JP2008544555A - 電極の調製方法 - Google Patents
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Abstract
電極の調製方法と、関連したデバイス、部品、システムおよび方法とを開示する。
Description
本開示は、電極の調製方法と、関連したデバイス、部品、システムおよび方法とに関する。
光電池は、光形態のエネルギーを電気形態のエネルギーへ変換するために一般に用いられる。典型的な光電池は、２つの電極の間に配置された光活性材料を備える。一般に、光は一方または両方の電極を通過して、光活性材料と相互作用する。その結果、一方または両方の電極が光（例えば、光活性材料によって吸収される１つ以上の波長の光）を透過させる性能によって、光電池の総効率は制限される。半導体材料の導電性は導電性材料よりも低い場合があるが、半導体材料は多くの導電性材料よりも光をよく透過させるため、多くの光電池では、光が通過する電極の形成に半導体材料（例えば、インジウムスズ酸化物）のフィルムが用いられる。
一態様では、本発明は、金属層を支持する第１の層とダイを接触させ、金属層のうちの少なくとも一部を第２の層へ転写して光電池電極を形成する工程を含む方法を特徴とする。
別の態様では、本発明は、圧着加工を用いて光電池の電極を形成する工程を含む方法を特徴とする。
さらに別の態様では、本発明は、圧着加工を用いて多層デバイスの電極を形成する工程を含む方法を特徴とする。
さらに別の態様では、本発明は、圧着加工を用いて多層デバイスの電極を形成する工程を含む方法を特徴とする。
実施形態には、次の態様のうちの１つ以上が含まれてよい。
方法は、約１００℃以上（例えば、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上または約３００℃以上）までダイを加熱する工程を、さらに含んでよい。
方法は、約１００℃以上（例えば、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上または約３００℃以上）までダイを加熱する工程を、さらに含んでよい。
接触させる工程は、ダイに約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上（例えば、約６．８９５ＭＰａ（約１，０００ｐｓｉ）以上または約３４．４７ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）以上）の圧力を加える工程を含んでよい。
方法は、金属層と第１の層との間に放出層を配置する工程を、さらに含んでよい。一部の実施形態では、放出層はポリエステル（例えば、脂肪族ポリエステル）またはポリエチレン（例えば、低分子量ポリエチレン）を含む。
金属層は、アルミニウム、鉄、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、チタンまたはそれらの合金を含んでよい。
電極はメッシュ電極であってよい。
電極はメッシュ電極であってよい。
メッシュ電極は、その少なくとも一部が長方形、正方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形または不定形である、複数の開放領域を含んでよい。一実施形態では、複数の開放領域の少なくとも一部は、波状、傾斜状、アーチ状、点状、縞状または格子状の形状である。
第２の層は光電池の基板であってよい。一実施形態では、方法は基板に光活性材料を付着させる工程をさらに含んでよい。一実施形態では、光活性材料は電子供与性材料および
電子受容性材料を含んでよい。他の実施形態では、光活性材料は相互接続した感光性ナノ粒子材料を含んでよい。
電子受容性材料を含んでよい。他の実施形態では、光活性材料は相互接続した感光性ナノ粒子材料を含んでよい。
電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。
電子供与性材料は、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。
相互接続した感光性ナノ粒子材料は、セレン化物、硫化物、テルル化物、チタン酸化物、タングステン酸化物、亜鉛酸化物、ジルコニウム酸化物およびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。
ダイはメッシュパターンを有する表面を含んでよい。一部の実施形態では、この表面のうちの少なくとも一部は平坦面または湾曲面である。ダイは回転式の工具または固定式の工具に取り付けられてよい。
第１の層または第２の層はフレキシブル基板を含んでよい。一部の実施形態では、第１の層または第２の層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルケトンおよびそれらの組み合わせから選択されたポリマーを含んでよい。
多層デバイスは液晶ディスプレイ、発光ダイオードまたは光電モジュールを含んでよい。液晶ディスプレイはバックライト式または反射式であってよい。
実施形態では、次の利点のうちの１つ以上が提供されてよい。
実施形態では、次の利点のうちの１つ以上が提供されてよい。
電極は、高導電性、高透明性、またはその両方であることが可能である。
方法は、１つの表面が導電性および透明である必要のある適切な発光デバイスまたは吸光デバイスにおいて用いられることが可能である。
方法は、１つの表面が導電性および透明である必要のある適切な発光デバイスまたは吸光デバイスにおいて用いられることが可能である。
方法は、ロールツーロール法などの連続工程において用いられることが可能である。
他の特徴および利点は、明細書、図面および特許請求の範囲から明らかとなる。
様々な図面において、同様の参照符号は同様の要素を示す。
他の特徴および利点は、明細書、図面および特許請求の範囲から明らかとなる。
様々な図面において、同様の参照符号は同様の要素を示す。
