JP2004179666A - 光電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率を達成するために透明性が高くかつ導電性が高い電極を有する光電デバイスを提供する。
【解決手段】光活性材料から形成された光電変換層１０；前記光電変換層の第一面に配置された第二電極８；前記光電変換層から発生した光電子を受け取るために、前記光電層の向かい合う第二面に配置された１つまたは複数の導電性トラック１４を有する第一電極６；および前記第一電極に近接する集光装置を含んでなる光電デバイスであって、前記１つまたは複数の導電性トラックが、入射光が前記１つまたは複数の導電性トラックの間のギャップを実質的に通ってガイドされるように前記集光装置と位置合わせして配置されている光電デバイス。
【選択図】図２

Description

本発明は光電デバイスおよびその製造方法に関する。

光電デバイスは、入射光を電気エネルギーに変換する。最も一般的に手に入れることができる光電構造は、十分な厚みを有するアモルファスシリコンの光電変換層（この素子は光を全く透過しない）を用いる。より新しい種類の光電デバイス（透明支持体上に作製される）は、この支持体に直接隣接する透明フロント電極を組み込んでおり、この支持体から最も離れた透明電極の側に１層または複数層の光電変換層が配置されている。このタイプには、いくつかのデバイスアーキテクチャがある。多分、最も知られているものは、Nature, 313巻, 737頁 (1991)に記載されているようなグレッチェル・セル(Gratzel cell)である。グレッチェル・セルは、光電気化学電池の例である。より最近の文献、「光電気化学電池（Photo electrochemical cells）」（the journal Nature, 414巻, 338-344頁(2001年11月15日発行）に、このタイプのデバイスが概説されている。

他のデバイスアーキテクチャは、有機構成要素のみをもちい、有機太陽電池とよばれる。有機電池には主に３つの種類がある。それは単層、二重層およびブレンドである。Exxon Researchに譲渡された米国特許第４，１２７，７３８号明細書（発明の名称「有機層を有する光電デバイス」は、単層デバイスの例である。二重層タイプは、C.W. Tangの、Apple. Phys. Lett. 48巻, 183-185頁（1986）の「２層有機光起電力電池」に記載されている。ブレンドタイプの例は、Philips Corporationに譲渡された米国特許第５，６７０，７９１号明細書（発明の名称「ポリマーブレンドを有する光レスポンスゾーンを備えた光レスポンスデバイス」）に記載されている。共役ポリマーを混入するデバイス構成が、例えば、J.H. Burroughes等のNature, 347(1990)およびG. Yu等のScience, 270, 1789(1995)に記載されている。分散界面（Ｃ60構造または無機半導体の量子ロッドを混入している）を有する種々のハイブリッドアーキテクチャも知られている。

透明導電電極の多くのタイプの伴う問題点は透明性と導電性との間の妥協である。高透明性は、光活性領域にできるだけ高率の入射光を通すことを可能にすることによって光損失を最小限にすることが求められている。また、高導電性は、光活性領域の生成ポイントから透明電極を備える界面へ、そしてその後透明電極を通って外部回路または外部負荷への光−電子移動の際に、抵抗損失を最小限にすることが求められている。透明支持体のためにガラスよりはプラスチック材料を用いることが好ましい。なぜなら、プラスチック材料は製造コストを下げ、使用時により大きな耐久性を付与するからである。しかし、透明導電性層をプラスチック上に付着させると、ガラスよりも抵抗損失の問題が大きい。なぜなら、この場合、好適な物性を有し、且つプラスチック上に薄膜層をコートするリール・ツー・リール製造プロセスと適合する材料の選択を制限するからである。

透明電極における抵抗損失を小さくする１つの方法は、導電性透明層に近接して高導電性材料（例えば、金属）の狭い不透明トラックのネットワークを用いることである。金属ネットワークまたはグリッドは、外部回路に接続されている。この方法では、高導電性金属グリッドに到達する前に、光電子は透明導電体を通って短い距離を移動するだけである。この方法の欠点は、金属グリッドが入射光が光電変換層に到達するのを妨げ、光起電力電池の活性領域を事実上小さくすることである。

