔)直接在完成的光電極上沉積電解質(zhì)層1503。電池也可以附接到引線和放電單元，例如蓄電池(未示出)?；鍖?507和電極層1506和/或基板層1501和電極層1502應(yīng)當(dāng)具有足夠的透明度以允許太陽(yáng)輻射穿過(guò)到達(dá)光活性染料1504。在一些實(shí)施方式中，對(duì)電極和/或光電極可以是剛性的，而在其它實(shí)施方式中，任一或二者可以是柔性的。各種實(shí)施方式的基板層可以包括玻璃、聚乙烯、pet、kapton、石英、鋁箔、金箔和鋼中的任何一種或多種。在某些實(shí)施方式中，dssc可以進(jìn)一步包括光收集層1601，如圖2所示，以散射入射光，以便增加通過(guò)器件的光活性層的光的路徑長(zhǎng)度(從而增加光在光活性層中被吸收的可能性)。

在其他實(shí)施例中，本公開內(nèi)容提供了固態(tài)dssc。根據(jù)一些實(shí)施方式的固態(tài)dssc可以提供諸如沒(méi)有可能影響包括液體電解質(zhì)的dssc的泄漏和/或腐蝕問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)。此外，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(shí)施方式中，固態(tài)電解質(zhì)可以是光活性的，因此有助于從固態(tài)dssc器件獲得的電力。

固態(tài)dssc的一些示例可以通過(guò)參考圖5來(lái)說(shuō)明，圖5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(yáng)能電池，包括第一活性(例如，導(dǎo)電和/或半導(dǎo)電)材料和第二活性材料(分別為2810和2815)的活性層夾在電極2805和2820之間(在圖5中分別示出為pt/fto和fto)。在圖5所示的實(shí)施方式中，第一活性材料2810是p型活性材料，并且包括固態(tài)電解質(zhì)。在某些實(shí)施方式中，第一活性材料2810可以包括有機(jī)材料，例如螺環(huán)二芴(spiro-ometad)和/或聚(3-己基噻吩)、無(wú)機(jī)二元、三元、四元或更高的復(fù)合物，任何固體半導(dǎo)體材料或其任何組合。在一些實(shí)施方式中，第一活性材料可以另外包含或替代地包含氧化物和/或硫化物，和/或硒化物和/或碘化物(例如cssni3)。因此，例如，一些實(shí)施方式的第一活性材料可以包括固態(tài)p型材料，其可以包括銅銦硫化物，在一些實(shí)施方式中，其可以包括銅銦鎵硒化物。圖5中所示的第二活性物質(zhì)2815是n型活性材料，且包括涂覆有染料的tio2。在一些實(shí)施方式中，第二活性材料可以同樣包含有機(jī)材料，例如螺環(huán)二芴(spiro-ometad)、無(wú)機(jī)二元、三元、四元或更高的復(fù)合物，或其任何組合。在一些實(shí)施方式中，第二活性材料可以包括例如氧化鋁的氧化物，和/或其可以包括硫化物，和/或其可以包括硒化物。因此，在一些實(shí)施方式中，第二活性材料可以包括銅銦硫化物，在一些實(shí)施方式中，其可以包括銅銦鎵硒化物金屬。一些實(shí)施方式的第二活性材料2815可以構(gòu)成中孔層。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之一或兩者可以是光活性的。在其他實(shí)施方式(圖5中未示出)中，第二活性材料可以包括固體電解質(zhì)。另外，在第一活性材料2810和第二活性材料2815中的任一個(gè)包括固體電解質(zhì)的實(shí)施方式中，pv器件可能缺乏有效量的液體電解質(zhì)。雖然在圖5中示出和提及為p型，但在一些實(shí)施方式中，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(dǎo)體。在這樣的實(shí)施方式中，然后，涂覆有染料的第二活性材料(例如，如圖5所示的tio2(或其它中孔材料))可以是p型半導(dǎo)體(與圖5中所示且關(guān)于圖5討論的n型半導(dǎo)體相反)。

基板層2801和2825(在圖5中均示出為玻璃)形成圖5的示例性電池的相應(yīng)的外部頂層和底層。這些層可以包括具有足夠透明度以允許太陽(yáng)輻射通過(guò)到達(dá)包括染料、第一活性和/或光活性材料2810和第二活性和/或光活性材料2815的活性/光活性層的任何材料，例如玻璃、聚乙烯、pet、kapton、石英、鋁箔、金箔和/或鋼。此外，在圖5所示的實(shí)施方式中，電極2805(示出為pt/fto)是陰極，電極2820是陽(yáng)極。與圖4所示的示例性太陽(yáng)能電池一樣，太陽(yáng)輻射穿過(guò)基板層2825和電極2820進(jìn)入活性層，于是太陽(yáng)輻射的至少一部分被吸收，以便產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)激子，從而能夠產(chǎn)生電。

根據(jù)一些實(shí)施方式的固態(tài)dssc可以以與上面關(guān)于在圖1中以程式化示出的dssc所說(shuō)明的基本類似的方式來(lái)構(gòu)造。在圖5所示的實(shí)施方式中，p型活性材料2810對(duì)應(yīng)于圖1的電解質(zhì)1503；n型活性材料2815對(duì)應(yīng)于圖1的染料1504和ml1505；電極2805和2820分別對(duì)應(yīng)于圖1的電極層1502和1506；基板層2801和2825分別對(duì)應(yīng)于基板層1501和1507。

本公開內(nèi)容的各種實(shí)施方式在太陽(yáng)能電池和其它器件的各個(gè)方面(其中包括活性材料(包括空穴傳輸層和/或電子傳輸層)、界面層和整體器件設(shè)計(jì))中提供了改進(jìn)的材料和/或設(shè)計(jì)。

界面層

在一些實(shí)施例中，本公開內(nèi)容提供了pv內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)界面層的有利的材料和設(shè)計(jì)，包括薄涂層ifl。根據(jù)本文所討論的各種實(shí)施例，薄涂層ifl可以用于pv的一個(gè)或多個(gè)ifl中。

首先，如前所述，一個(gè)或多個(gè)ifl(例如，如圖4所示的ifl2626和2627之一或兩者)可以包括作為自組裝單層(sam)或作為薄膜的本公開內(nèi)容的光活性有機(jī)化合物。當(dāng)本公開內(nèi)容的光活性有機(jī)化合物應(yīng)用為sam時(shí)，其可以包括結(jié)合基團(tuán)，其可以通過(guò)結(jié)合基團(tuán)共價(jià)地或以其他方式結(jié)合到陽(yáng)極和陰極中的任一者或兩者的表面。一些實(shí)施方式的結(jié)合基團(tuán)可以包括cooh、six3(其中，x可以是適于形成三元硅化合物的任何部分，例如si(or)3和sicl3)、so3、po4h、oh、ch2x(其中，x可以包括第17族鹵化物)和o中的任何一個(gè)或多個(gè)。結(jié)合基團(tuán)可以共價(jià)地或以其他方式結(jié)合到吸電子部分、電子供體部分和/或核心部分。結(jié)合基團(tuán)可以以以便形成厚度上單個(gè)分子(或在一些實(shí)施例中，多個(gè)分子)的定向有組織層(例如，其中，多個(gè)光活性有機(jī)化合物結(jié)合到陽(yáng)極和/或陰極)的方式附著到電極表面。如上所述，sam可以通過(guò)共價(jià)相互作用附著，但是在一些實(shí)施方式中，它可以通過(guò)離子鍵、氫鍵鍵合和/或分散力(即，范德華力)相互作用附著。此外，在某些實(shí)施方式中，在曝光后，sam可以進(jìn)入兩性離子激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生高極化的ifl，其可以將電荷載流子從活性層引導(dǎo)到電極(例如陽(yáng)極或陰極)中。在一些實(shí)施方式中，這種增強(qiáng)的電荷載流子注入可以通過(guò)電子極化活性層的橫截面并從而增大朝向其相應(yīng)電極(例如，空穴到陽(yáng)極；電子到陰極)的載流子漂移速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于一些實(shí)施方式的陽(yáng)極應(yīng)用的分子可以包括可調(diào)節(jié)化合物，其包括結(jié)合到核心部分的主要電子供體部分，核心部分又結(jié)合到吸電子部分，吸電子部分又結(jié)合到結(jié)合基團(tuán)。在根據(jù)一些實(shí)施方式的陰極應(yīng)用中，ifl分子可以包括可調(diào)節(jié)化合物，其包括結(jié)合到核心部分的缺電子部分，核心部分又結(jié)合到電子供體部分，電子供體部分又結(jié)合到結(jié)合基團(tuán)。在將光活性有機(jī)化合物用作根據(jù)這種實(shí)施方式的ifl時(shí)，其可以保持光活性特征，盡管在一些實(shí)施方式中，其不必是光活性的。

