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▶ ハント ペロヴスカイト テクノロジーズ， エル．エル．シー．の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】酸化ニッケルゾルゲルインク
(51)【国際特許分類】
C09D 11/00 20140101AFI20240116BHJP
H01L 31/04 20140101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
C09D11/00
H01L31/04
【請求項の数】
30
(21)【出願番号】P 2021528879
(86)(22)【出願日】2019-11-14
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-18
(86)【国際出願番号】 US2019061462
(87)【国際公開番号】W WO2020106542
(87)【国際公開日】2020-05-28
【審査請求日】2022-11-10
(31)【優先権主張番号】62/770,389
(32)【優先日】2018-11-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/577,781
(32)【優先日】2019-09-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521218526
【氏名又は名称】ハント ペロヴスカイト テクノロジーズ， エル．エル．シー．
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】アーウィン，マイケル，ディー．
(72)【発明者】
【氏名】サネヒラ，エリン
【審査官】本多 仁
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／００１３７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０８００６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２６２６１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８６８２７４４（ＣＮ，Ａ）
【文献】MUECKE Ulrich P、ほか３名，Initial stages of deposition and film formation during spray pyrolysis - Nickel oxide, cerium gadolinium oxide and mixtures thereof，Thin Solid Films，2009年01月01日，Vol.517 No.5，Page.1522-1529
【文献】EKSTRAND A、ほか２名，Solution Synthesis of Nano-Phase Nickel as Film and Porous Electrode，Journal of Sol-Gel Science and Technology，米国，2000年12月，Vol.19 No.1/3，Page.353-356
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０９Ｄ １１／００－１１／５４
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化ニッケル層の調製に使用するための組成物であって、以下：Ｎｉ（ＮＯ３）２・ｎＨ２Ｏ、ここで、ｎは、０、４、６又は９である；
少なくとも１つの酢酸金属；及び
ジオール、アルコールアミン、及び水を含む、溶媒の組み合わせ；
を含む組成物。
【請求項2】
ここで、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル四水和物、酢酸銅一水和物、及びそれらの組み合わせの群から選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項3】
ここで、前記溶媒の組み合わせは、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項4】
ここで、前記溶媒の組み合わせが、エチレングリコール、エタノールアミン、水、及びアセチルアセトンを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項5】
ここで、前記少なくとも１つの酢酸金属が酢酸ニッケル四水和物を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項6】
ここで、前記少なくとも１つの酢酸金属が酢酸銅一水和物を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項7】
ここで、前記少なくとも１つの酢酸金属が酢酸ニッケル四水和物及び酢酸銅一水和物を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項8】
酸化ニッケル前駆体インクを調製するための方法であって、以下：ジオール及びアルコールアミンを含む溶媒を調製すること；
硝酸ニッケル含有溶液を形成するため、硝酸ニッケルを前記溶媒に添加すること；
硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液を形成するため、前記硝酸ニッケル含有溶液に少なくとも１つの酢酸金属を添加すること；
酸化ニッケル前駆体混合物を形成するため、前記硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液に水を添加すること；
前記酸化ニッケル前駆体混合物を６０から７５℃に加熱すること；及び
前記酸化ニッケル前駆体インクを形成するため、前記酸化ニッケル前駆体混合物を冷却すること；
を含む方法。
【請求項9】
ここで、前記硝酸ニッケルがＮｉ（ＮＯ３）２・ｎＨ２Ｏであり、且つｎが０、４、６又は９である、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
ここで、前記酢酸金属がＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｘＨ２Ｏであり、且つｘが０、２又は４である、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
ここで、前記硝酸ニッケルがＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏであり、且つ前記少なくとも１つの酢酸金属がＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏである、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
ここで、前記少なくとも１つの酢酸金属が、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｘＨ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｂＨ２Ｏを含み、ここで、ｘが０、２又は４であり、且つｂが０又は１である、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
ここで、前記硝酸ニッケルがＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏであり、且つ前記少なくとも１つの酢酸金属がＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
ここで、前記酸化ニッケル前駆体混合物が、０．７Ｍから０．８Ｍの間のＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの濃度と、５０ｍＭから１１０ｍＭの間のＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの濃度を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
ここで、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの前記濃度は０．７２Ｍであり、且つＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの前記濃度は１０３ｍＭである、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
ここで、前記酸化ニッケル前駆体混合物は、０．７Ｍから０．８Ｍの間のＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの濃度、５０ｍＭから１１０ｍＭの間のＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの濃度、及び２０ｍＭから４１．３ｍＭの間のＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏの濃度を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項17】
ここで、前記溶媒がエチレングリコール及びエタノールアミンを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項18】
ここで、前記溶媒は、エチレングリコール及びエタノールアミンを含み；且つ前記エチレングリコール、エタノールアミン、及び水は、それぞれ１２：１．４６：１の体積比を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項19】
ここで、当該方法は、５ｐｐｍ未満の水及び５ｐｐｍ未満の酸素を有する不活性雰囲気下で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項20】
酸化ニッケル層を堆積するための方法であって、以下：基板を準備すること；
酸化ニッケル前駆体インクを前記基板上に堆積することであって、ここで、前記酸化ニッケル前駆体インクは、以下：
ジオール、アルコールアミン、及び水を含む溶媒；
Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２O；及び
Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏからなる群から選択される少なくとも１つの酢酸金属；