画像センサーアレイ製作の技術分野（感光性層がピクセル化されている）では、ピクセルの活性領域よりも大きな領域から集光するために各ピクセルに関連する単レンズ構造を用いることが知られている。Eastman Kodak社に譲渡された米国特許第４，６９４，１８５号明細書には、前もって作製された画像センサーアレイの各ピクセル上に光をガイドするレンズを用意する方法が記載されている。

Trustees of Princeton Universityに譲渡された米国特許第６，４４０，７６９号明細書には、光電デバイスの表面にパラボラ反射集光装置のアレイを作製することによって光電デバイスの光捕捉効率を高める方法が記載されている。記載された光学形状は、複数の内部反射を可能にし、その結果入射光を数回そこを通すことを可能にすることによって光電デバイスの相対的に劣った光学吸収を克服する。そのために、光電変換層による光の吸収の確度が向上する。集光構造の設計は、W. T. WelfordおよびR. Winston, 1978による、"The Optics of Nonimaging Concentrators", Academic Press Inc.,、特に第8章、ならびに同じ著者および出版社の"High Collection Nonimaging Optics", 1989、特に172-175ページに記載されているコンセプトを用いる。

Nashua Corporationに譲渡された米国特許第５，９２６，３１９号には、一つの態様として、入射光を半導体上の複数のスポットに集めるために半導体ソーラーセルの前に配置されたマイクロレンズスクリーンを用いることが記載されている。この利点は、露光される半導体面の所定の平均照度の場合、半導体面全体に均一に同じ平均照度を与える場合の配置よりもこの装置からの電気出力がより大きいことであると特記されている。

米国特許第４，６９４，１８５号 米国特許第５，９２６，３１９号 米国特許第６，４４０，７６９号

高効率を達成するために透明性が高くかつ導電性が高い電極を有する光電デバイスが求められている。そのような光電デバイスの製造方法も求められている。
また、導電性を最大にすると同時に活性領域の縮小を最小限にする光電デバイも求められている。

本発明によって、光活性材料から形成された光電変換層を含む光電デバイスを提供する。第二電極を前記光電変換層の前面に配置し、１つまたは複数の導電性トラックを含む第一電極を前記光起電層とは反対側の第二面上に配置して、前記光電変換層から発生した光電子を受け取る。また、集光装置を前記第一電極に近接して用意し、入射光が前記１つまたは複数の導電性トラックの間のギャップを通ってガイドされるように、１つまたは複数の導電性トラックを前記集光装置と位置合わせして配置する。従って、集光装置を組み込んでいない従来のデバイスで、光電層の領域が前記１つまたは複数の導電性トラックによって入射光から影になる場合であっても、光電変換層によって光を受け取ることができる。

本発明の第二の態様によって、１つまたは複数の導電性トラックを透明支持体の第一の面に有する電極、前記支持体の向かい合う第二の面に配置された集光装置を有する透明支持体を用意する工程、前記１つまたは複数の導電性トラックは前記集光装置と位置を合わせて配置されている、そして前記透明支持体の第一の面上に光電変換層を形成して、前記１つまたは複数の導電性トラックを被覆する行程を含んで成る光電デバイスの製造方法を提供する。電極層は前記光電変換層の上に形成され、その結果前記光電変換層は、電極層と前記一つまたは複数の導電性トラックの間に配置される。

本発明は、透明電極における抵抗損失を小さくするために、実質的に不透明の導電性（例えば金属）ネットワークを組み込んで、光電デバイスの活性領域の損失問題を解決する。これは、入射光を、導電性トラック間のギャップを通って光電材料上にガイドする集光装置を用いることによって達成される。言い換えれば、集光装置は、入射光が、導電性トラックに覆われた光電変換層の表面を確実によけることを助ける。

透明支持体には、光電変換層上の光を点に集め、導電性ネットワークの個々のトラックから光をそらす集光ユニットとして作用する、レンズのアレイのような集光装置が提供される。これらのレンズは、入射光に向いた支持体の面上に配置され、支持体のもう一方の面上には透明導電性層が配置される。これらのレンズの焦点距離は、おおよそ支持体の厚みに等しい。このデバイスに入射する光は、一つまたは複数の導電トラックの間の領域に焦点が合わされる。したがって、光活性領域の大部分は照明されない（太陽のような無限大のところで点光源と仮定する）。このデバイスの効率を低下させないで、金属グリッドを、これらの照明領域内に配置することができる。