除了光活性有機(jī)化合物samifl之外或代替光活性有機(jī)化合物samifl，根據(jù)一些實(shí)施方式的pv可以包括涂覆在這樣的實(shí)施方式的第一活性材料或第二活性材料(例如，如圖5所示的第一活性材料2810或第二活性材料2815)的任一者的至少一部分上的薄界面層(“薄涂層界面層”或“薄涂層ifl”)。并且，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型或p型；在一些實(shí)施方式中，它可以具有與下面的材料(例如，tio2或其它中孔材料，例如第二活性材料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(圖5中未示出)的tio2，薄涂層ifl又涂覆有染料。本文中對(duì)tio2和/或二氧化鈦的參考并非旨在限制本文所述的這種氧化錫化合物中的錫和氧化物的比例。也就是說(shuō)，二氧化鈦化合物可以包括處于其各種氧化態(tài)(例如，鈦i、鈦ii、鈦iii、鈦iv)中的任何一種或多種的鈦，因此各種實(shí)施方式可以包括化學(xué)計(jì)量和/或非化學(xué)計(jì)量的量的鈦和氧化物。因此，各種實(shí)施方式可以包括(代替或除了tio2)tixoy，其中，x可以是在1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，x可以在大約0.5和3之間。同樣，y可以在大約1.5和4之間(同樣，不必是整數(shù))。因此，一些實(shí)施方式可以包括例如tio2和/或ti2o3。此外，在一些實(shí)施例中，無(wú)論何種鈦和氧化物的比例或比例的組合的二氧化鈦都可以具有任何一種或多種晶體結(jié)構(gòu)，包括銳鈦礦、金紅石和無(wú)定形中的任何一種或多種。

用于一些實(shí)施方式的薄涂層ifl中的其它示例性金屬氧化物可以包括半導(dǎo)體金屬氧化物，例如zno、zro2、nb2o3、srtio3、ta2o3、nio、wo3、v2o5或moo3。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的示例性實(shí)施方式可以例如用諸如al(no3)3·xh2o的前體材料或適合于在tio2上沉積al2o3的任何其它材料，隨后是熱退火和染料涂覆來(lái)構(gòu)成。在代之以使用moo3涂層的示例性實(shí)施方式中，涂層可以用諸如na2mo4·2h2o的前體材料形成；而根據(jù)一些實(shí)施方式的v2o5涂層可以用諸如navo3的前體材料形成；根據(jù)一些實(shí)施方式的wo3涂層可以用諸如nawo4·h2o的前體材料形成。前體材料(例如al(no3)3·xh2o)的濃度可以影響沉積在tio2或其它活性材料上的最終膜厚度(這里為al2o3的膜厚度)。因此，更改前體材料的濃度可以是借以控制最終膜厚度的方法。例如，更大的膜厚度可以由更大的前體材料濃度產(chǎn)生。更大的膜厚度可能不一定在包括金屬氧化物涂層的pv器件中導(dǎo)致更大的pce。因此，一些實(shí)施方式的方法可以包括使用濃度在約0.5至10.0mm范圍內(nèi)的前體材料涂覆tio2(或其他中孔)層；其它實(shí)施方式可以包括用濃度在約2.0至6.0mm范圍內(nèi)的前體材料涂覆該層；或在其它實(shí)施方式中，為約2.5至5.5mm。

此外，雖然在本文中提及為al2o3和/或氧化鋁，但是應(yīng)當(dāng)注意，各種比例的鋁和氧可以用于形成氧化鋁。因此，雖然本文所討論的一些實(shí)施方式是參考al2o3說(shuō)明的，但是這種說(shuō)明并不旨在限定所需的鋁在氧中的比例。相反，實(shí)施方式可以包括任何一種或多種鋁-氧化合物，每一種都具有按照alxoy的鋁氧比例，其中，x可以是約1至100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，x可以是在大約1和3之間(同樣，不必是整數(shù))。同樣，y可以是在0.1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，y可以在2和4之間(同樣，不必是整數(shù))。此外，alxoy的各種晶形可以存在于各種實(shí)施方式中，例如氧化鋁的α、γ和/或無(wú)定形形式。

同樣，盡管在本文中提及為moo3、wo3和v2o5，但是這樣的化合物可以替代地或另外地分別表示為moxoy、wxoy和vxoy。關(guān)于moxoy和wxoy中的每一個(gè)，x可以是在約0.5和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值；在一些實(shí)施方式中，它可以在約0.5和1.5之間。同樣，y可以是在約1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，y可以是約1和4之間的任何值。關(guān)于vxoy，x可以是在約0.5和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值；在一些實(shí)施方式中，它可以在約0.5和1.5之間。同樣，y可以是在約1至100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值；在某些實(shí)施方式中，它可以是約1和10之間的整數(shù)或非整數(shù)值。

類似地，本文的一些示例性實(shí)施方式中對(duì)cssni3的參考不旨在限制根據(jù)各種實(shí)施方式的銫-錫-碘化合物中組分元素的比例。一些實(shí)施方式可以包括化學(xué)計(jì)量和/或非化學(xué)計(jì)量的量的錫和碘化物，因此這樣的實(shí)施方式可以替代地或另外地包括各種比例的銫、錫和碘，例如任何一種或多種銫-錫-碘化合物，每一種都具有csxsnyiz的比例。在這樣的實(shí)施方式中，x可以是在0.1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，x可以在約0.5和1.5之間(同樣，不必是整數(shù))。同樣，y可以是在0.1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，y可以在約0.5和1.5之間(同樣，不必是整數(shù))。同樣，z可以是在0.1和100之間的整數(shù)或非整數(shù)的任何值。在一些實(shí)施方式中，z可以在約2.5和3.5之間。另外，cssni3可以與其它材料摻雜或復(fù)合，例如snf2，按照范圍為0.1:1至100:1的cssni3:snf2的比例，包括其間的所有值(整數(shù)和非整數(shù))。