を含むこと；
前記酸化ニッケル前駆体インクを２５０℃から４００℃の間の温度で１０分から６時間の間、アニーリングすること；及び
前記酸化ニッケル層を形成するため、前記酸化ニッケル前駆体インクを冷却すること；
を含む方法。
【請求項21】
ここで、前記溶媒が、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
ここで、前記基板は、ガラス、ｐドープドシリコン、ｎドープドシリコン、サファイア、酸化マグネシウム、マイカ、ポリマー、セラミック、ファブリック、木材、ドライウォール(drywall)、金属、ＩＴＯコーティングガラス、ＦＴＯコーティングガラス、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項23】
ここで、前記基板は、インジウムドープド酸化スズ（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）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、鋼、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される導電性材料でコーティングされている、請求項２０に記載の方法。
【請求項24】
ここで、当該方法は、１０％から５０％の間の湿度、及び２０℃から６０℃の間の温度を有する環境下で実施される、請求項２０に記載の方法。
【請求項25】
アニーリングが、３１０℃の温度で２時間の期間にわたって行われる、請求項２０に記載の方法。
【請求項26】
酸化ニッケル層の調製に使用するための組成物であって、以下：少なくとも１つの硝酸金属；
少なくとも１つの酢酸金属；及び
ジオール、アルコールアミン、及び水を含む溶媒の組み合わせ；
を含む組成物。
【請求項27】
ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸銅を含み；前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケルを含み；且つ
前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む；
請求項２６に記載の組成物。
【請求項28】
ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み；前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸銅を含み；且つ
前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む；
請求項２６に記載の組成物。
【請求項29】
ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み；前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケルを含み；且つ
前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む；
請求項２６に記載の組成物。
【請求項30】
ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み；前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル及び酢酸銅を含み；且つ
前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む；
請求項２６に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１８年１１月２１日に出願された「酸化ニッケルゾル－ゲルインク」と題された米国仮特許出願第６２／７７０，３８９号の優先権を主張している。
【0002】
技術分野
特定の実施形態は、一般に、光起電及び光電子デバイスで使用するための組成物、より具体的には、光起電、電子、光電子、及び機械デバイスで薄膜層として使用するための酸化ニッケル前駆体インク組成物に関する。
特定の実施形態は、一般に、光起電及び光電子デバイスで使用するための組成物、より具体的には、光起電、電子、光電子、及び機械デバイスで薄膜層として使用するための酸化ニッケル前駆体インク組成物に関する。
【背景技術】
【0003】
バックグラウンド
光起電（ＰＶ）及びオプトエレクトロニクスデバイスは、多層構造を含む。ＰＶデバイスの複数の層の間の酸化ニッケル薄膜用の従来の前駆体インク配合物は、不完全な表面被覆、不十分な表面形態、及び望ましくない光電子特性をもたらした。ペロブスカイト光起電では、不完全な表面被覆により、非放射再結合が増加し、開回路電圧が低下する可能性がある。不十分な表面形態は、ペロブスカイト膜の成長と品質に悪影響を与える可能性がある。
光起電（ＰＶ）及びオプトエレクトロニクスデバイスは、多層構造を含む。ＰＶデバイスの複数の層の間の酸化ニッケル薄膜用の従来の前駆体インク配合物は、不完全な表面被覆、不十分な表面形態、及び望ましくない光電子特性をもたらした。ペロブスカイト光起電では、不完全な表面被覆により、非放射再結合が増加し、開回路電圧が低下する可能性がある。不十分な表面形態は、ペロブスカイト膜の成長と品質に悪影響を与える可能性がある。
【0004】
酸化ニッケルは、ＰＶ及びオプトエレクトロニクスデバイスの正孔輸送及び／又は電子遮断層として機能することが知られている。酸化ニッケル前駆体インクの以前のデモンストレーションは、しばしば不完全な表面被覆、不十分なフィルム形態、及び／又は望ましくない光電子特性をもたらした。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
概要
既存の解決策に関する前述の問題に対処するために、酸化ニッケル（ＮｉＯ）前駆体インクが開示されている。
既存の解決策に関する前述の問題に対処するために、酸化ニッケル（ＮｉＯ）前駆体インクが開示されている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
いくつかの実施形態によれば、酸化ニッケル層の調製に使用するための組成物は、硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ３）２・ｎＨ２Ｏ、ここで、ｎは、０、４、６又は９である）、少なくとも１つの酢酸金属(metal acetate)；及びジオール、アルコールアミン、及び水を含む、溶媒の組み合わせ；を包含する。
【0007】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル四水和物、酢酸銅一水和物、及びそれらの組み合わせの群から選択される。
【0008】
特定の実施形態では、前記溶媒の組み合わせは、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0009】
特定の実施形態では、前記溶媒の組み合わせは、エチレングリコール、エタノールアミン、水、及びアセチルアセトンを含む。
【0010】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル四水和物を含む。
【0011】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸銅一水和物を含む。
【0012】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル四水和物及び酢酸銅一水和物を含む。
【0013】
いくつかの実施形態によれば、酸化ニッケル前駆体インクを調製するための方法は、以下：
最初に、ジオール及びアルコールアミンを含む溶媒を調製すること；
次に、硝酸ニッケル含有溶液を形成するため、硝酸ニッケルを前記溶媒に添加すること；
次に、硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液を形成するため、前記硝酸ニッケル含有溶液に少なくとも１つの酢酸金属を添加すること；
次に、酸化ニッケル前駆体混合物を形成するため、前記硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液に水を添加すること；
次に、前記酸化ニッケル前駆体混合物を６０から７５℃に加熱すること；
最後に、前記酸化ニッケル前駆体インクを形成するため、前記酸化ニッケル前駆体混合物を冷却すること；
を包含する。
最初に、ジオール及びアルコールアミンを含む溶媒を調製すること；
次に、硝酸ニッケル含有溶液を形成するため、硝酸ニッケルを前記溶媒に添加すること；
次に、硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液を形成するため、前記硝酸ニッケル含有溶液に少なくとも１つの酢酸金属を添加すること；
次に、酸化ニッケル前駆体混合物を形成するため、前記硝酸ニッケル及び酢酸金属含有溶液に水を添加すること；
次に、前記酸化ニッケル前駆体混合物を６０から７５℃に加熱すること；
最後に、前記酸化ニッケル前駆体インクを形成するため、前記酸化ニッケル前駆体混合物を冷却すること；
を包含する。
【0014】
特定の実施形態では、前記硝酸ニッケルはＮｉ（ＮＯ３）２・ｎＨ２Ｏであり、且つ、ｎは、０、４、６又は９である。
【0015】
特定の実施形態では、前記硝酸ニッケルはＮｉ（ＮＯ３）２・ｎＨ２Ｏであり、且つｎは０、４、６又は９である。
【0016】
特定の実施形態では、前記酢酸金属はＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｘＨ２Ｏであり、且つｘは０、２又は４である。
【0017】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの酢酸金属は、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｘＨ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｂＨ２Ｏを含み、ここで、ｘが０、２又は４であり、且つｂが０又は１である。
【0018】
特定の実施形態では、前記硝酸ニッケルはＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏであり、且つ前記少なくとも１つの酢酸金属はＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏを含む。
【0019】