本発明は、集光装置、例えば入射光を光電変換層上に集めるように作用するレンズのアレイが形成された透明支持体を含む光起電力電池を提供する。１つまたは複数の導電性トラックを用意して前記電池の一部分の導電度を改善する。そのような導電性トラックの使用がこのデバイスの活性領域を小さくしている従来のデバイスとは反対に、本発明では、集光装置が入射光を導電性トラックの間を通って光電変換層へとガイドすることによってこの問題を解決する。一つの例では、高導電性トラックのグリッドを、レンズアレイのような集光装置と一緒に電池の電極の一つに使用する。これにより、デバイスの活性領域における損失無しに、電極の高導電度を実現可能にする。

言い換えれば、本発明は、抵抗損失を小さくするためにデバイス電極の一つに金属または高導電性グリッドを組み込んだ光電デバイスにおける、活性領域の縮小の問題を解決する。

また、本発明はそのようなデバイスを製造する簡単かつ確実な方法も提供する。この製造方法は、レンズアレイと位置を合わせた、即ち、整合させた１つまたは複数の導電性トラックを設けることを必要とする。これにより、使用時に、この光電デバイスが、最小限の抵抗損失または光学損失で、効率よく動作することを確実にする。

図１Ａは、天空に２つの異なる位置にある太陽（示されていない）を伴う、本発明にしたがう光電デバイスの例の断面図を通る光線経路を表す。このデバイスは、一方の表面上に、屈折、反射および回折ユニット（例えば、レンズおよびミラー）と組み合わせて用いる１つまたは複数（この例では、アレイ４）の集光ユニットを有する透明支持体から形成された集光装置を含む。アレイ４は、透明支持体２と一体式となるか、または光電デバイスの独立した要素として提供することができる。このデバイスはまた、光活性材料から形成されている光電変換層を含む電気的に活性な要素も有する。支持体の反対側に配置されたこの電気的に活性な要素は一緒になって、入射光の光電変換を行い、光発電された電流のための回路を提供する。

この電気活性要素は、連続する、即ちピクセル化されてない光電変換層１０の両側に第一電極６および第二電極８を有する。求められている光電変換層の連続性の程度は、この光電変換層１０が、一つ以上の集光ユニットに対して、同じ面積の領域にわたって等方性となる程度である。典型的に、の六方最密配置の集光ユニット場合、光電変換層１０は、少なくとも７つの集光ユニットに対して同じ面積の領域にわたって等方性である。光電変換層は、実際は２層以上の層から形成されるが、以下の説明では光電変換層と呼ぶこととする。示した例では、第一電極６は、透明導電性層１２および例えば金属トラックのような１つまたは複数の高導電性トラック１４を含み、光電変換層から発生した光電子を受け取る。トラック１４は透明導電性層１２と電気的に接続している。１つまたは複数の高導電性トラック１４が、高導電性トラック１４のネットワークとして構成されることが好ましい。

導電性トラックを、好適な任意の導電性材料から作製することができる。典型的には、導電性トラックは、金属、合金、および炭素系材料（例えば、導電性ポリマー）等の材料から作製される。

透明導電性層を、透明導電性酸化物（例えば、スズ酸化物）等の材料（その導電性を高めるためインジウムまたはフッ素等の他の材料でドープされていても、いなくてもよい）から作製することができ、あるいはポリチオフェン等の導電性ポリマーから作製することができる。光電デバイスの効率の良い動作によって、光電変換が行われる前の入射光の光学的吸収損失を回避することが重要である。したがって、透明導電性層の透過度が目的の分光領域にわたって少なくとも５０％、好ましくは８０％超、最も好ましくは９０％超であることが好ましい。