此外，薄涂層ifl可以包括雙層。因此，返回薄涂層ifl包括金屬氧化物(例如氧化鋁)的示例，薄涂層ifl可以包括tio2-加-金屬-氧化物。與中孔tio2或單獨(dú)的其它活性材料相比，這種薄涂層ifl可以具有更大的抵抗電荷復(fù)合(chargerecombination)的能力。此外，根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式，在形成tio2層時(shí)，為了提供充分的tio2顆粒的物理互連，通常需要二次tio2涂層。將雙層薄涂層ifl涂覆到中孔tio2(或其它中孔活性材料)上可以包括使用包括金屬氧化物和ticl4的化合物的涂層的組合，得到雙層薄涂層ifl，雙層薄涂層ifl包括金屬氧化物和二次tio2涂層的組合，其可以提供超過(guò)單獨(dú)使用任一材料的性能改進(jìn)。

在一些實(shí)施方式中，前述薄涂層ifl和將它們涂覆到tio2上的方法可用于包括液體電解質(zhì)的dssc中。因此，返回到薄涂層ifl的示例，并再次參考圖1作為示例，圖1的dssc可以進(jìn)一步包括涂覆在中孔層1505上的上述薄涂層ifl(即，薄涂層ifl將插入中孔層1505和染料1504之間)。

在一些實(shí)施方式中，先前在dssc的上下文中討論的薄涂層ifl可以用于半導(dǎo)體器件(例如pv(例如，混合pv或其他pv)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、非線性光學(xué)器件、憶阻器、電容器、整流器、整流天線等)的任何界面層中。此外，一些實(shí)施方式的薄涂層ifl可以在與本公開內(nèi)容中討論的其它化合物相結(jié)合的各種器件中的任一種中使用，包括但不限于本公開內(nèi)容的各種實(shí)施方式中的任何一種或多種：固體空穴傳輸材料，例如活性材料和添加劑(例如，在一些實(shí)施方式中，鵝脫氧膽酸或1,8-二碘辛烷)。

添加劑

如前所述，根據(jù)一些實(shí)施方式的pv和其它期間器件可以包括添加劑(其可以是例如乙酸、丙酸、三氟乙酸、鵝脫氧膽酸、脫氧膽酸、1,8-二碘辛烷和1,8-二硫代辛烷中的任何一種或多種)。這樣的添加劑可以在染料浸沒(méi)或者以各種比例與染料混合以形成浸沒(méi)溶液之前直接用作預(yù)處理。在一些情況下，這些添加劑可以起作用以例如通過(guò)阻斷開放的活性位點(diǎn)以及通過(guò)在染料分子中引起分子排序來(lái)增加染料溶解度、防止染料分子聚集。它們可以與任何合適的染料一起使用，包括根據(jù)本文所述的本公開內(nèi)容的各種實(shí)施方式的光活性化合物。

鈣鈦礦材料

鈣鈦礦材料可以結(jié)合到pv或其它器件的不同的一個(gè)或多個(gè)方面中。根據(jù)一些實(shí)施方式的鈣鈦礦材料可以具有通式cmx3，其中：c包括一種或多種陽(yáng)離子(例如胺類、銨、1族金屬、2族金屬和/或其它陽(yáng)離子或類陽(yáng)離子化合物)；m包括一種或多種金屬(包括fe、co、ni、cu、sn、pb、bi、ge、ti和zr的示例)；x包括一種或多種陰離子。在一些實(shí)施方式中，c可以包括一種或多種有機(jī)陽(yáng)離子。

在某些實(shí)施方式中，c可以包括銨，通式[nr4]+的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，r基團(tuán)可以是相同或不同的基團(tuán)。合適的r基團(tuán)包括但不限于：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基基團(tuán)或其異構(gòu)體；任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中，x＝1-20，y＝1-42，環(huán)狀、支鏈或直鏈；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香族基團(tuán)(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；環(huán)狀絡(luò)合物，其中，至少一個(gè)氮包含在環(huán)(例如，吡啶、吡咯、吡咯烷、哌啶、四氫喹啉)中；任何含硫基團(tuán)(例如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸根)；任何含硼基團(tuán)(例如硼酸)；任何有機(jī)酸(例如乙酸、丙酸)；及其酯或酰胺衍生物；包括α、β、γ和更大衍生物的任何氨基酸(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)；任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)，-ocxhy，其中，x＝0-20，y＝1-42。

在某些實(shí)施方式中，c可以包括甲脒，通式[r2nchnr2]⁺的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，r基團(tuán)可以是相同或不同的基團(tuán)。合適的r基團(tuán)包括但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基基團(tuán)或其異構(gòu)體；任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中，x＝1-20，y＝1-42，環(huán)狀、支鏈或直鏈；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香族基團(tuán)(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；環(huán)狀絡(luò)合物，其中，至少一個(gè)氮包含在環(huán)(例如，咪唑、苯并咪唑、二氫嘧啶、(唑烷基亞基甲基)吡咯烷((azolidinylidenemethyl)pyrrolidine)、三唑)中；任何含硫基團(tuán)(例如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸根)；任何含硼基團(tuán)(例如硼酸)；任何有機(jī)酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；包括α、β、γ和更大衍生物的任何氨基酸(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)；任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)，-ocxhy，其中，x＝0-20，y＝1-42。

在某些實(shí)施方式中，c可以包括胍，通式[(r2n)2c＝nr2]⁺的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，r基團(tuán)可以是相同或不同的基團(tuán)。合適的r基團(tuán)包括但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基基團(tuán)或其異構(gòu)體；任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中，x＝1-20，y＝1-42，環(huán)狀、支鏈或直鏈；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香族基團(tuán)(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；環(huán)狀絡(luò)合物，其中，至少一個(gè)氮包含在環(huán)(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、六氫嘧啶-2-亞胺)中；任何含硫基團(tuán)(例如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸根)；任何含硼基團(tuán)(例如硼酸)；任何有機(jī)酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；包括α、β、γ和更大衍生物的任何氨基酸(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)；任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)，-ocxhy，其中，x＝0-20，y＝1-42。

在某些實(shí)施方式中，c可以包括乙烯四胺陽(yáng)離子，通式[(r2n)2c＝c(nr2)2]⁺的有機(jī)陽(yáng)離子，其中，r基團(tuán)可以是相同或不同的基團(tuán)。合適的r基團(tuán)包括但不限于：氫、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基基團(tuán)或其異構(gòu)體；任何烷烴、烯烴或炔烴cxhy，其中，x＝1-20，y＝1-42，環(huán)狀、支鏈或直鏈；烷基鹵化物，cxhyxz，x＝1-20，y＝0-42，z＝1-42，x＝f、cl、br或i；任何芳香族基團(tuán)(例如苯基、烷基苯基、烷氧基苯基、吡啶、萘)；環(huán)狀絡(luò)合物，其中，至少一個(gè)氮包含在環(huán)(例如2-六氫嘧啶-2-亞基六氫嘧啶、八氫吡嗪并[2,3-b]吡嗪、吡嗪并[2,3-b]吡嗪、喹喔啉并[2,3-b]喹喔啉)中；任何含硫基團(tuán)(例如亞砜、硫醇、烷基硫醚)；任何含氮基團(tuán)(氮氧化物、胺)；任何含磷基團(tuán)(磷酸根)；任何含硼基團(tuán)(例如硼酸)；任何有機(jī)酸(乙酸、丙酸)及其酯或酰胺衍生物；包括α、β、γ和更大衍生物的任何氨基酸(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)；任何含硅基團(tuán)(例如，硅氧烷)；和任何烷氧基或基團(tuán)，-ocxhy，其中，x＝0-20，y＝1-42。