特定の実施形態では、前記酸化ニッケル前駆体混合物は、０．７Ｍから０．８Ｍの間のＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの濃度と、５０ｍＭから１１０ｍＭの間のＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの濃度を有する。
【0020】
特定の実施形態では、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの前記濃度は０．７２Ｍであり、且つＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの前記濃度は１０３ｍＭである。
【0021】
特定の実施形態では、前記酸化ニッケル前駆体混合物は、０．７Ｍから０．８Ｍの間のＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏの濃度、５０ｍＭから１１０ｍＭの間のＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏの濃度、及び２０ｍＭから４１．３ｍＭの間のＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏの濃度を有する。
【0022】
特定の実施形態では、前記溶媒は、エチレングリコール及びエタノールアミンを含む。
【0023】
特定の実施形態では、前記溶媒は、エチレングリコール及びエタノールアミンを含み；且つ前記エチレングリコール、エタノールアミン、及び水は、それぞれ１２：１．４６：１の体積比を有する。
【0024】
特定の実施形態では、当該方法は、５ｐｐｍ未満の水及び５ｐｐｍ未満の酸素を有する不活性雰囲気下で実施される。
【0025】
いくつかの実施形態によれば、酸化ニッケル層を堆積するための方法は、以下：
最初に、基板を準備すること；
次に、酸化ニッケル前駆体インクを前記基板上に堆積することであって、ここで、前記酸化ニッケル前駆体インクは、以下：
ジオール、アルコールアミン、及び水を含む溶媒；
Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２O；及び
Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏからなる群から選択される少なくとも１つの酢酸金属；
を包含すること；
次に、前記酸化ニッケル前駆体インクを２５０℃から４００℃の間の温度で１０分から６時間の間、アニーリングすること；
最後に、前記酸化ニッケル層を形成するため、前記酸化ニッケル前駆体インクを冷却すること；
を包含する。
最初に、基板を準備すること；
次に、酸化ニッケル前駆体インクを前記基板上に堆積することであって、ここで、前記酸化ニッケル前駆体インクは、以下：
ジオール、アルコールアミン、及び水を含む溶媒；
Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２O；及び
Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ及びＣｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・１Ｈ２Ｏからなる群から選択される少なくとも１つの酢酸金属；
を包含すること；
次に、前記酸化ニッケル前駆体インクを２５０℃から４００℃の間の温度で１０分から６時間の間、アニーリングすること；
最後に、前記酸化ニッケル層を形成するため、前記酸化ニッケル前駆体インクを冷却すること；
を包含する。
【0026】
特定の実施形態では、当該方法は、前記酸化ニッケル前駆体インクを前記基板上に堆積させる前に、酸化ニッケル前駆体インクを濾過することをさらに包含する。
【0027】
特定の実施形態では、前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0028】
特定の実施形態では、前記基板は、ガラス、ｐドープドシリコン、ｎドープドシリコン、サファイア、酸化マグネシウム、マイカ、ポリマー、セラミック、ファブリック、木材、ドライウォール（ｄｒｙｗａｌｌ）、金属、又はそれらの組み合わせ、及びインジウムドープド酸化スズ（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）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭素同素体、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される材料でコーティングされた前述の材料のいずれか、からなる群から選択される。
【0029】
特定の実施形態では、当該方法は、１０％から５０％の間の湿度、及び２０℃から６０℃の間の温度を有する環境下で実施される。
【0030】
特定の実施形態では、アニーリングは、３１０℃の温度で２時間の期間にわたって行われる。
【0031】
特定の実施形態によれば、酸化ニッケル層の調製に使用するための組成物は、少なくとも１つの硝酸金属、少なくとも１つの酢酸金属、及びジオール、アルコールアミン、及び水を含む溶媒の組み合わせ、を包含する。
【0032】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸銅を含み、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケルを含み；前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0033】
特定の実施形態では、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸銅を含み、且つ前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0034】
特定の実施形態では、ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケルを含み、且つ前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0035】
特定の実施形態では、ここで、前記少なくとも１つの硝酸金属は、硝酸ニッケルを含み、前記少なくとも１つの酢酸金属は、酢酸ニッケル及び酢酸銅を含み、且つ前記溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含む。
【0036】
本明細書に開示される酸化ニッケル前駆体インクは、溶液ベースのインク、又はスピンコーティング、ブレードコーティング、及びスロットダイコーティングなどの物理的蒸着方法を介して堆積され得る。本明細書に開示される酸化ニッケル前駆体インクはまた、インク配合及び添加剤工学を通じて調整可能性を提供する。本明細書に開示される溶液ベースの酸化ニッケル前駆体インクは、高スループット、低コストの堆積技術を可能にする。さらに、本明細書に開示される酸化ニッケル前駆体インクから調製された層／フィルムの透明性を高めることは、寄生吸収を低減し、短絡電流を増大させることができる。あるいは、より高いエネルギーの光子の吸収を増加させることは、ＵＶによって誘発される劣化のフィルタリングとして使用され得る。本明細書に開示される酸化ニッケル前駆体インクの配合は、異なる用途に選択性を提供する。
【0037】
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。当業者によって多くの変更を行うことができるが、そのような変更は本発明の精神の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【0038】
図面の簡単な説明
【発明を実施するための形態】
【0039】
好ましい実施形態の詳細な説明
本開示は、一般に、薄膜層を形成するための材料、材料を準備して薄膜層に適用する方法、及び短絡電流及び開回路電圧を増加させ、寄生吸収を低減するために、光学デバイス、電子デバイス、機械デバイス、及び光電池に薄膜層を使用する装置、に関する。より具体的には、本開示は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）前駆体インク組成物の形成、並びに装置、使用方法、及びそのような物質の組成物の調製、に関する。
本開示は、一般に、薄膜層を形成するための材料、材料を準備して薄膜層に適用する方法、及び短絡電流及び開回路電圧を増加させ、寄生吸収を低減するために、光学デバイス、電子デバイス、機械デバイス、及び光電池に薄膜層を使用する装置、に関する。より具体的には、本開示は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）前駆体インク組成物の形成、並びに装置、使用方法、及びそのような物質の組成物の調製、に関する。
【0040】
本開示のＮｉＯ前駆体インクは、硝酸ニッケル及び／又は酢酸ニッケルを包含し、且つジオール、水、及びアルコールアミンを含む溶媒混合物に溶解された硝酸金属又は酢酸金属を包含し得る。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、硝酸ニッケルと、ジオール、水、及びアルコールを含む溶媒混合物に溶解された１つ又は複数の酢酸金属とを包含する。他の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、酢酸ニッケル及び１つ又は複数の硝酸金属を包含し、且つジオール、水、及びアルコールアミンを含む溶媒混合物に溶解された硝酸ニッケルを包含しない。ＮｉＯ前駆体インク層が基板上に堆積された後、層及び／又はフィルムは、加熱及びアニールされ得、その結果、本開示で開示されるＮｉＯ前駆体インクによって形成される酸化ニッケル薄層／フィルムを生成する燃焼反応が生じる。得られた酸化ニッケル薄層／膜は、光起電力デバイスにおける効果的な正孔輸送層として役立つ可能性がある。
【0041】
いくつかの実施形態では、本開示のＮｉＯ前駆体インクは、本明細書に記載されるような他の金属を包含し得る。これらの金属は、得られる酸化ニッケル薄膜のドーパントとして作用し、ＮｉＯ前駆体インクに含まれる金属ドーパント（複数可）に応じて、正孔輸送又は電子輸送の酸化ニッケル薄膜をもたらす可能性がある。
【0042】
ＮｉＯ前駆体インクを調製するための化合物の例は、無水硝酸ニッケル、
硝酸ニッケル六水和物、硝酸ニッケル九水和物、硝酸ニッケル四水和物、硝酸ニッケル二水和物、及び硝酸ニッケルのいずれの誘導体水和物、及び無水酢酸ニッケル、酢酸ニッケル二水和物、酢酸ニッケル四水和物、及び無水硝酸銅、硝酸銅一水和物、硝酸銅三水和物、硝酸銅セスキ水和物、硝酸銅ヘミペンタ水和物、硝酸銅三水和物、硝酸銅六水和物、及び硝酸銅のいずれの誘導体水和物、及び無水酢酸銅、酢酸銅一水和物、を包含するが、これに限定されない。