一般に、本開示は電極の調製方法に関する。
一部の実施形態では、次の方法によって、メッシュ電極を層に圧着加工することが可能である。その表面へパターン（例えば、メッシュパターン）の機械加工されたダイ（例えば、熱圧着ダイ）を第１の層（例えば、フレキシブル基板）の背面と接触させる。第１の層の前面を、連続的な金属層でコーティングする。次いで、第１の層の前面を、受容層として作用する第２の層と接触させる。ダイへ圧力が加えられると、第１の層の前面上の金属層は第２の層へ転写されて付着する。ダイに加えられる圧力は、約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上（例えば、約６．８９５ＭＰａ（約１，０００ｐｓｉ）以上または約３４．４７ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）以上）である。一部の実施形態では、ダイが第１の層の背面と接触する前に、第１の層の前面を第２の層と接触させる。
一部の実施形態では、次の方法によって、メッシュ電極を層に圧着加工することが可能である。その表面へパターン（例えば、メッシュパターン）の機械加工されたダイ（例えば、熱圧着ダイ）を第１の層（例えば、フレキシブル基板）の背面と接触させる。第１の層の前面を、連続的な金属層でコーティングする。次いで、第１の層の前面を、受容層として作用する第２の層と接触させる。ダイへ圧力が加えられると、第１の層の前面上の金属層は第２の層へ転写されて付着する。ダイに加えられる圧力は、約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上（例えば、約６．８９５ＭＰａ（約１，０００ｐｓｉ）以上または約３４．４７ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）以上）である。一部の実施形態では、ダイが第１の層の背面と接触する前に、第１の層の前面を第２の層と接触させる。
一部の実施形態では、第１の層の前面から第２の層へ金属層を転写するように、ダイを適温（例えば、約１００℃以上、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上また
は約３００℃以上）まで加熱する。
は約３００℃以上）まで加熱する。
一部の実施形態では、金属層の放出を補助するように、金属層と第１の層との間に放出層が設けられる。放出層は圧着処理中にダイの温度未満で液化する材料を含んでよい。そのような材料の例には、ワックスまたは低融点のポリマー（例えば、脂肪族ポリエステルまたは低分子量ポリエチレン）が含まれる。
一部の実施形態では、上述の方法を用いて、液晶ディスプレイ、発光ダイオードまたは光電モジュールなどの多層デバイスの電極を調整することが可能である。光電モジュールは、有機光電池、色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）、タンデム型電池など、１つ以上の光電池を含んでよい。
一部の実施形態では、上述の方法を用いて、光電池の電極を調製することが可能である。例えば、図１（ａ）には、光活性材料でコーティングされた複数の領域１１１を含む、受容基板１１０の平面図を示す。受容基板１１０を光電池における基板として用いることが可能である。図１（ｂ）には、金属層１２２でコーティングされた転写基板１２０の正面図を示す。図１（ｃ）は、表面の上にメッシュパターン１３３を有するダイ１３０の平面図である。圧着処理中に、ダイ１３０を転写基板１２０の背面と接触させることが可能であり、転写基板１２０の前面を受容基板１１０と接触させることが可能である。ダイへ圧力が加えられると、転写基板１２０上の金属層１２２は受容基板１１０へ転写されて付着する。図１（ｄ）には、メッシュ電極１４４を有する基板１４０の平面図を示す。図１（ｄ）に示すように、メッシュ電極１４４は、メッシュ電極１４４の開放領域に光活性材料が配置されるように基板１４０上に形成される。
一部の実施形態では、上述の方法を用いて、有機光電池において用いられる基板上に電極を印刷することが可能である。図２には、有機光電池２００の断面図を示す。有機光電池２００は、透明基板２１０、メッシュカソード２２０、ホールキャリア層２３０、光活性層（電子受容性材料および電子供与性材料を含有する）２４０、ホールブロック層２５０、アノード２６０、および基板２７０を備える。
図３，４は、それぞれメッシュ電極の正面図、断面図を示す。図３，４に示すように、メッシュカソード２２０は中実領域２２２および開放領域２２４を備える。一般に、開放領域２２４を介して光が通過し、中実領域２２２を介して電子が伝導することがメッシュカソード２２０によって可能となるように、中実領域２２２は導電性材料から形成される。
図３，４に示すように、メッシュカソード２２０は中実領域２２２および開放領域２２４を備える。一般に、開放領域２２４を介して光が通過し、中実領域２２２を介して電子が伝導することがメッシュカソード２２０によって可能となるように、中実領域２２２は導電性材料から形成される。
メッシュカソード２２０において開放領域２２４が占める領域（メッシュカソード２２０の開放面積）は、所望の通りに選択可能である。一般に、メッシュカソード２２０の開放面積は、メッシュカソード２２０の全面積のうちの約１０％以上（例えば、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上）、約９９％以下（例えば、約９５％以下、約９０％以下、約８５％以下）またはその両方である。
様々な手法によってメッシュカソード２２０を調製することが可能である。一部の実施形態では、上述のように、メッシュ電極を層（例えば、基板）の上に圧着加工することが