光電変換層１０の構成は、特定の光電デバイスアーキテクチャーに依存するであろう。有機太陽電池（例えば、Tang電池）の場合、光電変換層は銅フタロシアニンおよびペリレン誘導体のような有機色素である。色素増感ナノ結晶電池（例えば、グレッチェル電池）の場合、光電変換層は、増感色素（典型的にはルテニウムビピリジル錯体）の単層が上に形成されている一般的に焼結された二酸化チタンナノ結晶のメソ孔質半導体酸化物フィルムを含んで成る。例えば、ヨウ化物／三ヨウ化物レドックスカップルを含む液体電解質が、そのナノ結晶構造に浸透し、二つの電極間の空間を満たす。ポリマー有機太陽電池の場合、例えば、ポリ−（３−ヘキシルチオフェン）またはポリ（パラ−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いることができる。光電変換層の構成に用いることができる多種多様の材料が存在するが、この層の作用は同じであり、入射光を電気エネルギーに変換して、そのエネルギーを電極に導くことである。デバイスが外部負荷（示されていない）に接続されていると、光電流は光電変換層を通って、第一電極６に流れる。この例では、透明導電性層１２を介して高導電性トラック１４のネットワークに流れる。このデバイスは外部アクセス可能なポイントのところでの外部負荷からトラック１４のネットワークへの結合および第二電極８への結合によって、外部負荷に接続される。

ポジション１では、太陽は光電デバイスの平面に対してまっすぐに垂直であり、太陽光は、高導電性トラックの面に近接して、二つのトラック間の中間に焦点が合わされる。ポジション２では、太陽は移動して垂直から離れ、その像は高導電性トラックの一つに非常に接近している。

導電性トラックのネットワーク１４は、広範囲の動作角の範囲内の支持体２の別の面からの入射光が、その経路上のネットワークのギャップを通って、その光を電気エネルギーに変換する光電変換層１０まで通るように配置される。高導電性トラックに対するアレイ４の配置が、デバイスの活性領域（即ち、光活性である全照明領域の小部分）を実質的に増加させるように役に立つ。言い換えれば、アレイ上の入射光は、トラックそれ自体の上で向かい合ったときに、トラックのネットワーク内のギャップを通るように、実質的に全て向けられる。したがって、光電変換層１０の一部が光を吸収するトラックによって隠されても、入射光は実質的に全て光活性材料（即ち、トラックによって隠されてない光電変換層の露光領域）上に焦点を結ぶので、デバイス効率への影響はほとんど無い。反対に、金属グリッドを用いる従来の光電デバイスでは、高導電性トラックが光活性領域を隠し、デバイス効率を小さくする。

さらに、本発明では、トラック１４のネットワークは、光電子が生成する光電変換層内の任意の点から最も近いトラック１４までの距離が当該デバイスの大きさと比較して短くなるように構成される。これにより、トラックのネットワークが無く、低い導電性の透明導電性層だけが有る従来技術のデバイスと比較して、動作時のデバイスの内部抵抗損失が小さくなる。透明導電性層を用いず、第一電極６が高導電性トラック単独で形成されている場合、ネットワークの反復ピッチをより微細にすることができ（即ち、ネットワークの穴はより小さく作られ）、光電変換層の任意の点から最も近いトラックまでの平均移動距離はさらに短くなり、光電デバイスのいかなる効率低下も補償することができる。

図１Ｂは導電性トラックの線形パターンの外略図を示す。導電性トラックによって提供される総面積は３ｗｌである。ここで、ｗはトラック幅であり、ｌはトラック長である。光電変換層によって提供される総面積は３ｐｌである。ここで、ｐはトラックピッチである。本発明は、グリッドによる光学吸収による入射光の損失を実質的に回避する光電デバイスを提供する。光が全く導電性グリッドを通過できないと仮定すると、このメカニズムによる光学損失の比率はｗ／ｐである。本発明では、デバイス上に入る実質的に全ての入射光が光電変換層上に向けられる。

図２は、本発明にしたがう光電デバイスの第二の例の断面図を表す。この例に示すように、また上述の図１Ａを参照すると、光電変換層１０は第一電極６と第二電極８との間に配置されている。層１０ならびに電極６および８は、その上面にレンズのアレイ４を有する透明支持体の下側に配置されている。第一電極６は金属トラック１４と電気的に接触している透明導電性層１２から作られている。この場合では、金属トラックは透明導電性層１２の透明支持体２から最も遠い側に形成されている。