在一些實(shí)施方式中，x可以包括一種或多種鹵化物。在某些實(shí)施方式中，x可以替代地或另外包括16族陰離子。在某些實(shí)施方式中，16族陰離子可以是硫化物或硒化物。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)有機(jī)陽(yáng)離子c可以大于每個(gè)金屬m，每個(gè)陰離子x能夠與陽(yáng)離子c和金屬m鍵合。根據(jù)各種實(shí)施方式的鈣鈦礦材料的示例包括cssni3(本文前面討論的)和csxsnyiz(其中，x、y和z根據(jù)前面的討論而變化)。其它示例包括通式cssnx3的化合物，其中，x可以是以下的任何一種或多種：i3、i2.95f0.05；i2cl；icl2；和cl3。在其它實(shí)施方式中，x可以包括i、cl、f和br中的任何一種或多種，其量使得x與cs和sn相比的總比例導(dǎo)致cssnx3的一般化學(xué)計(jì)量。在一些實(shí)施方式中，構(gòu)成x的元素的組合化學(xué)計(jì)量可以遵循與之前關(guān)于csxsnyiz所討論的iz相同的規(guī)則。再其它示例包括通式rnh3pbx3的化合物，其中，r可以是cnh2n+1，n在0-10范圍內(nèi)，x可以包括f、cl、br和i中的任何一種或多種，其量使得x與陽(yáng)離子rnh3和金屬pb相比的總比例導(dǎo)致rnh3pbx3的一般化學(xué)計(jì)量。此外，r的一些具體示例包括h、烷基鏈(例如ch3、ch3ch2、ch3ch2ch2等)和包括α、β、γ和更大衍生物的氨基酸(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)。

復(fù)合鈣鈦礦材料器件設(shè)計(jì)

在一些實(shí)施方式中，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、混合pv電池、fet、led等)的復(fù)合設(shè)計(jì)。例如，一種或多種鈣鈦礦材料可以用作一些實(shí)施方式的第一活性材料和第二活性材料(例如，圖5的活性材料2810和2815)中的任意一種或兩種。更一般地，本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式提供具有包括一種或多種鈣鈦礦材料的活性層的pv或其它器件。在這樣的實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料(即，包括任何一種或多種鈣鈦礦材料的材料)可以用于各種架構(gòu)的活性層中。此外，鈣鈦礦材料可以起到活性層的任何一種或多種組分(例如，電荷傳輸材料、中孔材料、光活性材料和/或界面材料，下文將更詳細(xì)地討論每一種)的作用。在一些實(shí)施方式中，相同的鈣鈦礦材料可以起到多個(gè)這樣的作用，但是在其他實(shí)施方式中，多個(gè)鈣鈦礦材料可以包括在器件中，每個(gè)鈣鈦礦材料起到一個(gè)或多個(gè)這樣的作用。在某些實(shí)施方式中，無(wú)論鈣鈦礦材料可起到什么作用，其都可以以各種狀態(tài)在器件中制備和/或存在。例如，在一些實(shí)施方式中，其可以基本上是固體的。在其它實(shí)施方式中，其可以是溶液(例如，鈣鈦礦材料可以溶解在液體中并且以其各個(gè)離子亞種存在于所述液體中)；或者其可以是懸浮液(例如，鈣鈦礦材料顆粒的懸浮液)。溶液或懸浮液可以涂覆或沉積在器件內(nèi)(例如，在器件的另一個(gè)組件上，例如中孔、界面、電荷傳輸、光活性或其他層上，和/或在電極上)。在一些實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以在器件的另一個(gè)組件的表面上原位形成(例如，通過(guò)作為薄膜固體的氣相沉積)。可以使用形成包括鈣鈦礦材料的固體或液體層的任何其它合適的手段。

通常，鈣鈦礦材料器件可以包括第一電極、第二電極和包括鈣鈦礦材料的活性層，活性層至少部分地設(shè)置在第一電極和第二電極之間。在一些實(shí)施方式中，第一電極可以是陽(yáng)極和陰極中的一個(gè)，第二電極可以是陽(yáng)極和陰極中的另一個(gè)。根據(jù)某些實(shí)施方式的活性層可以包括任何一個(gè)或多個(gè)活性層組分，包括以下中的任何一個(gè)或多個(gè)：電荷傳輸材料；液體電解質(zhì)；中孔材料；光活性材料(例如染料、硅、碲化鎘，硫化鎘，硒化鎘、硒化銅銦鎵、砷化鎵、磷化鍺銦、半導(dǎo)體聚合物、其它光活性材料)；和界面材料。這些活性層組分中的任何一個(gè)或多個(gè)可以包括一種或多種鈣鈦礦材料。在一些實(shí)施方式中，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中。例如，活性層可以包括以下中的任何一個(gè)或多個(gè)：包括界面材料的界面層；包括中孔材料的中孔層；和包括電荷傳輸材料的電荷傳輸層。在一些實(shí)施方式中，例如染料的光活性材料可以涂覆或以其它方式設(shè)置在這些層中的任何一個(gè)或多個(gè)上。在某些實(shí)施方式中，任何一個(gè)或多個(gè)層可以涂覆有液體電解質(zhì)。此外，界面層可以包括在根據(jù)一些實(shí)施方式的活性層的任何兩個(gè)或更多個(gè)其它層之間，和/或在層和涂層之間(例如在染料和中孔層之間)，和/或在兩個(gè)涂層之間(例如在液體電解質(zhì)和染料之間)，和/或在活性層組分和電極之間。本文提及的層可以包括任一最終布置(例如，在器件內(nèi)可單獨(dú)定義的每種材料的基本上分離的部分)，和/或?qū)拥奶峒翱梢砸馕吨谄骷?gòu)造期間的布置，盡管隨后可能混合每一層中的材料。在一些實(shí)施方式中，層可以是分離的，并且包括基本上鄰接的材料(例如，層可以如圖1中程式化示出的)。在其他實(shí)施方式中，層可以是基本上混合的(如在例如bhj、混合和一些dssc電池的情況下)，其示例由圖4中的光活性層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(shí)施方式中，器件可以包括這兩種層的混合物，同樣如圖4的器件所示，除了包括第一活性材料2618和第二活性材料2620的混合層的光活性層2616之外，其還包含分離的鄰接層2627、2626和2622。在任何情況下，在某些實(shí)施方式中無(wú)論什么種類的任何兩個(gè)或更多個(gè)層可以以彼此相鄰(和/或彼此混合)的方式設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)高的接觸表面積。在某些實(shí)施方式中，包括鈣鈦礦材料的層可以與一個(gè)或多個(gè)其它層相鄰設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)高接觸表面積(例如，在鈣鈦礦材料表現(xiàn)出低電荷遷移率的情況下)。在其它實(shí)施方式中，高接觸表面積可能不是必需的(例如，在鈣鈦礦材料表現(xiàn)出高電荷遷移率的情況下)。

根據(jù)一些實(shí)施方式的鈣鈦礦材料器件可以可任選地包括一個(gè)或多個(gè)基板。在一些實(shí)施方式中，第一電極和第二電極中的任一個(gè)或兩者可以被涂覆或以其它方式設(shè)置在基板上，使得電極基本上設(shè)置在基板和活性層之間。在各種實(shí)施方式中，器件的組成物(例如，基板、電極、活性層和/或活性層組分)的材料可以整體或部分是剛性的或柔性的。在一些實(shí)施方式中，電極可以充當(dāng)基板，從而消除對(duì)單獨(dú)基板的需要。