可能である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０は、中実領域２２２を形成する材料のワイヤを織ることにより形成される、メッシュ織物である。例えば、平織り、畳織り（Ｄｕｔｃｈ ｗｅａｖｅ）、綾織り（ｔｗｉｌｌ ｗｅａｖｅ）、綾畳織り、またはそれらの組み合わせを用いて、ワイヤを織ることが可能である。一定の実施形態では、メッシュカソード２２０は溶接されたワイヤメッシュから形成される。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０はエキスパンドメッシュ形体である。例えば、材料（例えば、金属などの導電性材料）のシートから開放領域２２４を取除き（例えば、レーザ除去、化学的エッチング、穿孔によって）、続いてシートを伸展する（例えば、シートを２次元に伸展する）ことによって、金属エキスパンドメッシュを調製することが可能である。一定の実施形態では、メッシュカソード２２０は、開放領域２２４を取除くこと（例えば、レーザ除去、化学的エッチング、穿孔によって）によって形成される金属シートであり、続くシートの伸展は行わない。
可能である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０は、中実領域２２２を形成する材料のワイヤを織ることにより形成される、メッシュ織物である。例えば、平織り、畳織り（Ｄｕｔｃｈ ｗｅａｖｅ）、綾織り（ｔｗｉｌｌ ｗｅａｖｅ）、綾畳織り、またはそれらの組み合わせを用いて、ワイヤを織ることが可能である。一定の実施形態では、メッシュカソード２２０は溶接されたワイヤメッシュから形成される。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０はエキスパンドメッシュ形体である。例えば、材料（例えば、金属などの導電性材料）のシートから開放領域２２４を取除き（例えば、レーザ除去、化学的エッチング、穿孔によって）、続いてシートを伸展する（例えば、シートを２次元に伸展する）ことによって、金属エキスパンドメッシュを調製することが可能である。一定の実施形態では、メッシュカソード２２０は、開放領域２２４を取除くこと（例えば、レーザ除去、化学的エッチング、穿孔によって）によって形成される金属シートであり、続くシートの伸展は行わない。
一定の実施形態では、中実領域２２２は完全に導電性材料から形成される（例えば、中実領域２２２は、ほぼ一様な導電性材料から形成される）。中実領域２２２に用いることの可能な導電性材料の例には、導電性金属、導電性合金、および導電性ポリマーが含まれる。代表的な導電性金属には、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金およびチタンが含まれる。代表的な導電性合金には、ステンレス鋼（例えば、３３２ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼）、金の合金、銀の合金、銅の合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金の合金、およびチタン合金が含まれる。代表的な導電性ポリマーには、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン（例えば、ドープしたポリアニリン）、ポリピロール（例えば、ドープしたポリピロール）が含まれる。一部の実施形態では、導電性材料の組み合わせが用いられる。一部の実施形態では、中実領域２２２の抵抗は約３オーム／平方未満であってよい。
図５に示すように、一部の実施形態では、中実領域２２２は、異なる材料３０４でコーティング（例えば、メタライゼーションを用いて、蒸着を用いて）された材料３０２から形成される。一般に、材料３０２は任意の所望の材料（例えば、電気絶縁材料、導電性材料または半導体材料）から形成されてよく、材料３０４は導電性材料である。材料３０２を形成可能な電気絶縁材料の例には、織布、光ファイバ材料、ポリマー性材料（例えば、ナイロン）および天然材料（例えば、亜麻、木綿、羊毛、絹）が含まれる。材料３０２を形成可能な導電性材料の例には、上述の導電性材料が含まれる。材料３０２を形成可能な半導体材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物および亜鉛酸化物が含まれる。一部の実施形態では、材料３０２は繊維形状であり、材料３０４は材料３０２上へコーティングされた導電性材料である。一定の実施形態では、材料３０２はメッシュ形状（上述を参照）であり、メッシュへと形成された後、材料３０４でコーティングされる。一例では、材料３０２は金属エキスパンドメッシュであってよく、材料３０４はその金属エキスパンドメッシュへコーティングされたＰＥＤＯＴであってよい。
一般に、メッシュカソード２２０の最大厚さ（すなわち、基板２１０がメッシュカソード２２０と接触している表面に対しほぼ垂直な方向へのメッシュカソード２２０の最大厚さ）は、ホールキャリア層２３０の全厚さ未満である。典型的には、メッシュカソード２２０の最大厚さは、０．１μｍ以上（例えば、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．５μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．７μｍ以上、約０．８μｍ以上、約０．９μｍ以上、約１μｍ以上）、約１０μｍ以下（例えば、約９μｍ以下、約８μｍ以下、約７μｍ以下、約６μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下）、またはその両方である。
図３には長方形の形状を有するように示したが、一般に、開放領域２２４を任意の所望
の形状（例えば、正方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形、不定形）とすることが可能である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０の異なる開放領域２２４の形状は異なってよい。