それぞれのレンズの一般的な大きさは５０μｍから２５ｍｍとなることができる。各レンズの断面形状（即ち、アレイ４内の構造）は、目的とする用途の要件にしたがって変わることができる。例えば、図３Ａに示すように線状レンティクル（円筒形レンズ）または、図３Ｂに示すようにレンズの最密アレイ２４を用いることができる。図３Ｃは図３Ｂの六角アレイの平面図である。太陽光エネルギー変換の場合、光電モジュールの平面、例えば、ソーラーパネルの場合では、本発明にしたがって１つまたは複数の光電デバイスを組み込むことが定番である可能性が高いが、太陽の移動にしたがって一日中、広範囲の角度から効率よく太陽光を受けることができることが必要である。この場合、六方最密アレイに配置されたレンズアレイと対応するトラックの六角形ネットワークを有する導電性トラックパターンとを用いることがより良いであろう。

収差が全く無い理想レンズの場合、レンズ直径がレンズの焦点距離の約２倍よりも大きいとすると（一般的に屈折率１．５と仮定する）、導電性トラック上にはいる光の可能性は全く無いことは容易に実証できる。実際のレンズの場合、レンズ収差が、特に高角度でデバイス面に光線が入射する場合に系の効率を低下させる。各レンズの実際の断面形状を、収差を最小とするように、またありそうな動作条件にしたがって系を最適にするように変えることができる。

図３Ｄは、アレイピッチは大きくされているが、レンティクルの深さが増加されてない円筒形レンズアレイの例を示す。トラックが、レンティクルのカスプ(cusp)の下部（中心部分の下部ではない）に隠れるであろうから、これは、断面形状の中心を「平らにする」ことによってなされる。そのような平坦化された断面形状は、簡単な平行光を用いるトラックパターンの位置合わせの場合、製造上の利点を有するが、このデバイスが太陽の位置に従って追尾されなければ、太陽エネルギー捕捉の場合、それほど有効では無いかもしれない。別の理由でレンティクル全体にわたって支持体材料の厚みの変動を小さくすることが好ましい場合があり、平坦化断面形状が最も適したものとなることができる。

導電性トラックによる吸収のための入射光の光学損失を避けるため、この不透明導電トラック１４を、透明支持体２の背面の照明される領域の外に配置することが重要である。トラックパターンの正確な位置合わせを実現するために、以下に説明するように、感光性材料、例えば、ハロゲン化銀感光性材料、フォトレジスト等を用いる製造法を用いることができる。フォトレジストを露光する光を正確に規定された様式でレンズアレイ４を通るようにコントロールする。

このデバイスの製造方法を図４および図５Ａ〜５Ｃを参照して説明する。最初に透明支持体２の背面上にフォトレジスト１５の層を塗布することによって、塗布されているウェブを作製する。移動しているウェブ１６の形態の透明支持体２を通常の塗布システムを通すことによって、これを行うことができる。透明支持体２を被覆する多くの公知の塗工法がある。それらの例には、特に、押出ダイ塗工法、ロール塗工法、ビード塗工法、カーテン塗工法、およびエアナイフ塗工法である。

次に、塗布されたウェブ１６を照射領域に送る。この例では、それはスリット１８であり、平行光で照射され、ウェブに対して平行な平面内でウェブの移動方向に対して垂直に位置合わせされる。スリット１８を通る光は、ウェブ１６の平面に対して垂直にウェブに入射する。スリット１８から出た光は、広範囲の角度を有する（図４に示す）。これを実現するには、多くの方法があり、図４にその一つを示す。ここでは、発散円筒形レンズ２２に入る平行ビーム２０を用いている。円筒形集束レンズも同様の効果を有するであろうが、支持体（ウェブ１６）を薄くし、また像が支持体内部に形成されることから余り好ましくない。広い角度を含む光を得る別の選択肢には、例えば、本来的な拡散ビームを生成するために、ウェブから離れて、ウェブに対する垂線に沿う方向にある、スリット１８から一定の距離に配置される拡散光源（示されてない）が含まれる。