硝酸ニッケル六水和物、硝酸ニッケル九水和物、硝酸ニッケル四水和物、硝酸ニッケル二水和物、及び硝酸ニッケルのいずれの誘導体水和物、及び無水酢酸ニッケル、酢酸ニッケル二水和物、酢酸ニッケル四水和物、及び無水硝酸銅、硝酸銅一水和物、硝酸銅三水和物、硝酸銅セスキ水和物、硝酸銅ヘミペンタ水和物、硝酸銅三水和物、硝酸銅六水和物、及び硝酸銅のいずれの誘導体水和物、及び無水酢酸銅、酢酸銅一水和物、を包含するが、これに限定されない。
【0043】
本開示のＮｉＯ前駆体インクは、アルコール―アミン添加剤を含むジオール溶媒中の硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ３）２）、酢酸金属、及び水の混合物を使用して配合することができる。特定の実施形態では、酢酸金属は、酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２）又は酢酸銅（Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２）の１つ以上であり、且つアミン、ジアミン、及びアセチルアセトン（及びそれらの誘導体）も、ＮｉＯ前駆体インクに含めることができる。ＮｉＯ薄膜を形成するため、ＮｉＯ前駆体インクを調合した後、それを堆積し、アニールすることができる。結果として生じるＮｉＯ薄膜は、ｐ型半導体であり得る。いくつかの実施形態では、さまざまな電子デバイス、これには太陽光発電（ＰＶ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード、Ｘ線検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）が含まれるが、これらに限定されない、でＮｉＯ薄膜を形成するため、ＮｉＯ前駆体インクを適用することができる。
【0044】
いくつかの実施形態において、酸化ニッケル前駆体インクは、エチレングリコール溶媒中の硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、水、及びエタノールアミンの混合物で調合されてもよい。他の実施形態では、酸化ニッケル前駆体インクは、エチレングリコール溶媒中の硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、水、エタノールアミン、及びアセチルアセトンの混合物で調合することができる。さらに他の実施形態では、酸化ニッケル前駆体インクは、エチレングリコール溶媒中の硝酸ニッケル、酢酸銅、水、及びエタノールアミンの混合物で調合されてもよい。さらに他の実施形態では、酸化ニッケル前駆体インクは、エチレングリコール溶媒中の硝酸ニッケル、酢酸銅、水、エタノールアミン、及びアセチルアセトンの混合物で調合されてもよい。他の実施形態において、酸化ニッケル前駆体インクは、エチレングリコール溶媒中の硝酸ニッケル、式Ｍ（ＣＨ３ＣＯ２）ｙを有する酢酸金属、式中、Ｍはいずれの金属であり（例えば、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ 、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、及びＵ）、且つｙは金属Ｍの酸化状態に対応する（例えば、ＭがＣｕ２＋の場合ｙ＝２、且つ、ＭがＷ６＋の場合ｙ＝６）、水、及びエタノールアミンの混合物で調合され得る。
【0045】
いくつかの実施形態では、硝酸ニッケルの水和物（例えば、Ｎｉ（ＮＯ３）２・ａＨ２Ｏ）、酢酸ニッケル（例えば、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｂＨ２Ｏ）、酢酸銅（例えば、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｃＨ２Ｏ）、又は酢酸金属（例えば、Ｍ（ＣＨ３ＣＯ２）ｙ・ｄＨ２Ｏ）は、本明細書に記載されるように、酸化ニッケル前駆体インク配合物に含めることができ、ここで、上記の式のａ、ｂ、ｃ、及びｄは、水和物中のＨ２Ｏ分子の数に対応する。
【0046】
いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクを調製するための化合物は、硝酸ニッケル六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、酢酸ニッケル四水和物（Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・４Ｈ２Ｏ）、硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ）、及び酢酸銅一水和物（Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯ２）・２Ｈ２Ｏ）を包含することができる。
【0047】
ＮｉＯ前駆体インクを調製するための溶媒の例には、１つ以上のグリセロール；エチレングリコール；プロピレングリコール；メタノール；エタノール；アルコール及びジオールなど、少なくとも１つのヒドロキシル基を含むいずれ他の化合物；アンモニア；アセトン；アセチルアセトン、及び少なくとも１つのカルボニル基を含むいずれの化合物；エチルアミン、及びその他のアリール及びアルキルアミン；エタノールアミン、及び少なくとも１つのヒドロキシル基を含むいずれのアミン；水；ジアミン及びポリアミン、及びＮｉＯ前駆体インクを調製するための化合物を溶解するのに適したいずれ他の溶媒、が含まれるが、これらに限定されない。
【0048】
特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクを調製するための溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を含み得る。特定の一実施形態では、溶媒は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を体積比１２：１．４６：１で含むことができる。
【0049】
特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクは、ジオール、アルコールアミン、及び水からなる溶媒混合物に溶解されたＮｉ（ＮＯ３）２及びＮｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２からなる。
【0050】
別の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、ジオール、アルコールアミン、及び水からなる溶媒混合物に溶解されたＮｉ（ＮＯ３）２及び酢酸金属（Ｍ（ＣＨ３ＣＯ２）ｙ）からなる。
【0051】
別の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、ジオール、アルコールアミン、及び水からなる溶媒混合物に溶解したＮｉ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２及び酢酸金属（Ｍ（ＣＨ３ＣＯ２）ｙ）からなる。
【0052】
別の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、ジオール、アルコールアミン、及び水からなる溶媒混合物に溶解した、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２及び硝酸金属（Ｍ（ＮＯ３）ｙ）からなる。
【0053】
別の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、ジオール、アルコールアミン、及び水からなる溶媒混合物に溶解した、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２と、金属硝酸塩（Ｍ（ＮＯ３）ｙ）からなる。
【0054】
ＮｉＯ前駆体インクの調製例は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水をそれぞれ５から２０対１から５対１から５の体積比で含む溶媒中に、０．７から０．８Ｍの硝酸ニッケル六水和物及び５０から１１０ｍＭの酢酸ニッケル四水和物を含むことができる。特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクの調製は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水を１２：１．４６：１の体積比で含む溶媒中に０．７２Ｍの硝酸ニッケル六水和物及び１０３ｍＭの酢酸ニッケル四水和物を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、０から２０モル％の銅及び０から５０モル％の酢酸(acetate)をさらに包含してもよい。
【0055】
ＮｉＯ前駆体インクの別の調製例は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水をそれぞれ５から２０対１から５対１から５の体積比で含む溶媒中に、０．７から０．８Ｍの硝酸ニッケル及び５０から１１０ｍＭの酢酸金属を含むことができる。特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクの調製は、エチレングリコール、エタノールアミン、及び水を１２：１．４６：１の体積比で含む溶媒中に０．７２Ｍの硝酸ニッケル六水和物及び１０３ｍＭの酢酸金属を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、０から２０モル％の銅及び０から５０モル％の酢酸アセテートをさらに含んでもよい。
【0056】
ＮｉＯ前駆体インクの別の調製例は、エチレングリコール、エタノールアミン、水をそれぞれ５から２０対１から５対１から５の体積比で含む溶媒中に０．７から０．８Ｍの硝酸ニッケル六水和物、５０から１１０ｍＭの酢酸ニッケル四水和物、及び２０から４１．３ｍＭの硝酸金属を含むことができる。特定の実施形態において、硝酸は、硝酸銅三水和物であり得る。特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクの調製は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水を１２：１．４６：１の体積比で含む溶媒中に０．７２Ｍの硝酸ニッケル六水和物、１０３ｍＭの酢酸ニッケル四水和物、及び３０ｍＭの金属硝酸塩を含むことができる。
【0057】