此外，根據(jù)某些實(shí)施方式的鈣鈦礦材料器件可以可任選地包括光收集材料(例如，在光收集層中，例如在圖2中示出的示例性pv中所示的光收集層1601)。另外，鈣鈦礦材料器件可以包括任何一種或多種添加劑，例如上文關(guān)于本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式討論的添加劑中的任何一種或多種。

可以包括在鈣鈦礦材料器件中的各種材料中的一些的說(shuō)明將部分地參考圖7進(jìn)行。圖7是根據(jù)一些實(shí)施方式的鈣鈦礦材料器件3900的程式化圖。雖然器件3900的各種組件被示出為包括鄰接材料的分離層，但是應(yīng)當(dāng)理解，圖7是程式化圖；因此，根據(jù)其的實(shí)施方式可以包括與本文先前討論的“層”的使用一致的這種分離層和/或基本上混合的非鄰接層。器件3900包括第一基板3901和第二基板3913。第一電極3902設(shè)置在第一基板3901的內(nèi)表面上，第二電極3912設(shè)置在第二基板3913的內(nèi)表面上?；钚詫?950夾在兩個(gè)電極3902和3912之間?；钚詫?950包括中孔層3904；第一光活性材料3906和第二光活性材料3908；電荷傳輸層3910和幾個(gè)界面層。圖7還示出了根據(jù)實(shí)施方式的示例性器件3900，其中，活性層3950的子層由界面層分離，進(jìn)一步其中，界面層設(shè)置在每個(gè)電極3902和3912上。特別地，第二界面層3905、第三界面層3907和第四界面層3909分別設(shè)置在中孔層3904、第一光活性材料3906、第二光活性材料3908和電荷傳輸層3910中的每一個(gè)之間。第一界面層3903和第五界面層3911分別設(shè)置在(i)第一電極3902和中孔層3904；和(ii)電荷傳輸層3910和第二電極3912之間。因此，圖7所示的示例性器件的架構(gòu)可以表征為：基板-電極-活性層-電極-基板?；钚詫?950的結(jié)構(gòu)可以表征為：界面層-中孔層-界面層-光活性材料-界面層-光活性材料-界面層-電荷傳輸層-界面層。如前所述，在一些實(shí)施方式中，不必存在界面層；或者，一個(gè)或多個(gè)界面層可以僅包括在活性層的組件和/或器件的組件的某些但不是全部之間。

基板，例如第一基板3901和第二基板3913中的任一個(gè)或兩者，可以是柔性的或剛性的。如果包括兩個(gè)基板，則至少一個(gè)基板應(yīng)該對(duì)電磁(em)輻射(例如，uv、可見(jiàn)光或ir輻射)透射或半透射。如果包括一個(gè)基板，則其可以類似地是透射的或半透射的，但是其不必是，只要器件的一部分允許em輻射接觸活性層3950。合適的基板材料包括以下中的任何一個(gè)或多個(gè)：玻璃；藍(lán)寶石；氧化鎂(mgo)；云母；聚合物(例如，pet、peg、聚丙烯、聚乙烯等)；陶瓷；纖維(例如，棉、絲、羊毛)；木；干墻；金屬；及其組合。

如前所述，電極(例如，圖7的電極3902和3912中的一個(gè))可以是陽(yáng)極或陰極。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)電極可以起到陰極的作用，而另一個(gè)可以起到陽(yáng)極的作用。電極3902和3912中的任一個(gè)或兩者可以耦合到引線、電纜、電線或使得電荷能夠往來(lái)于器件3900進(jìn)行傳輸?shù)钠渌b置。電極可以由任何導(dǎo)電材料構(gòu)成，至少一個(gè)電極對(duì)于em輻射應(yīng)當(dāng)是透射的或半透射的，和/或以允許em輻射接觸活性層3950的至少一部分的方式布置。合適的電極材料可以包括以下中的任何一種或多種：銦錫氧化物或摻錫氧化銦(ito)；摻氟氧化錫(fto)；氧化鎘(cdo)；氧化鋅銦錫(zito)；氧化鋁鋅(azo)；鋁(al)；金(au)；鈣(ca)；鎂(mg)；鈦(ti)；鋼；碳(及其同素異形體)；及其組合。

中孔材料(例如，包括在圖7的中孔層3904中的材料)可以包括任何含孔材料。在一些實(shí)施方式中，孔可以具有約1至約100nm范圍的直徑；在其它實(shí)施方式中，孔徑可以在約2至約50nm的范圍內(nèi)。合適的中孔材料包括以下的任何一種或多種：本文其他部分討論的任何界面材料和/或中孔材料；鋁(al)；鉍(bi)；銦(in)；鉬(mo)；鈮(nb)；鎳(ni)；硅(si)；鈦(ti)；釩(v)；鋅(zn)；鋯(zr)；任何一種或多種上述金屬的氧化物(例如氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯等)；任何一種或多種上述金屬的硫化物；任何一種或多種上述金屬的氮化物；及其組合。

光活性材料(例如，圖7的第一光活性材料3906或第二光活性材料3908)可以包括任何光活性化合物，例如硅(在一些情況下，單晶硅)、碲化鎘、鎘硫化物、硒化鎘、銅銦鎵硒化物、砷化鎵、磷化鍺銦中的一種或多種、一種或多種半導(dǎo)體聚合物及其組合。在某些實(shí)施方式中，光活性材料可以替代地或另外包括染料(例如，n719、n3、其它基于釕的染料)。在一些實(shí)施方式中，可以將(任何組成的)染料涂覆到另一層(例如，中孔層和/或界面層)上。在一些實(shí)施方式中，光活性材料可以包括一種或多種鈣鈦礦材料。含鈣鈦礦材料的光活性物質(zhì)可以是固體形式，或者在一些實(shí)施方式中，其可以采取包括含有鈣鈦礦材料的懸浮液或溶液的染料的形式。這種溶液或懸浮液可以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(shí)施方式中，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)沉積固體含鈣鈦礦材料。根據(jù)各種實(shí)施方式的器件可以包括一種、兩種、三種或更多種光活性化合物(例如一種、兩種、三種或更多種鈣鈦礦材料、染料或其組合)。在包括多種染料或其它光活性材料的某些實(shí)施方式中，兩種或更多種染料或其它光活性材料中的每一種可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)界面層分離。在一些實(shí)施方式中，多種染料和/或光活性化合物可以至少部分混合。