レンズアレイ４が図２Ａに示すように円筒形レンズの線を形成するか、あるいは図２Ｂに示すようにレンズの二次元アレイを形成するかどうかによって、スリット１８を離れる光を、ウェブの移動方向およびウェブと交差する方向（示されてない）の両方に拡散することができる。

ウェブ１６が照射スリットの前を通るとき、アレイ４内のレンズ群が光をフォトレジスト１５上に像形成する。目的物から遠い平行光がレンズに入ると、像はその焦点に形成され、フォトレジスト１５の平面内に形成される。レンズアレイ４に入る照明が無限大のところでない場合、像はレンズからさらに遠くに形成される。したがって、フォトレジストの平面内に、光源の焦点外れ像ができ、この像は焦点面での像よりも大きくなる。光源がレンズに対してより近くに移動すると、フォトレジスト１５に入る光の点(patch)がさらに大きくなる。図４では、拡散レンズ２２を用いて、無限大のところに在るのではない照明源の効果を創出する。レンズ２２の負の倍率が強く成ればなるほど、レンズを通る光のビーム拡散は大きくなる。

ウェブが照明領域を通ると、所定のレンズのいずれかによって生成された像が、ウェブ自体の移動方法とは反対方向に、フォトレジスト１５全体に移動するように見えるであろう。移動の程度は、所定のレンズによって露光されるフォトレジストの領域１７が、隣接するレンズによって露光される領域と決して接触しないように構成される。したがって、隣接するレンズ間の境界に対して垂直に配置されたフォトレジストの未露光領域１９が在る。これがトラック１４のネットワークパターンを形成する未露光領域である。フォトレジスト１５はレンズを通して露光されるので、そこに形成されたパターン（その後の処理工程が導電性ネットワークを規定する）は、本来的に、レンズアレイに対して調整される（即ち、レンズアレイ４のパターンと位置が合っている）。

次に、フォトレジスト１５を現像して露光領域を硬化させ、その後未露光領域を洗浄して除去する。図５Ａは、現像および除去後に残ったレジストパターンを示す。高導電性材料（例えば、金、アルミニウム、ニッケル、銅、クロム、銀、または銅の導電性の少なくとも１％の導電性を有しかつ実際的なデバイスのために必要な安定性と物性を備えた他の材料）の層２４を、図５Ｂに示すように、通常の方法（例えば、スパッタリング、蒸着等）でパターン付けされたフォトレジスト層上に付着させる。導電性層は、一般的に、５０ｎｍ〜５μｍの範囲の厚みを有するが、これに対し、透明支持体および透明導電性層は、それぞれ、５０μｍ〜２５０μｍおよび１μｍ〜１０μｍの厚みを有することができる。最終工程は、残ったレジストパターンを適当な溶媒を用いて支持体から除去し、そして図５Ｃに示すように、任意の方法でトラックパターン上に透明導電性層をコートする（デバイスに含まれる場合）工程である。

フォトレジストで被覆する前に、支持体２の背面に直ぐ隣接して透明導電性層をコートすることが好ましい。そのような変法を用いて、図２に示すようなデバイスを作製する。

トラック幅を、使用時（太陽が天空の一方の端から他方の端に移動する時）に、トラックネットワークの平面のところに所定のレンズよって形成されるその像がトラック１４上に実質的に当たらないように、十分に細く調節する。一方、トラック幅および厚みは、より低い導電度の隣接領域から取り込まれる光電流のために高導電性経路を提供するように十分に大きいのがよい。典型的に、トラック幅は２５μｍ〜２５０μｍの範囲内となることができる。図４を参照して前述したように、フォトレジストの露光に用いる光の入射角の範囲によって、トラック幅を調節することは容易に明らかであろう。この角度の範囲が拡がれば拡がるほど、より細いトラックとなり、その逆もまた同様である。露光量を調節することによってさらにトラック幅を制御することができる。露光量が多くなる（より遅いウェブ移動速度またはより高い輝度の光源）ほどより狭いトラックとなり、その逆もまた同様である。トラック幅に関するいくつかの制御法が、通常、レジストの現像プロセスでは可能である。