ＮｉＯ前駆体インクの別の調製例は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水をそれぞれ５から２０対１から５対１から５の体積比で含む溶媒中に０．７から０．８Ｍの硝酸ニッケル六水和物、５０から１１０ｍＭの酢酸ニッケル四水和物、及び２０から４１．３ｍＭの酢酸金属を含むことができる。いくつかの実施形態では、硝酸金属は酢酸銅であってもよい。特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクの調製は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水を１２：１．４６：１の体積比で含む溶媒中に０．７２Ｍの硝酸ニッケル六水和物、１０３ｍＭの酢酸ニッケル四水和物、及び３０ｍＭの酢酸金属を含み得る。
【0058】
ＮｉＯ前駆体インクの別の調製例は、エチレングリコール、エタノールアミン及び水をそれぞれ５から２０対１から５対１から５の体積比で含む溶媒中に０．７から０．８Ｍの硝酸金属及び５０から１１０ｍＭの酢酸ニッケル四水和物を含むことができる。特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクの調製は、１２：１．４６：１の体積比でエチレングリコール、エタノールアミン及び水を含む溶媒中に０．７２Ｍの硝酸金属及び１０３ｍＭの酢酸ニッケル四水和物を含み得る。
【0059】
ＮｉＯを調製するための例示的な方法は、以下のステップを含むことができるが、これらに限定されない。最初に、少なくとも１つのヒドロキシル基を含むジオール及びアミン（「アルコールアミン」）を含む溶媒が調製される。例えば、エチレングリコールにエタノールアミンを混合して溶媒を調製することができる。次に、Ｎｉ（ＮＯ３）２・ａＨ２Ｏが溶媒に加えられる。ここで、ａは０、４、６、又は９である。特定の実施形態において、硝酸ニッケルは、硝酸ニッケル六水和物（ａ＝６）であり得る。次に、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２・ｂＨ２Ｏを混合物に加える。ここで、ｂは０、２、又は４である。特定の実施形態では、酢酸ニッケルは酢酸ニッケル四水和物であり得る。次に、混合物に水を加える。次に、混合物を加熱する。最後に、混合物を冷却してＮｉＯ前駆体インクを形成する。特定の実施形態において、各成分が混合物に添加されるとき、混合物は、振動、かき混ぜ、攪拌、均質化、乱流の組み合わせ、渦流混合(vortex mixing)、又はいずれの他の既知の混合方法によって混合され得る。特定の実施形態において、ＮｉＯ層は、不活性雰囲気又は高湿度を有する雰囲気のいずれかで調製され得る（例えば、大気１リットルあたり４グラム超のＨ２Ｏ）。
【0060】
いくつかの実施形態では、冷却ステップの前に水を加えて、硝酸ニッケル六水和物の最終濃度が０．７から０．８Ｍであり、酢酸ニッケル四水和物の最終濃度が５０から１１０ｍＭであるようにすることができる。
【0061】
ＮｉＯ前駆体インクは、さまざまな基板上に堆積されて、光学、機械、及び電子アプリケーション、これには、太陽光発電（ＰＶ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード、Ｘ線検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）が含まれるが、これらに限定されない、で使用される薄膜ＮｉＯ層を形成することができる。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクによって形成された層は、光電池で使用されてもよい。特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクによって形成される層は、正孔輸送層及び／又は電子輸送層として使用され得る。特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクは、薄膜ＩＦＬとして堆積されてもよい。特定の実施形態では、ペロブスカイト光活性層を有する光起電装置内に薄膜ＮｉＯ層を形成するため、ＮｉＯ前駆体インクを堆積することができる。
【0062】
好適な基板材料は、次のうちいずれか１つ以上を包含する： ガラス；石英、ｐドープドシリコン基板；ｎドープドシリコン基板；サファイア；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）；マイカ；ポリマー（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＧ、ＰＥＳ、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）；セラミック；ファブリック（例えば、綿、絹、羊毛）；木材；ドライウォール；金属；及びそれらの組み合わせ。いくつかの実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクが堆積され得る基板は、電極でコーティングされ得る。電極は、アノード又はカソードのいずれでもよい。電極に好適な材料は、インジウムドープド酸化スズ（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）；カルシウム（Ｃａ）；マグネシウム（Ｍｇ）；チタン（Ｔｉ）；鉄（Ｆｅ）；クロム（Ｃｒ）；銅（Ｃｕ）；銀（Ａｇ）；ニッケル（Ｎｉ）；タングステン（Ｗ）；モリブデン（Ｍｏ）；炭素（及びその同素体）；及びそれらの組み合わせ、及び電極として機能し得る他のいずれの材料；を包含する。例えば、電極コーティングを有する基板は、ＩＴＯコーティングガラス、ＦＴＯコーティングガラス、Ａｇコーティングガラス、ＣｄＯコーティングガラス、ＩＴＯコーティングＰＥＴを包含することができる。
【0063】
いくつかの実施形態では、基板は、本明細書に記載されるように、１つ以上の界面層（ＩＦＬ）でさらにコーティングされてもよい。いくつかの実施形態では、ＩＦＬはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であり得る。いくつかの実施形態では、ＩＦＬは連続層を形成することができる。他の実施形態では、ＩＦＬは非連続層を形成することができる。
【0064】
ＮｉＯ前駆体インクを堆積するための例示的な方法は、基板を準備すること、基板上にＮｉＯ前駆体インクを堆積すること、ＮｉＯ前駆体インクをアニールすること、及び薄膜ＮｉＯ層を形成するため、ＮｉＯ前駆体インクを冷却すること、を包含することができるが、これらに限定されない。基板上にＮｉＯ前駆体インクを堆積することは、基板上に堆積された先行するいずれの層上にＮｉＯ前駆体インクを堆積することを包含し得る。例えば、電極層は、ＮｉＯ前駆体インクの堆積前に基板上に堆積され得、次に電極層上に堆積され得る。同様に、いくつかの実施形態では、電極層及び１つ以上の界面層が、ＮｉＯ前駆体インクの堆積前に基板上に堆積されてもよい。
【0065】
いくつかの実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクを堆積することは、スピンコーティング、ブレードコーティング、スロットダイコーティング、スクリーン印刷、ロールツーロールコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、又はグラビア印刷によって実行され得る。いくつかの実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクは、１０から５０％の相対湿度及び２０℃から６０℃の温度を有する環境において基板上に堆積され得る。特定の実施形態において、ＮｉＯ前駆体インクは、３５％の相対湿度及び３５℃の温度を有する環境において基板上に堆積され得る。いくつかの実施形態では、基板上に堆積される前に、ＮｉＯ前駆体インクを濾過することができる。特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクを濾過することは、０．２μｍフィルターを通してＮｉＯ前駆体インクを分配することを包含し得る。いくつかの実施形態において、アニーリングは、２５０℃から４００℃の間の温度で、３０分から６時間の間の期間行われてもよい。特定の実施形態では、アニーリングは、３１０℃の温度で２時間の期間行うことができる。いくつかの実施形態では、基板上でＩＦＬをアニールするステップは、５分当たり約５０℃の速度で温度を３５℃から３１０℃に上げることを包含することができる。ＮｉＯ前駆体インクのアニーリング後に形成されたＮｉＯ薄膜層を冷却することは、室温に近い環境で基板と薄膜層を休ませることにより、室温に近い温度（２０℃から５０℃）に冷却することを包含し得る。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ薄膜層は、第１のアニーリングステップの後に、上記と同じ方法で１回以上アニーリングされてもよい。例えば、本明細書に開示されるようにＮｉＯ薄膜層が堆積された基板は、その後の処理ステップの前に保管され、再アニールされてもよい。
【0066】
特定の実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクを堆積する方法は、基板を準備すること、アルミナ薄膜層を堆積すること、アルミナ薄膜上にＮｉＯ前駆体インクを堆積すること、ＮｉＯ薄膜を形成するため、ＮｉＯ前駆体インクをアニールすること、ペロブスカイト材料を堆積すること、界面層を堆積すること、及び電極を堆積すること、を包含することができる。いくつかの実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクを堆積することは、滴下することなく、基板上のＮｉＯ 前駆体インクの良好なカバレッジを確保するため、基板の一方の面から始まり、基板を行ごとに連続的に覆うパターンに従うことができる。
【0067】
図１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１０００の様式化された図を示す。デバイス１０００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１は図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、それに基づく実施形態は、本明細書で前述した「層」の使用法と一致する、そのような不連続の(discrete)層、及び／又は実質的に混合された非連続層を包含することができる。デバイス１０００は、第１及び第２の基板１０１０及び１０７０を包含する。第１の基板１０１０の内面には第１の電極１０２０が配置され、第２の基板１０７０の内面には第２の電極１０６０が配置される。活性層１１００は、２つの電極１０２０及び１０６０の間に挟まれている。活性層１１００は、界面層（ＩＦＬ）１０３０；光活性材料（ＰＡＭ）層１０４０；及びＩＦＬ １０５０；を包含する。