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，俗稱的固態(tài)電解質(zhì))，或者它可以包括液體電解質(zhì)和/或離子液體。任何液體電解質(zhì)、離子液體和固態(tài)電荷傳輸材料都可以稱為電荷傳輸材料。如本文所用，“電荷傳輸材料”是指能夠收集電荷載流子和/或傳輸電荷載流子的任何材料、固體、液體或其它材料。例如，在根據(jù)一些實(shí)施方式的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(其傳輸可以使電荷傳輸材料正如適當(dāng)所稱為的“空穴傳輸材料”)和電子。取決于電荷傳輸材料相對(duì)于pv或其它器件中的陰極或陽(yáng)極的放置，空穴可以朝向陽(yáng)極傳輸，電子朝向陰極傳輸。根據(jù)一些實(shí)施方式的電荷傳輸材料的合適示例可以包括以下中的任何一種或多種：鈣鈦礦材料；i^-/i3^-；co絡(luò)合物；聚噻吩(例如，聚(3-己基噻吩)及其衍生物，或p3ht)；例如聚十七烷基咔唑二噻吩基苯并噻二唑及其衍生物(例如pcdtbt)等基于咔唑的共聚物；其它共聚物，如聚環(huán)戊二噻吩-苯并噻二唑及其衍生物(例如pcpdtbt)；聚(三芳基胺)化合物及其衍生物(例如ptaa)；螺環(huán)二芴(spiro-ometad)；富勒烯和/或富勒烯衍生物(例如c60、pcbm)；及其組合。在某些實(shí)施方式中，電荷傳輸材料可以包括能夠收集電荷載流子(電子或空穴)和/或能夠傳輸電荷載流子的任何材料、固體或液體。因此，一些實(shí)施方式的電荷傳輸材料可以是n型或p型活性和/或半導(dǎo)電材料。電荷傳輸材料可以設(shè)置為靠近器件的電極之一。在一些實(shí)施方式中，其可以相鄰于電極設(shè)置，但是在其他實(shí)施方式中，界面層可以設(shè)置在電荷傳輸材料和電極之間(例如，如圖7所示，具有第五界面層3911)。在某些實(shí)施方式中，電荷傳輸材料的類型可基于其所靠近的電極來(lái)選擇。例如，如果電荷傳輸材料收集和/或傳輸空穴，則其可以靠近陽(yáng)極以將空穴傳輸?shù)疥?yáng)極。然而，電荷傳輸材料可以反而設(shè)置在陰極附近，并且被選擇或構(gòu)造為將電子傳輸?shù)疥帢O。

如前所述，根據(jù)各種實(shí)施方式的器件可以可任選地包括在任何兩個(gè)其它層和/或材料之間的界面層，但是根據(jù)一些實(shí)施方式的器件不必包括任何界面層。因此，例如，鈣鈦礦材料器件可以包含零個(gè)、一個(gè)、兩個(gè)，三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)界面層(例如圖7的示例性器件，其包含五個(gè)界面層3903、3905、3907、3909和3911)。界面層可以包括根據(jù)本文之前討論的實(shí)施方式的薄涂層界面層(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/根據(jù)如本文其他部分所討論的薄涂層界面層的其他化合物)。根據(jù)一些實(shí)施方式的界面層可以包括任何適合于增強(qiáng)兩個(gè)層或材料之間的電荷傳輸和/或收集的材料；一旦電荷已經(jīng)從鄰近界面層的材料之一傳輸走，界面層也可以幫助防止或減少電荷復(fù)合的可能性。合適的界面材料可以包括以下任何一種或多種：本文其他部分討論的任何中孔材料和/或界面材料；al；bi；in；mo；ni；鉑(pt)；si；ti；v；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；功能化或非功能化的烷基甲硅烷基團(tuán)；石墨；石墨烯；富勒烯；碳納米管；及其組合(在一些實(shí)施方式中，包括組合的材料的雙層)。在一些實(shí)施方式中，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(shí)施方式中可以是pv，例如dssc、bhj或混合太陽(yáng)能電池。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)圖7的器件可以構(gòu)成并聯(lián)或串聯(lián)多單元pv、電池、混合pv電池、fet、led和/或本文所討論的任何其它器件。例如，一些實(shí)施方式的bhj可以包括對(duì)應(yīng)于電極3902和3912的兩個(gè)電極以及在異質(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)又械娜魏蝺蓚€(gè))。在某些實(shí)施方式中，其他器件(例如混合pv電池、并聯(lián)或串聯(lián)多單元pv等)可以包括對(duì)應(yīng)于圖7的活性層3950的包括鈣鈦礦材料的活性層。簡(jiǎn)言之，圖7的示例性器件的圖示的程式化性質(zhì)不應(yīng)以任何方式限制根據(jù)圖7的各種實(shí)施方式的器件的可允許結(jié)構(gòu)或架構(gòu)。

另外，更具體地，將根據(jù)對(duì)示例性器件的進(jìn)一步程式化圖示來(lái)討論鈣鈦礦器件的示例性實(shí)施方式。這些圖示(圖11-12)的程式化性質(zhì)類似地并非旨在限制在一些實(shí)施方式中可以根據(jù)圖11-12中的任何一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造的器件的類型。也就是說(shuō)，圖11-12中呈現(xiàn)的架構(gòu)可以適于根據(jù)任何合適的手段提供bhj、電池、fet、混合pv電池、串聯(lián)多單元pv、并聯(lián)多單元pv和本公開內(nèi)容的其它實(shí)施方式的其它類似器件(包括本文其他部分明確討論的那些，以及其他合適的手段，其對(duì)于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的)。

圖8示出了根據(jù)各種實(shí)施方式的示例性器件4100。器件4100示出了包括第一玻璃基板4101和第二玻璃基板4109的實(shí)施方式。每個(gè)玻璃基板具有設(shè)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)，并且每個(gè)電極具有沉積在其內(nèi)表面上的界面層：tio2第一界面層4103沉積在第一電極4102上，pt第二界面層4107沉積在第二電極4108上。夾在兩個(gè)界面層之間的是：中孔層4104(包括tio2)；光活性材料4105(包括鈣鈦礦材料mapbi3)；和電荷傳輸層4106(這里包括cssni3)。

圖9示出了省略中孔層的示例性器件4300。器件4300包括夾在第一界面層4303和第二界面層4305(分別包括二氧化鈦和氧化鋁)之間的鈣鈦礦材料光活性化合物4304(包括mapbi3)。二氧化鈦界面層4303涂覆在fto第一電極4302上，fto第一電極4302又設(shè)置在玻璃基板4301的內(nèi)表面上。螺環(huán)二芴(spiro-ometad)電荷傳輸層4306涂覆在氧化鋁界面層4305上，并設(shè)置在金第二電極4307的內(nèi)表面上。

對(duì)于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，各種其它實(shí)施方式是可能的，諸如具有多個(gè)光活性層的器件(例如，圖7的示例性器件的光活性層3906和3908例示的)。在一些實(shí)施方式中，如上所述，每個(gè)光活性層可以由界面層分離(如圖7中的第三界面層3907所示)。此外，中孔層可以設(shè)置在電極上，例如圖7所示，通過(guò)將中孔層3904設(shè)置在第一電極3902上。盡管圖7示出了設(shè)置在兩者之間的中間界面層3903，但在一些實(shí)施方式中，中孔層可以直接設(shè)置在電極上。

附加的鈣鈦礦材料器件實(shí)施例

其它示例性鈣鈦礦材料器件架構(gòu)對(duì)于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。示例包括但不限于包含具有以下任何架構(gòu)的活性層的器件：(1)液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-中孔層；(2)鈣鈦礦材料-染料-中孔層；(3)第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-中孔層；(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-中孔層；(8)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-中孔層；(9)固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-中孔層；和(10)固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-中孔層。每個(gè)示例性架構(gòu)的各個(gè)組件(例如，中孔層、電荷傳輸材料等)可以根據(jù)上面針對(duì)每個(gè)組件的討論。此外，下面更詳細(xì)地討論每個(gè)示例性架構(gòu)。