の形状（例えば、正方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形、不定形）とすることが可能である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０の異なる開放領域２２４の形状は異なってよい。
図４には正方形の断面形状を有するように示したが、一般に、中実領域２２２を任意の所望の形状（例えば、長方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形、不定形など）とすることが可能である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０の異なる中実領域２２２の形状は異なってよい。中実領域２２２の断面が円形である実施形態では、断面の直径は約５μｍ〜約２００μｍの範囲であってよい。中実領域２２２の断面が台形である実施形態では、断面の高さは約０．１μｍ〜約５μｍの範囲であってよく、断面の幅は約５μｍ〜約２００μｍの範囲であってよい。
一部の実施形態では、メッシュカソード２２０は可撓性（例えば、連続的なロールツーロール製造プロセスを用いて光電池２００に組込まれるのに充分に柔軟）である。一定の実施形態では、メッシュカソード２２０は半剛性または不撓性である。一部の実施形態では、メッシュカソード２２０の異なる領域は、可撓性、半剛性、または不撓性であってよい（例えば、１つ以上の可撓性領域および異なる１つ以上の半剛性領域、１つ以上の可撓性領域および異なる１つ以上の不撓性領域）。
一般に、メッシュ電極２２０を基板２１０に配置することが可能である。一部の実施形態では、メッシュ電極２２０を基板２１０に部分的に埋め込むことが可能である。
基板２１０は一般に透明材料から形成される。本明細書では、光電池２００において用いられる厚さにて、光電池の動作中に用いられる波長または波長範囲の入射光のうちの約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上）を透過させる材料を、透明材料と呼ぶ。基板２１０を形成可能な代表的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルケトンおよびそれらの組み合わせが含まれる。一定の実施形態では、ポリマーはフッ素化ポリマーであってよい。一部の実施形態では、ポリマー材料の組み合わせを用いる。一定の実施形態では、基板２１０の異なる領域は、異なる材料から形成されてよい。
基板２１０は一般に透明材料から形成される。本明細書では、光電池２００において用いられる厚さにて、光電池の動作中に用いられる波長または波長範囲の入射光のうちの約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上）を透過させる材料を、透明材料と呼ぶ。基板２１０を形成可能な代表的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルケトンおよびそれらの組み合わせが含まれる。一定の実施形態では、ポリマーはフッ素化ポリマーであってよい。一部の実施形態では、ポリマー材料の組み合わせを用いる。一定の実施形態では、基板２１０の異なる領域は、異なる材料から形成されてよい。
一般に、基板２１０は、可撓性、半剛性または剛性（例えば、ガラスなど）であることが可能である。一部の実施形態では、基板２１０の曲げ弾性率は約５，０００ＭＰａ未満である。一定の実施形態では、基板２１０の異なる領域は、可撓性、半剛性または不撓性であってよい（例えば、１つ以上の可撓性領域および異なる１つ以上の半剛性領域、１つ以上の可撓性領域および異なる１つ以上の不撓性領域）。
典型的には、基板２１０の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約１，０００μｍ以下（例えば、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）、またはその両方である。
一般に、基板２１０は有色または無色であってよい。一部の実施形態では、基板２１０のうちの１つ以上の部分は有色であり、基板２１０のうちの異なる１つ以上の部分は無色である。
基板２１０は、１つの平坦面（例えば、光の衝突面）を備えてもよく、２つの平坦面（例えば、光の衝突面および対向面）を備えてもよく、あるいは平坦面を備えなくてもよい。基板２１０非平坦面は、例えば、湾曲面または段を有する面であってよい。一部の実施形態では、基板２１０の非平坦面はパターンを形成されている（例えば、フレネルレンズ
、レンチキュラーレンズまたはレンチキュラープリズムを形成するようなパターンの形成された段を備える）。
、レンチキュラーレンズまたはレンチキュラープリズムを形成するようなパターンの形成された段を備える）。
ホールキャリア層２３０は、一般に、光電池２００に用いられる厚さにて、メッシュカソード２２０へホールを輸送するとともに、メッシュカソード２２０への電子の輸送をほぼ阻止する材料から形成される。ホールキャリア層２３０を形成可能な材料の例には、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンが含まれる。一部の実施形態では、ホールキャリア層２３０はホールキャリア材料の組み合わせを含んでよい。
一般に、ホールキャリア層２３０の上面（すなわち、ホールキャリア層２３０が活性層２４０と接触している表面）と、基板２１０の上面（すなわち、基板２１０がメッシュ電極２２０と接触している表面）との間の距離を、所望の通りに変更することが可能である。典型的には、ホールキャリア層２３０の上面とメッシュカソード２２０の上面との間の距離は、０．０１μｍ以上（例えば、約０．０５μｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．５μｍ以上）、約５μｍ以下（例えば、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下）、またはその両方である。一部の実施形態では、ホールキャリア層２３０の上面とメッシュカソード２２０の上面との間の距離は、約０．０１μｍ〜約０．５μｍである。