【0068】
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、１つ以上の基板をオプションで包含することができる。いくつかの実施形態において、第１及び第２の電極１０２０及び１０６０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、コーティングされるか、又はそうでなければ基板上に配置され得る。デバイスの組成の材料（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、全体的に又は部分的に剛性又は可撓性のいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、電極は基板として機能することができ、それにより、別個の基板の必要性をなくすことができる。
【0069】
第１及び第２の基板１０１０及び１０７０のいずれか又は両方などの基板は、可撓性又は剛性であり得る。２つの基板が含まれる場合、少なくとも１つは、電磁（ＥＭ）放射（例えば、ＵＶ、可視、又はＩＲ放射）に対して透明又は半透明でなければならない。１つの基板が含まれる場合、デバイスの一部がＥＭ放射が活性層１１００に接触することを可能にする限り、そうである必要はないが、同様に透明又は半透明であり得る。
【0070】
前述のように、電極（例えば、図１の電極１０２０及び１０６０の一方）は、アノード又はカソードのいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、一方の電極がカソードとして機能し、他方の電極がアノードとして機能し得る。電極１０２０及び１０６０のいずれか又は両方は、リード、ケーブル、ワイヤ、又はデバイス１０００へ及び／又はデバイス１０００からの電荷輸送を可能にする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することができ、且つ少なくとも１つの電極は、ＥＭ放射に対して透明又は半透明であるべきであり、及び／又はＥＭ放射が活性層１１００の少なくとも一部と接触できるように配置されるべきである。
【0071】
本明細書に記載の例示的なＮｉＯ前駆体インクは、界面層（ＩＦＬ）として、又は以下に説明する他のＩＦＬに加えて、ＮｉＯ薄膜層を形成するため、本明細書に記載の方法のいずれかによって堆積することができる。界面層は、隣接する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含んでもよい；また、界面層に隣接する材料の１つから電荷が移動すると、電荷の再結合の可能性を防止又は低減するのにも役立る。界面層はさらに、基板の粗さ、誘電率、接着性、欠陥の生成又は消滅(quenching)（例えば、電荷トラップ、表面状態）の変動を作成又は低減するため、その基板を物理的及び電気的に均質化することができる。好適な界面材料は、次のうちのいずれか１つ以上を包含してよい： Ａｇ；Ａｌ；Ａｕ；Ｂ；Ｂｉ；Ｃａ；Ｃｄ；Ｃｅ；Ｃｏ；Ｃｒ；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、ＶＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣ）;前述の金属のシリサイド（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、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＮｉＯ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２）は、インジウムスズ酸化物、アルミニウムドープド酸化亜鉛（ＡＺＯ）、カドミウム酸化物（ＣｄＯ）、フッ素ドープドスズ酸化物（ＦＴＯ）などの透明導電性酸化物（「ＴＣＯ」）を包含する；前述の金属の硫化物（例えば、ＣｄＳ、ＭｏＳ２、ＳｎＳ２）；前述の金属のいずれかの窒化物（例えば、ＧａＮ、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、ＧａＩｎＰ）；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ハロゲン化物（例えば、ＣｕＳＣＮ、ＡｕＣＮ、Ｆｅ（ＳＣＮ）２）；前述の金属のいずれかの炭酸塩(carbonates)（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；及びそれらの組み合わせ（いくつかの実施形態では、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では、界面層はペロブスカイト材料を包含することができる。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（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）を含むことができる。界面層は、上記の材料のうちの３つを有する化合物（例えば、ＣｕＴｉＯ３、Ｚｎ２ＳｎＯ４）又は上記の材料のうちの４つを有する化合物（例えば、ＣｏＮｉＺｎＯ）を含むこともできる。上記の材料は、平面、メソポーラス、又はその他のナノ構造の形態（例えば、棒、球、花、ピラミッド）、又はエアロゲル構造で存在する可能性がある。
【0072】
特定の実施形態では、本明細書に記載のアルミナＩＦＬ層は、以下の方法に従って堆積されてもよい。まず、アルミナ前駆体溶液を調製することができる。アルミナ前駆体溶液は、硝酸アルミニウムをブタノール、クロロホルム、及びメタノールの混合物に溶解することによって調製することができる。いくつかの実施形態では、ブタノール、クロロホルム、及びメタノールの溶液は、ブタノール、クロロホルム、及びメタノールの体積比が１：１：１であってもよい。特定の実施形態では、２５ｍＭの硝酸アルミニウムの濃度を有する溶液を形成するため、硝酸アルミニウムをブタノール、クロロホルム、及びメタノールに溶解することができる。
【0073】
次に、アルミナ前駆体溶液を基板上に堆積させることができる。アルミナ前駆体溶液を基板上に堆積することは、基板上に堆積された先行する層上にアルミナ前駆体溶液前駆体インクを堆積することを包含し得る。いくつかの実施形態において、アルミナ前駆体溶液は、とりわけ、本明細書に記載されるスピンコーティング、スロットダイコーティング、又はブレードコーティングによって堆積され得る。特定の実施形態において、アルミナ前駆体溶液は、１ｎｍから１００ｎｍの厚さの層をもたらすように堆積され得る。別の実施形態において、アルミナ前駆体溶液は、１ｎｍ未満の厚さで堆積され得る。いくつかの実施形態において、アルミナ前駆体溶液は、基板の全領域にわたって連続的に堆積され得る。他の実施形態では、アルミナ前駆体溶液が基板の領域の一部を覆うように、アルミナ前駆体溶液を不連続な方法で堆積させることができる。堆積後、アルミナ前駆体をアニールすることができる。アルミナ前駆体をアニールするには、基板の温度を２５分かけて３１０℃に上げ、その後、３１０℃で３５分間保持する。アルミナ前駆体をアニーリングすることは、制御された湿度環境で行うことができる。いくつかの実施形態において、制御された湿度環境は、アルミナ酸化物前駆体の堆積及びアニール中に２５％の相対湿度の湿度を維持するように制御され得る。アニーリング後、基板を周囲条件で室温まで冷却することができる。アニーリング及び冷却後、アルミナ前駆体がアルミナ層を形成し、後続の層が、本明細書に記載の方法によって、ＮｉＯ層などのアルミナ層上に堆積され得る。アルミナ層は、基板の表面上で連続的又は不連続的であり得る。
【0074】
本明細書ではＮｉＯ及び／又は酸化ニッケルと呼ばれるが、ニッケル及び酸素の様々な比率を酸化ニッケルの形成に使用できることに留意すべきである。したがって、本明細書で議論されるいくつかの実施形態は、ＮｉＯに関して説明されるが、そのような説明は、酸素中のニッケルの必要な比率を定義することを意図していない。むしろ、実施形態は、いずれの１つ以上の酸化ニッケル化合物を含んでもよく、それぞれは、ＮｉｘＯｙに従った酸化ニッケル比を持ち、ここで、ｘは整数又は非整数で、約１と１００の間のいずれの値であり得る。いくつかの実施形態では、ｘは約１から３の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１から１００の間の整数又は非整数のいずれの値である可能性がある。いくつかの実施形態では、ｙは２から４の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。さらに、アルファ、ガンマ、及び／又はアモルファス形態など、さまざまな実施形態において、ＮｉｘＯｙのさまざまな結晶形態が存在し得る。
【0075】
さらに、本明細書ではＡｌ２Ｏ３及び／又はアルミナと呼んでいるが、アルミナを形成する際に、様々な比率のアルミニウムと酸素を使用できることに留意されたい。したがって、本明細書で議論されるいくつかの実施形態は、Ａｌ２Ｏ３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必要な比率を定義することを意図していない。むしろ、実施形態は、いずれの１つ以上の酸化アルミニウム化合物を含んでもよく、それぞれＡｌｘＯｙに応じた酸化アルミニウム比率を有し、ここで、ｘは、約１から１００までの整数又は非整数のいずれの値である。いくつかの実施形態では、ｘは約１から３の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１から１００の間の整数又は非整数のいずれの値である可能性がある。いくつかの実施形態では、ｙは２から４の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。さらに、アルファ、ガンマ、及び／又はアルミナのアモルファス形態など、さまざまな結晶形態のＡｌｘＯｙが、さまざまな実施形態に存在し得る。
【0076】
さらに、本明細書で言及される金属酸化物は、金属と酸素のさまざまな比率を有することができる。実施形態は、いずれの１つ以上の金属酸化物化合物を包含することができ、それぞれがＭｘＯｙに応じた金属酸化物比率を有し、ここで、ｘは、約１から１００までの整数又は非整数のいずれの値である。いくつかの実施形態では、ｘは約１から３の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。同様に、ｙは、０．１から１００の間の整数又は非整数のいずれの値である可能性がある。いくつかの実施形態では、ｙは２から４の間であり得る（そして、再び、整数である必要はない）。さらに、アルファ、ガンマ、及び／又はアルミナのアモルファス形態など、ＭｘＯｙの様々な結晶形態が様々な実施形態に存在し得る。