抵抗損失を小さくするために必要なトラック厚みを、レンズピッチ、太陽エネルギーの入射角度の範囲、および付着させた金属トラックと透明導電性層との相対的な抵抗率の知識から計算することができる。一般的に、金属トラックは、一般的な厚みの最良の透明導電性酸化物層よりも大きさが２〜３桁程度小さいシート抵抗を有する。例えば、２００ｎｍ厚の銅層は０．０８４Ω／□のシート抵抗を有するが、ガラス上に塗布された２００ｎｍ厚のインジウムスズ酸化物層は一般的に５〜１５Ω／□のシート抵抗を有する。透明導電性ポリマーに関しては、その差はさらに大きくなる場合がある。例えば、Agfa社に譲渡された米国特許第６，３３３，１４５号明細書には、１００℃よりも低い温度で導電性ポリチオフェン層を調製する方法が記載されている。この方法はプラスチックウェブ上に塗布することを容易にし、その結果、塗布後の処理はこのプラスチック支持体のガラス転移温度を超えず、物理的な損傷を生じさせない。この特許明細書に引用されているポリチオフェンのシート抵抗の一般的な値は、約７００Ω／□である。

非常に広い面積の光活性材料を、最小限の抵抗損失で利用可能とするためには、六辺形に敷き詰められたレンズアレイの場合、図５Ｄに示すように微細トラックネットワークの広い領域からの光電流を取り込む非常に大きなトラックのスーパーネットワークを提供することが有利となることができる。より太いトラックの所望の配置に対応するそれらの共通する境界のところで、レンズ群の表面プロファイルを変えることによって、この異なるトラック太さを実現する。これらのレンズ群が、例えば、より太いトラック近くに配置されないレンズ群よりも僅かに短い焦点距離を有することもできる。

製造プロセスの最終工程は、光電変換層および外側電極の付着を要する。塗布されたウェブを、その後、シートに切断し外部接点を形成して第二電極８および第一電極６内の導電性トラックに電気接点を提供し、発生した電気を光電デバイスから出力できるようにする。

小面積（一般的に、１００ｃｍ²〜１０，０００ｃｍ²の面積）で光電デバイスを作製し、それを、湿度および極端な気候条件から保護する外部支持体層を完備した相互に連結したデバイスのモジュールに組み立てることが一般的に行われる。個々のデバイスを、モジュールの電圧および電流出力条件にしたがって直列または並列にお互いに連結することができる。また、直列および並列連結の両方を組み合わせて組み立てることもでき、部分的に隠れるデバイスを通る電流を送る明るく照明されたデバイスを保護するために、ダイオード保護を必要とすることができる。

本発明の光電デバイス例の断面を通る光線経路を示した図である。 本発明の光電デバイスの簡単な平面図を示した図である。 本発明の光電デバイスの別の例の断面図を示した図である。 本発明の光電デバイスに用いるレンズアレイの構成を示した図である。 本発明の光電デバイスに用いるレンズアレイの構成を示した図である。 本発明の光電デバイスに用いるレンズアレイの構成を示した図である。 本発明の光電デバイスに用いるレンズアレイの構成を示した図である。 本発明の光電デバイス製造の一工程を示した図である。 本発明の光電デバイス製造の次工程を示した図である。 本発明の光電デバイス製造の次工程を示した図である。 本発明の光電デバイス製造の次工程を示した図である。 本発明に用いるより幅の広いトラックのスーパーネットワークを可能にする２種類に太さのトラックを有するネットワークの例を表した図である。

符号の説明

２…透明支持体
４…アレイ
６…第一電極
８…第二電極
１０…光電変換層
１２…透明導電性層
１４…高導電性トラックトラック
１５…フォトレジスト
１６…ウェブ
１７…フォトレジスト
１８…露光領域
１９…未露光領域
２０…平行ビーム
２２…発散円筒形レンズ

Claims (22)