活性層２４０は、一般に電子受容性材料と電子供与性材料とを含有する。
電子受容性材料の例には、フラーレン、オキサジアゾール、カーボンナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノ粒子）、無機ナノロッド（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノロッド）、または電子を受容可能な部位もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーなど）から形成される材料が含まれる。一部の実施形態では、電子受容性材料は置換フラーレン（例えば、Ｃ６１フェニル酪酸メチルエステル、すなわち、ＰＣＢＭなど）である。一部の実施形態では、活性層２４０は電子受容性材料の組み合わせを含んでよい。
電子受容性材料の例には、フラーレン、オキサジアゾール、カーボンナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノ粒子）、無機ナノロッド（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノロッド）、または電子を受容可能な部位もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーなど）から形成される材料が含まれる。一部の実施形態では、電子受容性材料は置換フラーレン（例えば、Ｃ６１フェニル酪酸メチルエステル、すなわち、ＰＣＢＭなど）である。一部の実施形態では、活性層２４０は電子受容性材料の組み合わせを含んでよい。
電子供与性材料の例には、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせが含まれる。一部の実施形態では、電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）である。一定の実施形態では、活性層２４０は電子供与性材料の組み合わせを含んでよい。
一般に、活性層２４０は、衝突する光子を吸収して対応する電子およびホールを形成する際に比較的効率的であるように充分に厚く、このホールおよび電子をそれぞれ層２３０，２５０へ輸送する際に比較的効率的であるように充分に薄い。一定の実施形態では、層２４０の厚さは、０．０５μｍ以上（例えば、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上）、約１μｍ以下（例えば、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下）、またはその両方である。一部の実施形態では、層１４０の厚さは、約０．１μｍ〜約０．２μｍである。
ホールブロック層２５０は、一般に、光電池２００に用いる厚さにて、アノード２６０へ電子を輸送するとともに、アノード２６０へのホールの輸送をほぼ阻止する材料から形成される。ホールブロック層２５０を形成可能な材料の例には、ＬｉＦおよび金属酸化物
（例えば、亜鉛酸化物、チタン酸化物）が含まれる。
（例えば、亜鉛酸化物、チタン酸化物）が含まれる。
典型的には、ホールブロック層２５０の厚さは、０．０２μｍ以上（例えば、約０．０３μｍ以上、約０．０４μｍ以上、約０．０５μｍ以上）、約０．５μｍ以下（例えば、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下、約０．１μｍ以下）、またはその両方である。
アノード２６０は、一般に、上述の導電性材料のうちの１つ以上など、導電性材料から形成される。一部の実施形態では、アノード２６０は導電性材料の組み合わせから形成される。
一般に、基板２７０は基板２２０と同一であってよい。一部の実施形態では、基板２７０は基板２２０と異なってよい。（例えば、異なる形状を有するか、あるいは異なる材料または不透明な材料から形成される）。
図６には、光電池４００の断面図を示す。光電池４００は、基板２１０とホールキャリア層２３０との間の接着層４１０を備える。
一般に、接着層４１０には、メッシュカソード２３０を定位置に保持することの可能な任意の材料を用いてよい。一般に、接着層４１０は、光電池４００に用いる厚さにて透明な材料から形成される。接着剤の例には、エポキシおよびウレタンが含まれる。接着層４１０に用いられてよい市販材料の例には、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社のＢｙｎｅｌ（商標）接着剤およびスリーエム（３Ｍ）社の６１５接着剤が含まれる。一部の実施形態では、接着層４１０にはフッ素化接着剤が含まれてよい。一定の実施形態では、接着層４１０は導電性接着剤を含む。導電性接着剤は、例えば、上述の導電性ポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ）など、本質的に導電性のポリマーから形成されてよい。また、導電性接着剤は、１つ以上の導電性材料（例えば、導電性粒子）を含むポリマー（例えば、本質的に導電性でないポリマー）から形成されてもよい。一部の実施形態では、接着層４１０は、１つ以上の導電性材料を含む、本質的に導電性のポリマーを含有する。