【0077】
本明細書で議論される界面材料は、ドープされた組成物をさらに含むことができる。界面材料の特性（例えば、電気的、光学的、機械的）を変更するために、化学量論的又は非化学量論的材料は、１ｐｐｂから５０ｍｏｌ％の範囲の量の１つ以上の元素（例えば、Ｎａ、Ｙ、Ｍｇ、Ｎ、Ｐ）でドープすることができる。界面材料のいくつかの例は、次のようなものを包含する： ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭＯ３、ＺｎＯ、グラフェン、カーボンブラック。これらの界面材料の可能なドーパントの例は、次のようなものを包含する： 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、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のＡｌ。ドープされた界面材料への本明細書での言及は、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。
【0078】
光活性材料１０４０は、いずれの光活性化合物、例えば、シリコン（場合によっては単結晶シリコン）、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、銅インジウムガリウムセレン化物、ヒ化ガリウム、リン化ゲルマニウム、１つ以上の半導体ポリマー、及びそれらの組み合わせのうちのいずれか１つ以上など、を含むことができる。いくつかの実施形態では、光活性材料１０４０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は、式ＣＭＸ３を持つ組成を包含し、ここで、Ｃはカチオン、Ｍは金属カチオン、Ｘはアニオンである。いくつかの実施形態において、ペロブスカイト材料は、ＣＭＸ３として表される厳密な化学量論から逸脱し、準化学量論及び超化学量論組成の両方を包含することができる。このようなペロブスカイトは、式ＣｘＭｙＸｚで表すことができる。ここで、ｘ、ｙ、及びｚは実数である。いくつかの実施形態において、固体ペロブスカイト含有材料は、いずれの好適な手段（例えば、蒸着(vapor deposition)、溶液堆積、固体材料の直接配置など）によって堆積され得る。様々な実施形態によるデバイスは、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の光活性化合物（例えば、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上のペロブスカイト材料）を包含することができる。特定の実施形態では、光活性材料１０４０は、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３、５－ＡＶＡ．ＨＣ１：ＦＡＰｂＩ３、ＣＨＰ：ＦＡＰｂＩ３、Ｃｓ：ＦＡＰｂＩ３、ＦＡ：ＭＡ：ＣｓＰｂＩ３．ｙＢｒｙ、ＣｓＰｂＩ３、及び／又はＦＡ：ＭＡＰｂＩ３を包含することができる。ここで、ＭＡはメチルアンモニウム、ＦＡはホルムアミジニウム、５－ＡＶＡは５－アミノ吉草酸、ＣＨＰはＮ－シクロヘキシル－２－ピロリドンである。さらに、光活性材料１０４０は、先行するペロブスカイト材料の準化学量論的及び超化学量論的組成の両方を包含することができる。複数の光活性材料を包含する実施形態では、光活性材料のそれぞれは、１つ以上の界面層によって分離され得る。例えば、図２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２０００の様式化された図を示す。デバイス２０００は、第１及び第２の基板２０１０及び２０９０を包含する。第１の基板２０１０の内面には、第１の電極２０２０が配置され、第２の基板２０７０の内面には、第２の電極２０８０が配置される。活性層２１００は、２つの電極２０２０及び２０８０の間に挟まれている。活性層２１００は、ＩＦＬ２０３０；光活性材料（ＰＡＭ）層２０４０；ＩＦＬ ２０５０及び２０５５；ＰＡＭ層２０６０及びＩＦＬ１０７０；を包含する。いくつかの実施形態では、ＰＡＭ層２０４０及び２０６０は、異なる波長の光に応答して光活性である異なる光活性材料から構成され得る。
【0079】
電荷輸送材料（例えば、図３の電荷輸送層３０５０の電荷輸送材料）は、固体電荷輸送材料（つまり、口語でラベル付けされた固体電解質）を包含することができ、又は、液体電解質及び／又はイオン液体を包含してもよい。液体電解質、イオン液体、固体電荷輸送材料のいずれも電荷輸送材料と呼ぶことができる。本明細書で使用される「電荷輸送材料」は、電荷担体を収集及び／又は電荷担体を輸送することができる、固体、液体、又はその他の材料を指す。例えば、いくつかの実施形態によるＰＶデバイスにおいて、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場合がある。電荷キャリアは、正孔（その輸送により、電荷輸送材料が適切に「正孔輸送材料」とラベル付けされたものになる可能性がある）及び電子が包含する場合がある。ＰＶ又は他のデバイスにおけるカソード又はアノードに対する電荷輸送材料の配置に応じて、正孔はアノードに、電子はカソードに輸送され得る。いくつかの実施形態による電荷輸送材料の好適な例は、以下のうちの１つ以上を包含し得る： 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）；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）などのカルバゾール系共重合体；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）などの他の共重合体；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；フラーレン及び／又はフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０、ＰＣＢＭ）；及びそれらの組み合わせ。特定の実施形態では、電荷輸送材料は、電荷キャリア（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、固体又は液体のいずれの材料を包含することができる。したがって、いくつかの実施形態の電荷輸送材料は、ｎ型又はｐ型の活性及び／又は半導体材料であり得る。電荷輸送材料は、デバイスの電極の１つに近接して配置することができる。特定の実施形態では、電荷輸送材料のタイプは、それが近接する電極に基づいて選択されてもよい。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ように、それはアノードに近接していてもよい。しかしながら、電荷輸送材料は、代わりにカソードに近接して配置され、電子をカソードに輸送するように選択又は構築されてもよい。
【0080】
いくつかの実施形態では、以下に説明する図３に示すように、別のＩＦＬを１つのＩＦＬと１つの電極との間に配置することができる。
【0081】
図３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３０００の別の様式化された図を示す。デバイス３０００は、第１及び第２の基板３０１０及び３０７０を包含する。第１の電極３０２０は、第１の基板３０１０の内面に配置され、第２の電極３０６０は、第２の基板３０７０の内面に配置される。活性層３１００は、２つの電極３０２０及び３０６０の間に挟まれている。活性層３１００は、第１のＩＦＬ３０３０及び第２のＩＦＬ３０３５；光活性材料（ＰＡＭ） ３０４０；及びＣＴＬ ３０４０；を包含する。特定の実施形態では、デバイス３０００は、１つより多いＩＦＬ ３０１０を含み得る。
【0082】
様々な実施形態によれば、デバイス２０００は、いずれの２つの他の層及び／又は材料の間に界面層２０３０をオプションで包含することができるが、デバイス２０００は、いかなる界面層も含む必要はない。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むことができる。
【0083】
本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであるように、複数の光活性層を有するデバイスなど、様々な他の実施形態が可能である。いくつかの実施形態では、上述のように、各光活性層は、界面層によって分離され得る。
【0084】
図４は、様々な実施形態による例示的なデバイス４０００を示す。デバイス４０００は、第１及び第２のガラス基板４０１０及び４０７０を包含する実施形態を示す。第１の基板４０１０の内面には、第１の電極（ＩＴＯ）４０２０が配置され、第２の基板４０７０の内面には、第２電の極（Ａｌ）４０６０が配置される。活性層４１００は、２つの電極４０２０及び４０６０の間に挟まれている。活性層４１００は、ＩＦＬ（例えば、ＮｉＯ）４０３０、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３）４０４０、及び電荷輸送層４０５０を包含する。
【0085】
図５は、様々な実施形態による別の例示的なデバイス５０００を示す。デバイス５０００は、第１及び第２のガラス基板５０１０及び５０８０を包含する実施形態を示す。第１の基板５０１０の内面には第１の電極（ＩＴＯ）５０２０が配置され、第２の基板５０８０の内面には第２の電極５０７０が配置される。第２の電極５０７０は、クロム－アルミニウム二重層（Ｃｒ／Ａ１）であってもよく、ここで、クロムの層がアルミニウムの層でコーティングされ、二重層を形成する。活性層５１００は、２つの電極５０２０及び５０７０の間に挟まれている。活性層５１００は、ＩＦＬ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）４０３０、第２のＩＦＬ（例えば、ＮｉＯ）５０４０、光活性材料（例えば、ＭＡＰｂＩ３、ＦＡＰｂＩ３）５０５０、及び電荷輸送層（例えば、Ｃ６０）５０６０を包含する。
【0086】