1. 光活性材料から形成された光電変換層；
   前記光電変換層の第一面に配置された第二電極；
   前記光電変換層から発生した光電子を受け取るために、前記光電層の向かい合う第二面に配置された１つまたは複数の導電性トラックを有する第一電極；および
   前記第一電極に近接する集光装置
   を含んでなる光電デバイスであって、前記１つまたは複数の導電性トラックが、入射光が前記１つまたは複数の導電性トラックの間のギャップを実質的に通ってガイドされるように前記集光装置と位置合わせして配置されている光電デバイス。
2. 前記第一電極が、前記１つまたは複数の導電性トラックと電気的に接続している透明導電性層を含む請求項１記載のデバイス。
3. 前記透明導電性層が金属酸化物を組み込んでいる請求項２記載のデバイス。
4. 前記透明導電性層が導電性ポリマーを組み込んでいる請求項２記載のデバイス。
5. 前記導電性トラックが金属で作られている請求項１記載のデバイス。
6. 前記導電性トラックが炭素系材料で作られている請求項１記載のデバイス。
7. 前記金属が、金、アルミニウム、ニッケル、銅、クロム、銀およびそれらの合金から成る群より選ばれる請求項５記載のデバイス。
8. 前記集光装置が、１つまたは複数の集光ユニットを上に配置した透明支持体層を含んでなる請求項１記載のデバイス。
9. 前記光電変換層が、２つの集光ユニットによって占められている領域よりも大きな領域にわたって等方性である請求項１記載のデバイス。
10. 前記集光ユニットが屈折構造を組み込んでいる請求項８記載のデバイス。
11. 前記集光ユニットが回折構造を組み込んでいる請求項８記載のデバイス。
12. 前記集光ユニットが反射構造を組み込んでいる請求項８記載のデバイス。
13. 前記１つまたは複数の導電性トラックが連結されて導電性ネットワークを形成している請求項１記載のデバイス。
14. 前記１つまたは複数の導電性トラックの幅がデバイス全体にわたって変わる請求項１３記載のデバイス。
15. 前記１つまたは複数の各集光ユニットによって提供される集光の大きさが、対応する集光装置によって照明される領域の周りの導電性トラックの幅に対応している請求項８記載のデバイス。
16. 前記第一および第二電極それぞれのための接点領域および外部電気回路との接続のために、前記第一および第二電極と電気的接続する接点領域をさらに含んでなる請求項１記載のデバイス。
17. 透明支持体の第一面に、１つまたは複数の導電性トラックを含む電極を用意する工程であって、前記透明支持体はその向かい合う第二面に配置されている集光装置を有し、前記１つまたは複数の導電性トラックは前記集光層と位置を合わせて配置される；
    前記透明支持体の前記第一面に光電変換層を形成して前記１つまたは複数の導電性トラックを被覆する工程；そして
    前記光電変換層が電極層と前記１つまたは複数の導電性トラック間に配置されるように、前記光電変換層の上に前記電極層を形成する工程
    を含んでなる光電デバイスの製造方法。
18. 前記透明支持体の第一面に１つまたは複数の導電性トラックを用意する工程が、
    （ａ）前記透明支持体の第一面を感光性材料で被覆する工程；
    （ｂ）前記集光装置を通して前記感光性材料を露光して、前記感光性材料内に前記集光装置に対応するパターンを規定する工程；
    （ｃ）前記露光された感光性材料または前記露光されていない感光性材料のいずれかを除去する工程；
    （ｄ）得られた感光性材料構造の上に薄膜導電性層を付着させる工程；そして
    （ｅ）工程（ｃ）で除去されなかった感光性材料を前記感光性材料を被覆する薄膜導電性層と一緒に除去して、前記透明支持体上に薄い導電性トラックの層を残す工程
    を含んでなる請求項１７記載の方法。
19. 前記感光性材料がフォトレジストである請求項１８記載の方法。
20. 前記感光性材料がハロゲン化銀感光性材料である請求項１８記載の方法。
21. 前記１つまたは複数の導電性トラックを用意する工程と、前記光電変換層を形成する工程との間に、前記導電性トラックおよびそれらが配置されている表面を、透明導電性層を形成するための材料で被覆する工程をさらに含んでなる請求項１８記載の方法。
22. 前記１つまたは複数の導電性トラックを用意する工程の前に、透明支持体の前記第一面を透明導電性層を形成するための材料で被覆する工程をさらに含んでなる請求項１８記載の方法。

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