一般に、接着層４１０には、メッシュカソード２３０を定位置に保持することの可能な任意の材料を用いてよい。一般に、接着層４１０は、光電池４００に用いる厚さにて透明な材料から形成される。接着剤の例には、エポキシおよびウレタンが含まれる。接着層４１０に用いられてよい市販材料の例には、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社のＢｙｎｅｌ（商標）接着剤およびスリーエム（３Ｍ）社の６１５接着剤が含まれる。一部の実施形態では、接着層４１０にはフッ素化接着剤が含まれてよい。一定の実施形態では、接着層４１０は導電性接着剤を含む。導電性接着剤は、例えば、上述の導電性ポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ）など、本質的に導電性のポリマーから形成されてよい。また、導電性接着剤は、１つ以上の導電性材料（例えば、導電性粒子）を含むポリマー（例えば、本質的に導電性でないポリマー）から形成されてもよい。一部の実施形態では、接着層４１０は、１つ以上の導電性材料を含む、本質的に導電性のポリマーを含有する。
一部の実施形態では、接着層４１０の厚さ（すなわち、基板２１０が接着層４１０と接触している表面に対しほぼ垂直な方向への接着層４１０の厚さ）は、メッシュカソード２２０の最大厚さ未満である。一部の実施形態では、接着層４１０の厚さは、メッシュカソード２２０の最大厚さの約９０％以下（例えば、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下）である。しかしながら、一定の実施形態では、接着層４１０の厚さはメッシュカソード２２０の最大厚さとほぼ同じであるか、またはメッシュカソード２２０の最大厚さより大きい。
一般に、メッシュカソードを備える光電池を所望の通りに製造することが可能である。
一部の実施形態では、光電池を次のように調製することが可能である。従来技術を用いて基板２７０上に電極２６０を形成し、電極２６０上にホールブロック層２５０を形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールブロック層２５０上に活性層２４０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。活性層２４０上にホールキャリア層２３０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールキャリア層２３０にはメッシュカソード２２０を部分的に配置する（例えば、上述の圧着加工法によって）。次いで、従来法を用いて、メッシュカソード２２０およびホールキャリア層２３０の上に基板２１０を形成する。
一部の実施形態では、光電池を次のように調製することが可能である。従来技術を用いて基板２７０上に電極２６０を形成し、電極２６０上にホールブロック層２５０を形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールブロック層２５０上に活性層２４０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。活性層２４０上にホールキャリア層２３０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールキャリア層２３０にはメッシュカソード２２０を部分的に配置する（例えば、上述の圧着加工法によって）。次いで、従来法を用いて、メッシュカソード２２０およびホールキャリア層２３０の上に基板２１０を形成する。
一定の実施形態では、光電池を次のように調製することが可能である。従来技術を用い
て基板２７０上に電極２６０を形成し、電極２６０上にホールブロック層２５０を形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールブロック層２５０上に活性層２４０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。活性層２４０上にホールキャリア層２３０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。従来技術を用いて、ホールキャリア層２３０上に接着層４１０を配置する。接着層４１０およびホールキャリア層２３０にメッシュカソード２２０を部分的に配置する（例えば、接着層４１０の表面の上にメッシュカソード２２０を配置し、メッシュカソード２２０をプレス加工することによって）。次いで、従来法を用いて、メッシュカソード２２０および接着層４１０の上に基板２１０を形成する。
て基板２７０上に電極２６０を形成し、電極２６０上にホールブロック層２５０を形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールブロック層２５０上に活性層２４０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。活性層２４０上にホールキャリア層２３０を形成する（例えば、スロットコーティング、スピンコーティングまたはグラビアコーティングなど、溶液コーティングプロセスを用いて）。従来技術を用いて、ホールキャリア層２３０上に接着層４１０を配置する。接着層４１０およびホールキャリア層２３０にメッシュカソード２２０を部分的に配置する（例えば、接着層４１０の表面の上にメッシュカソード２２０を配置し、メッシュカソード２２０をプレス加工することによって）。次いで、従来法を用いて、メッシュカソード２２０および接着層４１０の上に基板２１０を形成する。
上述のプロセスには、ホールキャリア層２３０にメッシュカソード２２０を部分的に配置する工程が含まれるが、一部の実施形態では、図に示した開放構造を備える電極を与えるように、キャリア層２３０または接着層４１０の表面の上にカソード材料を印刷することによって、メッシュカソード２２０を形成する。例えば、圧着加工、ディップコーティング、押出コーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、スクリーン印刷およびグラビア印刷を用いて、メッシュカソード２２０を印刷することが可能である。加熱または放射（例えば、紫外線放射、可視光放射、赤外線放射、電子線放射など）により固化するペーストに、カソード材料を配置することも可能である。例えば、スクリーンを通じるメッシュパターンによってカソード材料を真空蒸着することも可能であり、蒸着後にフォトリソグラフィーによってパターンが形成されてもよい。