作為上述一些活性層的特定示例，在一些實(shí)施方式中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、鈣鈦礦材料和中孔層。這些實(shí)施方式中的某些的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：液體電解質(zhì)-鈣鈦礦材料-中孔層。任何液體電解質(zhì)可以是合適的；任何中孔層(例如，tio2)可以是合適的。在一些實(shí)施方式中，可以在中孔層上沉積鈣鈦礦材料，其上涂覆有液體電解質(zhì)。一些這樣的實(shí)施方式的鈣鈦礦材料可以至少部分地充當(dāng)染料(因此，其可以是光活性的)。

在其它示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括鈣鈦礦材料、染料和中孔層。這些實(shí)施方式中某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：鈣鈦礦材料-染料-中孔層。染料可以涂覆在中孔層上，鈣鈦礦材料可以設(shè)置在染料涂覆的中孔層上。在這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以起到空穴傳輸材料的作用。

在再其他示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、第二鈣鈦礦材料和中孔層。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：第一鈣鈦礦材料-第二鈣鈦礦材料-中孔層。第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以各自包括相同的鈣鈦礦材料或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一種可以是光活性的(例如，這種實(shí)施方式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(shí)施方式中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：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鈣鈦礦材料或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一種可以是光活性的(例如，這種實(shí)施方式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一種可以能夠起到空穴傳輸材料的作用。在一些實(shí)施方式中，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種起到染料的作用。在一些實(shí)施方式中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料可以以在第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料之間實(shí)現(xiàn)高界面面積的方式設(shè)置在活性層內(nèi)，例如在圖5中分別針對(duì)第一活性材料2810和第二活性材料2815所示的布置中(或如圖4中分別由p型材料2618和n型材料2620類似地示出的)。

在另外的示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括第一鈣鈦礦材料、染料和第二鈣鈦礦材料。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：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鈣鈦礦材料中的另一種可以起到染料的作用。在一些實(shí)施方式中，第一鈣鈦礦材料和第二鈣鈦礦材料兩者可以至少部分地起重疊、相似和/或相同的功能(例如，兩者都可以用作染料和/或兩者可以用作空穴傳輸材料)。

在一些其它示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料和鈣鈦礦材料。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料。例如，鈣鈦礦材料和固態(tài)電荷傳輸材料可以以實(shí)現(xiàn)高界面面積的方式設(shè)置在活性層內(nèi)，例如在圖5中分別針對(duì)第一活性材料2810和第二活性材料2815所示的布置中(或如圖4中分別由p型材料2618和n型材料2620類似地示出的)。

在其它示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括固態(tài)電荷傳輸材料、染料、鈣鈦礦材料和中孔層。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-中孔層。這些實(shí)施方式中的某些其它實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-中孔層。在一些實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以用作第二染料。在這樣的實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以增加由pv或包括這種實(shí)施方式的活性層的其它器件吸收的可見(jiàn)光光譜的寬度。在某些實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料還可以或替代地用作染料和中孔層之間和/或染料和電荷傳輸材料之間的界面層。

在一些示例性實(shí)施方式中，活性層可以包括液體電解質(zhì)、染料、鈣鈦礦材料和中孔層。這些實(shí)施方式中的某些實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：固態(tài)電荷傳輸材料-染料-鈣鈦礦材料-中孔層。這些實(shí)施方式中的某些其它實(shí)施方式的活性層可以基本上具有以下架構(gòu)：固態(tài)電荷傳輸材料-鈣鈦礦材料-染料-中孔層。鈣鈦礦材料可以用作光活性材料、界面層和/或其組合。

一些實(shí)施方式提供包括鈣鈦礦材料的bhjpv器件。例如，一些實(shí)施方式的bhj可以包括光活性層(例如，圖3的光活性層2404)，其可以包括一種或多種鈣鈦礦材料。這種bhj的光活性層還可以包括或替代地包括以上關(guān)于dssc活性層討論的上述列舉的示例性組分中的任何一種或多種。此外，在一些實(shí)施方式中，bhj光活性層可以具有根據(jù)上述dssc活性層的示例性實(shí)施方式中的任一個(gè)的架構(gòu)。

在一些實(shí)施方式中，任何pv或其它類似器件可以包括根據(jù)上述組成和/或架構(gòu)中的任何一個(gè)或多個(gè)的活性層。作為另一示例性實(shí)施方式，包括鈣鈦礦材料的活性層可以包括在多光活性層pv電池中，諸如圖6的程式化圖中所示的示例性電池的第一光活性層3701和第二光活性層3705中的任意一個(gè)或兩個(gè)。這種包括具有鈣鈦礦材料的活性層的多光活性層pv電池可以進(jìn)一步包含在一系列電耦合的多光活性層pv電池內(nèi)。

在一些實(shí)施方式中，包括包含在本文所討論的pv或其它器件中的鈣鈦礦材料的任何活性層可以進(jìn)一步包括本文中同樣討論的適于包括在活性層中的各種附加材料中的任何一種。例如，包括鈣鈦礦材料的任何活性層可以進(jìn)一步包括根據(jù)本文討論的各種實(shí)施方式的界面層(例如，薄涂層界面層)。作為另一示例，包括鈣鈦礦材料的活性層可以進(jìn)一步包括光收集層，例如圖2所示的示例性pv中示出的光收集層1601。

鈣鈦礦材料活性層的配制

如前所述，在一些實(shí)施方式中，活性層中的鈣鈦礦材料可以具有配方cmx3-yx'y(0≥y≥3)，其中：c包括一種或多種陽(yáng)離子(例如胺類、銨、1族金屬、2族金屬和/或其它陽(yáng)離子或類陽(yáng)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)；x和x'包括一個(gè)或多個(gè)陰離子。在一個(gè)實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以包括cpbi3-ycly。在某些實(shí)施方式中，鈣鈦礦材料可以使用下述步驟通過(guò)例如滴鑄(dropcasting)、旋轉(zhuǎn)澆鑄、狹縫模頭印刷(slot-dieprinting)、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷作為活性層沉積到pv器件中。

首先，形成鹵化鉛前體墨?？梢栽谑痔紫?即，具有含手套的孔道的受控氣氛箱允許在無(wú)空氣的環(huán)境中操作材料)中的干凈、干燥的小瓶中集中一定量的鹵化鉛。合適的鹵化鉛包括但不限于碘化鉛(ii)、溴化鉛(ii)、氯化鉛(ii)和氟化鉛(ii)。鹵化鉛可以包括單一種類的鹵化鉛，或者它可以包括精確的比例鹵化鉛混合物。在某些實(shí)施方式中，鹵化鉛混合物可以包括任何二元、三元或四元比例的0.001-100mol％的碘化物、溴化物、氯化物或氟化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，鹵化鉛混合物可以包括比例為約10:90mol:mol的氯化鉛(ii)和碘化鉛(ii)。在其它實(shí)施方式中，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(ii)和碘化鉛(ii)。

然后可以將溶劑加入到小瓶中以溶解鉛固體形成鹵化鉛前體墨。合適的溶劑包括但不限于無(wú)水二甲基甲酰胺、二甲基亞砜(dmso)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氫呋喃、甲酰胺、吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，將鉛固體溶解在無(wú)水二甲基甲酰胺(dmf)中。鉛固體可以在約20℃至約150℃之間的溫度下溶解。在一個(gè)實(shí)施方式中，鉛固體在約85℃溶解。鉛固體可以溶解長(zhǎng)達(dá)形成溶液所需的時(shí)間，這可以在最多達(dá)約72小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。所得溶液形成鹵化鉛前體墨的基礎(chǔ)。在一些實(shí)施方式中，鹵化鉛前體墨可以具有約0.001m至約10m之間的鹵化鉛濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，鹵化鉛前體墨可以進(jìn)一步包括氨基酸(例如5-氨基戊酸、組氨酸、甘氨酸、賴氨酸)、氨基酸氫鹵酸鹽(例如5-氨基戊酸鹽酸鹽)、ifl表面改性(sam)試劑(例如本說(shuō)明書前面討論的那些)或其組合。