図６は、本明細書に開示される方法より前の方法により生成されたＮｉＯ層の一例のＳＥＭ写真を示す。ＳＥＭ写真は、同じＮｉＯ層を１０，０００倍の倍率（上）と１００，０００倍の倍率（下）で撮影したものである。示されているＮｉＯ層は、Ｓｔｅｉｒｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｍａｔｅｒ． Ｃｈｅｍ． Ａ， ２０１５， ３， １０９４９， Ｎｉｃｋｅｌ ｏｘｉｄｅ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ ｎｉｃｋｅｌ ｆｏｒｍａｔｅ－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ： ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅに開示されているＮｉＯ前駆体溶液の調合によって生成された。ＳＥＭ画像は、従来の方法で形成されたＮｉＯ層が、画像に見られるかなりの数の大きくて明確な暗い領域と明るい領域によって示される、不十分なカバレッジと不規則な粒子構造を持っていることを示している。これは、（ｉ）ＮｉＯ層が光起電力デバイスに適用されたときに寄生吸収損失を引き起こす欠陥につながる、（ｉｉ）カバレッジが不完全で不均一になり、シャントや直列抵抗の損失が発生する、及び／又は（ｉｉｉ）望ましくない表面粗さにつながる可能性がある。
【0087】
図７ＡからＣは、特定の実施形態による、本明細書に開示される例示的なＮｉＯ層のＳＥＭ写真を示す。本明細書に記載の方法に基づいて形成されたＮｉＯ層は、図６に示されるＮｉＯ層と比較して優れたフィルム被覆率を示す。この実施形態において、ＮｉＯ層を形成するために堆積されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、エチレングリコール中に０．９５Ｍの硝酸ニッケル六水和物及び２１３モル％のエタノールアミンを含み得る。ここで、エタノールアミンのモルパーセントはＮｉモルに対する相対値である。図７Ａは、２０，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図７Ｂは、５０，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図７Ｃは、２００，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層のプロファイルを撮影した２つの画像を示す。画像からわかるように、本明細書に開示される方法により生成されるＮｉＯ層は、図６に示される従来の方法により生成されるＮｉＯ層よりもはるかに均一な粒子構造を有し、本明細書に記載の光起電デバイスに適用すると、カバレッジが改善され、寄生吸収が低下する。
【0088】
図８ＡからＥは、特定の実施形態による、本明細書に開示される別の例示的なＮｉＯ層のＳＥＭ写真を示す。本明細書に記載の方法に基づいて形成されたＮｉＯ層は、図６に示されるＮｉＯ層と比較して優れたフィルム被覆率を示し、その結果、より優れた電子性能が得られる可能性がある。図８Ａは、５，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図８Ｂは、２０，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図８Ｃは、５０，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図８Ｄは、２００，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層の表面の画像を示し、図８Ｅは、１５０，０００倍の倍率で撮影されたＮｉＯ層のプロファイルを撮影した２つの画像を示す。この実施形態では、ＮｉＯ層を形成するために堆積されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、エチレングリコール中の０．９５Ｍの硝酸ニッケル六水和物、５モル％の酢酸銅一水和物、２３１モル％のエタノールアミン、及び４８８モル％の水を含み得る。ここで、酢酸銅一水和物、エタノールアミン、及び水のモルパーセントは、Ｎｉモルに対する相対値である。図７ＡからＣに示す画像と同様に、図８ＡからＥに描かれたＮｉＯ層は、図６に描かれた従来の方法によって生成されたＮｉＯ層よりも著しく均一な構造を示す。例えば、図８Ｄにおいて、暗い領域として示される粒界は、２００，０００倍の倍率で見ると、図６に暗い領域として示されている粒界よりも、１００，０００倍の倍率で見たときの粒界よりも実質的に小さく、より規則的な間隔である。
【0089】
図９ＡからＣは、ＮｉＯ層を形成するために使用されるＮｉＯ前駆体インク中に５モル％のＣｕ及び５モル％の酢酸(acetate)を有する、本明細書に記載の例示的なＮｉＯ層のＳＥＭ写真を示す。図９ＡからＣは、それぞれ２０，０００倍、５０，０００倍、及び１５０，０００倍の倍率でキャプチャされた、光起電デバイス内に配置されたＮｉＯ層のプロファイル画像を示す。ＮｉＯ層は、各画像の中心を横切る「バンド」として画像に表示される。
【0090】
図１０ＡからＣは、ＮｉＯ層を形成するために使用されるＮｉＯ前駆体インク中に５モル％のＣｕ及び１２．５モル％の酢酸(acetate)を有する、本明細書に記載の別の例示的なＮｉＯ層のＳＥＭ写真を示す。図１０ＡからＣは、それぞれ２０，０００倍、５０，０００倍、及び１５０，０００倍の倍率でキャプチャされた、光起電デバイス内に配置されたＮｉＯ層のプロファイル画像を示す。ＮｉＯ層は、各画像の中心を横切る「バンド」として画像に表示される。
【0091】
図１１ＡからＣは、特定の実施形態による、さらに別の例示的なＮｉＯ層のＳＥＭ写真を示す。図１０ＡからＣは、それぞれ２０，０００倍、５０，０００倍、及び１５０，０００倍の倍率でキャプチャされた、光起電デバイス内に配置されたＮｉＯ層のプロファイル画像を示す。本明細書に記載の方法に基づいて形成された図示のＮｉＯ層は、図５に示されるＮｉＯ層と比較して優れた膜被覆率を示し、より優れた電子性能をもたらす可能性がある。この実施形態では、ＮｉＯ前駆体インクの配合は、エチレングリコール中の０．８７Ｍの硝酸ニッケル六水和物、０．１２Ｍの酢酸ニッケル四水和物、２００モル％のエタノールアミン、及び４６４モル％の水を含み得る。ここで、エタノールアミンと水のモルパーセントはＮｉモルに対する相対値です。
【0092】
図１２から１４は、特定の実施形態による、本明細書に開示される方法及び組成物によって光起電デバイスにおいて生成される様々なＮｉＯ層について、それぞれ、ＵＶ―Ｖｉｓ吸収図、フォトルミネッセンス（ＰＬ）図、及びフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）図を示す。これらのさまざまな層をサンプル番号１３乃至１８と呼び、各サンプルの各ＮｉＯ層の組成を以下でより詳細に説明する。サンプル番号１６、１７、及び１８は、ＦＡＰｂＩ３の３５０ｎｍ層をさらに包含する。図１５は、特定の実施形態による、サンプル番号１３から１５の例示的なフィルムスタックの様式化された図を示す。図１６は、特定の実施形態による、サンプル番号１６から１８の例示的なフィルムスタックの様式化された図を示す。いくつかの実施形態では、図１５に示すＮｉＯ層を有する薄膜スタックは、基板、界面層、及び本明細書に記載の方法によって調製及び堆積されたＮｉＯ層を含むことができる。いくつかの実施形態では、図１６に示すＮｉＯ層を有する薄膜スタックは、基板、界面層、本明細書に記載の方法によって調製及び堆積されたＮｉＯ層、及びペロブスカイト材料の層を含むことができる。基板はＩＴＯコーティングされたガラスであってもよい。界面層は、Ａｌ２Ｏ３層であってもよい。ペロブスカイト材料はＦＡＰｂＩ３であり得る。
【0093】
サンプル番号１３から１７のサンプル番号のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、体積比１２：１．４６：１のエチレングリコール、エタノールアミン、及び水の混合溶媒中に０．７２Ｍの硝酸ニッケル六水和物及び０．１から１１０ｍＭの酢酸ニッケル四水和物を包含し、各サンプルについて以下に説明するように、銅及び酢酸塩の最終濃度を得るために、追加の酢酸銅を加えた。サンプル番号１３のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、５モル％のＣｕ及び５モル％の酢酸(acetate)を包含する。サンプル番号１４のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、０モル％のＣｕ及び１２．５モル％の酢酸を包含する。サンプル番号１５のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、５モル％のＣｕ及び１２．５モル％の酢酸を包含する。サンプル番号１６のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、５モル％のＣｕ及び５モル％の酢酸を包含する。サンプル番号１７のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、０モル％のＣｕ及び１２．５モル％の酢酸を包含する。サンプル番号１８のＮｉＯ層を生成するために使用されるＮｉＯ前駆体インクの配合は、５モル％のＣｕ及び１２．５モル％の酢酸を包含する。上記の各サンプルにおいて、ＣｕとＮｉの合計モル数に対するＣｕのモルパーセンテージが示されている。酢酸とニッケルの合計モル数に対する酢酸のモルパーセンテージが表示される。
【0094】
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、いずれの有機又は他の光学、機械、又は電子デバイスに有利に使用することができ、いくつかの例には以下が含まれるが、これらに限定されない： バッテリー、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、非線形光学デバイス、メモリスタ、コンデンサ、整流器、及び／又は整流アンテナ。
【0095】
したがって、本発明は、言及された目的及び利点、ならびにそれに固有の目的及び利点を達成するためによく適合されている。本発明は、本明細書の教示の利益を享受する当業者には明らかな、異なるが同等の方法で修正及び実施され得るため、上記に開示された特定の実施形態は単なる例示である。さらに、本明細書に示される構造又は設計の詳細は、請求項に記載されているもの以外に限定されるものではない。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することができ、そのような変更はすべて本発明の範囲及び精神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すべての範囲（「約ａから約ｂまで」、又は同等に「ほぼａからｂまで」、又は同等に「ほぼａーｂから」という形式の）は、それぞれの値の範囲のべき集合（すべてのサブセットのセット）を指すものと理解されるべきであり、より広い範囲の値に含まれるすべての範囲を説明する。また、請求項の用語は、特許権者によって明示的かつ明確に定義されていない限り、平易な通常の意味を持つ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】