複数の光電池を電気的に接続し、光電システムを形成することが可能である。一例として、図７には、光電池５２０を含むモジュール５１０を備える光電システム５００の概略図を示す。光電池５２０は電気的に直列に接続されており、システム５００は負荷へ電気的に接続されている。図８には、光電池６２０を含むモジュール６１０を備える光電システム６００の概略図を示す。光電池６２０は電気的に並列に接続されており、システム６００は負荷へ電気的に接続されている。一部の実施形態では、光電システムにおける一部（例えば、全部）の光電池は、１つ以上の共通の基板を有してよい。一定の実施形態では、光電システムにおける一部の光電池は電気的に直列に接続されており、その光電システムの光電池のうちの一部は電気的に並列に接続されている。
一部の実施形態では、ロールツーロールプロセスまたはウェブプロセスなど連続的な製造プロセスを用いて、複数の光電池を含む光電システムを製造することが可能である。一部の実施形態では、連続的な製造プロセスは次の工程を含む。すなわち、進行する第１の基板上に１群の光電池部分を形成する工程と、第１の基板上の電池部分のうちの２つ以上の間に電気絶縁材料を配置する工程と、第１の基板上の２つ以上の光電池部分の間の電気絶縁材料にワイヤを埋め込む工程と、進行する第２の基板上に１群の光電池部分を形成する工程と、２つ以上の光電池がワイヤによって電気的に直列に接続されるように、第１および第２の基板ならびに光電池部分を組み合わせ、複数の光電池を形成する工程とである。一部の実施形態では、第１および第２の基板を連続的に進行させてもよく、定期的に進行させてもよく、あるいは不規則に進行させてもよい。
一部の実施形態では、上述の圧着加工法を用いて、ＤＳＳＣにおいて用いられる基板上の電極を印刷することが可能である。図９は、ＤＳＳＣ ７００の断面図である。ＤＳＳＣ ７００は、基板７１０、電極７２０、触媒層７３０、電荷キャリア層７４０、光活性層７５０、電極７６０、基板７７０および外部負荷７８０を備える。ＤＳＳＣの例は、２００５年１２月１９日に出願の米国特許出願第１１／３１１，８０５号明細書および２００５年１１月９日に出願の米国特許出願公開第１１／２６９，９５６号明細書に説明され
ている。これらの内容を引用によって本明細書に援用する。
ている。これらの内容を引用によって本明細書に援用する。
一部の実施形態では、上述の圧着加工法を用いて、タンデム型電池において用いられる基板上に電極を印刷することが可能である。タンデム型光電池の例は、米国特許出願第１０／５５８，８７８号明細書、ならびに米国特許仮出願第６０／７９０，６０６号、第６０／７９２，６３５号、第６０／７９２，４８５号、第６０／７９３，４４２、第６０／７９５，１０３号および第６０／７９８，２５８号明細書に説明されている。これらの内容を引用によって本明細書に援用する。
一定の実施形態を開示したが、他の実施形態も可能である。
一例として、メッシュから形成されたカソードを開示したが、一部の実施形態ではメッシュアノードを用いることが可能である。これは例えば、アノードを透過する光を用いる場合、好適である。一定の実施形態では、メッシュカソードおよびメッシュアノードの両方が用いられる。これは例えば、カソードおよびアノードの両方を透過する光を用いる場合、好適である。
一例として、メッシュから形成されたカソードを開示したが、一部の実施形態ではメッシュアノードを用いることが可能である。これは例えば、アノードを透過する光を用いる場合、好適である。一定の実施形態では、メッシュカソードおよびメッシュアノードの両方が用いられる。これは例えば、カソードおよびアノードの両方を透過する光を用いる場合、好適である。
別の例として、一般にセルのカソード側を透過する光を用いる実施形態について説明したが、一定の実施形態ではセルのアノード側を透過する光を用いる（例えば、メッシュアノードを用いる場合）。一部の実施形態では、セルのカソード側およびアノード側の両方を透過する光を用いる（メッシュカソードおよびメッシュアノードを用いる場合）。
さらなる例として、導電性材料から形成されるものとして電極（例えば、メッシュ電極、非メッシュ電極）について説明したが、一部の実施形態では光電池が半導体材料から形成された１つ以上の電極（例えば、１つ以上のメッシュ電極、１つ以上の非メッシュ電極）を備えてもよい。半導体材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物および亜鉛酸化物が含まれる。
さらなる例として、一部の実施形態では、メッシュ電極の開放領域（例えば、メッシュカソードの開放領域、メッシュアノードの開放領域、メッシュカソードの開放領域およびメッシュアノードの開放領域）に、１つ以上の半導体材料を配置することが可能である。半導体材料の例には、スズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物および亜鉛酸化物が含まれる。また、部分的に透明な半導体高分子など、他の半導体材料をメッシュ電極の開放領域に配置することも可能である。例えば、部分的に透明なポリマーは、光電池に用いる厚さにて、光電池の動作中に用いられる波長または波長範囲の入射光のうちの約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上）を透過させるポリマーであってよい。典型的には、メッシュ電極の開放領域に配置される半導体材料は、光電池に用いられる厚さにて透明である。
別の例として、一定の実施形態では、一方または両方の基板に保護層が付着されてよい。例えば、汚染物質（例えば、塵埃、水分、酸素、化学物質）を光電池の中に入れないため、電池の耐久性を高めるため、またはその両方のために、保護層を用いることが可能である。一定の実施形態では、保護層はポリマー（例えば、フッ素化ポリマー）から形成されてよい。