然后可以將鹵化鉛前體墨沉積在所希望的基板上。合適的基板層可以包括本公開內(nèi)容中先前確定的任何基板層。如上所述，鹵化鉛前體墨可以通過(guò)各種手段沉積，包括但不限于滴鑄、旋轉(zhuǎn)澆鑄、狹縫模頭印刷、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。在某些實(shí)施方式中，鹵化鉛前體墨可以以約500rpm至約10,000rpm的速度在基板上旋涂約5秒至約600秒的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，鹵化鉛前體墨可以以約3000rpm在基材上旋涂約30秒。鹵化鉛前體墨可以在環(huán)境大氣下在約0％相對(duì)濕度至約50％相對(duì)濕度的濕度范圍內(nèi)沉積在基板上。然后可以允許鹵化鉛前體墨在基本上無(wú)水的氣氛中，即小于20％的相對(duì)濕度下干燥，以形成薄膜。

然后可以在約20℃至約300℃的溫度下將薄膜熱退火最多至約24小時(shí)的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，薄膜可以在約50℃的溫度下熱退火約10分鐘。鈣鈦礦材料活性層然后可以通過(guò)轉(zhuǎn)化過(guò)程完成，其中，將前體膜用濃度為0.001m至10m之間的包括溶劑或溶劑(例如dmf、異丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿、氯苯、二甲基亞砜、水)和鹽(例如，甲基碘化銨、甲脒氫碘酸鹽、胍碘化物(guanidiniumiodide)、1,2,2-三氨基乙烯基碘化銨、5-氨基戊酸氫碘化物(5-aminovalericacidhydroiodide))的混合物的溶液浸沒(méi)或漂洗。在某些實(shí)施方式中，薄膜也可以以與本段第一行相同的方式進(jìn)行熱后退火。

碘化銨的純化

如前所述，在一些實(shí)施方式中，用于鈣鈦礦材料活性層的前體膜可以用包括溶劑或溶劑混合物的溶液浸沒(méi)或漂洗，溶劑或溶劑混合物包括但不限于甲基碘化銨、甲脒氫碘酸鹽、胍碘化物。下面說(shuō)明的是甲基碘化銨(mai)的合成過(guò)程。類似的過(guò)程可以應(yīng)用于胍碘化物(gai)、甲脒氫碘酸鹽(fai)、氨基酸碘化物或其任何鹵化物(例如碘、溴、氯或氟)鹽。

將甲醇中摩爾過(guò)量的甲基胺添加到容器中的氫碘酸(hi)水溶液中。在一個(gè)實(shí)施方式中，甲基胺具有約9.8m的濃度，但是合適的濃度可以在約0.001m至約12m范圍中。在一個(gè)實(shí)施方式中，hi溶液具有約57％的濃度，但合適的濃度可在約1％至約100％的范圍內(nèi)。可以使用任何合適的容器，包括但不限于圓底燒瓶、燒杯、錐形燒瓶、舒?zhèn)惪似炕蛉魏尾Ａ萜?。反?yīng)在無(wú)氧的惰性氣氛下在攪拌下逐滴添加進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)在約0℃的溫度下進(jìn)行，盡管反應(yīng)也可以在低至約-196℃或高至約100℃的溫度下進(jìn)行。在完成甲基胺添加后，允許溶液混合并在2小時(shí)期間中加熱至室溫。在一些實(shí)施方式中，溶液可以在短至約1分鐘或長(zhǎng)至約72小時(shí)內(nèi)加熱至室溫。在反應(yīng)完成后，使用真空除去溶劑。固體保留下來(lái)，其可以是紅色或橙色。該固體是甲基碘化銨的不純形式，具體而言是包括甲基碘化銨、過(guò)量原料和/或反應(yīng)副產(chǎn)物的混合物。

然后將非極性或輕微極性溶劑(例如二乙醚)添加到不純的甲基碘化銨中，并將混合物在傾析液體之前在黑暗中超聲處理約30分鐘。在一些實(shí)施方式中，可以將溶液超聲處理最多至約12小時(shí)的任何時(shí)間長(zhǎng)度。該二乙醚洗滌步驟可重復(fù)任何次數(shù)，直到固體變成無(wú)色或微黃色。在一個(gè)實(shí)施方式中，將二乙醚洗滌步驟重復(fù)總共三次。這產(chǎn)生更純的形式的甲基碘化銨。

然后在約20℃至約150℃之間的溫度下在超聲波儀中將甲基碘化銨溶解在最小溶劑乙醇體積中。在一個(gè)實(shí)施例中，溫度為約60℃。合適的溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或其它極性溶劑。在一個(gè)實(shí)施例中，溶劑包括乙醇。一旦完全溶解，就將溶液在約30分鐘的時(shí)間段內(nèi)冷卻至室溫，然后用(與乙醇)等體積的二乙醚層合。在其它實(shí)施例中，乙醇與二乙醚的體積比可以為約1:10至約10:1。然后用惰性氣體(例如氬氣或氮?dú)?吹掃容器，然后置于冷的暗處。在一些實(shí)施例中，容器可以放置在溫度為約-196℃至約25℃的環(huán)境中。在一個(gè)實(shí)施例中，容器可以放置在冰箱中。容器可以在冷的暗處擱置約1小時(shí)至約168小時(shí)的時(shí)間段。在一個(gè)實(shí)施例中，容器可以在冷的暗處擱置約14小時(shí)。通過(guò)合適的方法(例如，真空過(guò)濾、重力過(guò)濾或離心)回收所得的無(wú)色結(jié)晶固體，隨后用冷的非極性或輕微極性溶劑(例如二乙醚)洗滌并干燥。在一些實(shí)施例中，結(jié)晶固體可以洗滌一次、兩次或更多次。結(jié)晶可以在環(huán)境空氣中或通過(guò)任何合適的設(shè)備干燥，包括但不限于真空烘箱、對(duì)流烘箱、爐、真空干燥器或真空管線。在一個(gè)實(shí)施例中，將固體在約40℃下干燥約14小時(shí)。但固體可以在約1小時(shí)至約168小時(shí)的時(shí)間段中和約20℃至約200℃的溫度下干燥。

因此，本發(fā)明非常適于實(shí)現(xiàn)所提及的以及其中固有的目的和優(yōu)點(diǎn)。上面公開的具體實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以以對(duì)于受益于本文的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的不同但等同的方式修改和實(shí)踐。此外，除了在下面的權(quán)利要求中所說(shuō)明的之外，并非旨在限制本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然可以改變或修改上面公開的具體說(shuō)明性實(shí)施方式，并且所有這些變化都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。特別地，本文公開的每個(gè)數(shù)值范圍(形式為“從大約a至大約b”或等同地，“從大約a至b”或等同地，“從大約a-b”)應(yīng)理解為指代相應(yīng)的值范圍的冪集(所有子集的集合)，并且闡明了包括在更寬的值范圍內(nèi)的每個(gè)范圍。此外，權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)具有其平常的普通含義，除非專利權(quán)人另有明確和清楚的定義。