さらなる例として、１つ以上のメッシュ電極を備える種類の光電池について説明したが、他の種類の光電池にも１つ以上のメッシュ電極（メッシュカソード、メッシュアノード、メッシュカソードおよびメッシュアノード）を用いることが可能である。そのような光電池の例には、アモルファスシリコン、カドミウムセレン化物、カドミウムテルル物、銅インジウム硫化物、および銅インジウムガリウム砒化物から形成される活性材料を含む光電池が含まれる。
さらなる例として、材料３０２，３０４は異なる材料から形成されるものとして説明したが、一部の実施形態では材料３０２，３０４は同じ材料から形成される。
別の例として、図５には中実領域２２２を異なる材料の上にコーティングされた１つの材料から形成されるものとして示したが、一部の実施形態では２より多くのコーティングされた材料（例えば、３つのコーティングされた材料、４つのコーティングされた材料、５つのコーティングされた材料、６つのコーティングされた材料）から中実領域２２２を形成することが可能である。
別の例として、図５には中実領域２２２を異なる材料の上にコーティングされた１つの材料から形成されるものとして示したが、一部の実施形態では２より多くのコーティングされた材料（例えば、３つのコーティングされた材料、４つのコーティングされた材料、５つのコーティングされた材料、６つのコーティングされた材料）から中実領域２２２を形成することが可能である。
特許請求の範囲には他の実施形態が存在する。
Claims (34)
- 金属層を支持する第１の層とダイを接触させ、金属層のうちの少なくとも一部を第２の層へ転写させて光電池電極を形成する接触工程を含む方法。
- 約１００℃以上までダイを加熱する工程を含む請求項１に記載の方法。
- 約３００℃以上までダイを加熱する工程を含む請求項１に記載の方法。
- 接触工程はダイに約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上の圧力を加える工程を含む請求項１に記載の方法。
- 接触工程はダイに約６．８９５ＭＰａ（約１，０００ｐｓｉ）以上の圧力を加える工程を含む請求項１に記載の方法。
- 接触工程はダイに約３４．４７ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）以上の圧力を加える工程を含む請求項１に記載の方法。
- 金属層と第１の層との間に放出層を配置する工程を含む請求項１に記載の方法。
- 放出層はポリエステルまたはポリエチレンを含む請求項７に記載の方法。
- 金属層は、アルミニウム、鉄、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、チタンまたはそれらの合金を含む請求項１に記載の方法。
- 電極はメッシュ電極である請求項１に記載の方法。
- メッシュ電極は、その少なくとも一部が長方形、正方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形または不定形である、複数の開放領域を含む請求項１０に記載の方法。
- メッシュ電極は、その少なくとも一部が波状、傾斜状、アーチ状、点状、縞状または格子状の形状である、複数の開放領域を含む請求項１０に記載の方法。
- 第２の層は光電池の基板である請求項１に記載の方法。
- 基板に光活性材料を付着させる工程を含む請求項１３に記載の方法。
- 光活性材料は電子供与性材料および電子受容性材料を含む請求項１４に記載の方法。
- 電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含む請求項１５に記載の方法。
- 電子供与性材料は、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレンおよびポリイソチアナフタレンから選択された材料を含む請求項１５に記載の方法。
- 光活性材料は相互接続した感光性ナノ粒子材料を含む請求項１４に記載の方法。
- 相互接続した感光性ナノ粒子材料は、セレン化物、硫化物、テルル化物、チタン酸化物
、タングステン酸化物、亜鉛酸化物、ジルコニウム酸化物およびそれらの組み合わせから選択された材料を含む請求項１８に記載の方法。 - ダイはメッシュパターンを有する表面を含む請求項１に記載の方法。
- 前記表面のうちの少なくとも一部は平坦面または湾曲面である請求項１９に記載の方法。
- 第１の層または第２の層はフレキシブル基板を含む請求項１に記載の方法。
- 第１の層または第２の層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルケトンおよびそれらの組み合わせから選択されたポリマーを含む請求項１に記載の方法。
- 圧着加工を用いて光電池の電極を形成する工程を含む方法。
- 金属層を支持する第１の層とダイを接触させ、金属層のうちの少なくとも一部を第２の層へ転写して電極を形成する接触工程を含む請求項２４に記載の方法。
- 約１００℃以上までダイを加熱する工程を含む請求項２５に記載の方法。
- 接触工程は、ダイに約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上の圧力を加える工程を含む請求項２５に記載の方法。
- 電極はメッシュ電極である請求項２４に記載の方法。
- 圧着加工を用いて多層デバイスの電極を形成する電極形成工程を含む方法。
- 電極形成工程は、金属層を支持する第１の層とダイを接触させ、金属層のうちの少なくとも一部を第２の層へ転写して電極を形成する接触工程を含む請求項２９に記載の方法。
- 約１００℃以上までダイを加熱する工程を含む請求項３０に記載の方法。
- ダイに約０．６８９ＭＰａ（約１００ｐｓｉ）以上の圧力を加える工程を含む請求項３０に記載の方法。
- 電極はメッシュ電極である請求項２９に記載の方法。
- 多層デバイスは液晶ディスプレイ、発光ダイオードまたは光電モジュールを含む請求項２９に記載の方法。
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