JP2011512003A

JP2011512003A - 金属基板にパターン付けするカーボンナノチューブ

Info

Publication number: JP2011512003A
Application number: JP2010543145A
Authority: JP
Inventors: キャッティエン，ブイ．グエン，
Original assignee: エロレットコーポレイション
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2011-04-14
Also published as: EP2231508A2; WO2009136968A3; KR20100108596A; EP2231508A4; US9318295B2; WO2009136968A2; CN101965310A; US20090183770A1

Abstract

【課題】ＣＮＴ電子源、ＣＮＴ電子源を製造する方法、及びＣＮＴパターン付きスカルプチャード基板を利用する太陽電池を開示する。
【解決手段】各実施形態は、ＣＮＴが、基板から直接成長することを可能にする金属基板を利用する。抑制剤が、金属基板からのＣＮＴの成長を抑制するために、金属基板に塗布され得る。この抑制剤は、任意のパターンで金属基板に正確に塗布することができ、それにより、ＣＮＴグルーピングの位置決めをより正確に制御することを可能にする。金属基板の表面粗さを変えて、各ＣＮＴグルーピング内のＣＮＴの密度を制御することができる。さらに、吸収体層及び受容体層をＣＮＴ電子源に施して、太陽電池を形成することができ、この太陽電池では、電位が、太陽光の露光に応じて受容体層と金属基板の間で発生可能である。
【選択図】図１

Description

関連出願

本出願は、２００８年１月１８日に出願した、ＣａｔｔｉｅｎＶ．Ｎｇｕｙｅｎを発明者とし、代理人整理番号ＮＡＳＡ−Ｐ１００４．ＰＲＯを有する表題「ＳＹＳＴＥＭＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＣＡＲＢＯＮＮＡＮＯＴＵＢＥＳＯＮＭＥＴＡＬＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳＡＮＤＭＯＤＩＦＹＩＮＧＴＨＥＭＥＴＡＬＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳＴＯＣＯＮＴＲＯＬＴＨＥＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦＴＨＥＣＡＲＢＯＮＮＡＮＯＴＵＢＥＳ」の米国特許仮出願第６１／０２２，２９１号の利益を主張する。この出願は、その全体があらゆる目的について参照により本明細書に組み込まれる。

特許に係る政府の権利

本明細書に記載された本発明は、民間従業員によってなされたものであり、民間従業員の貢献は、ＮＡＳＡとの契約に基づいた研究の実施においてなされ、一般法９６−５１７（米国特許法第２０２条）の規定に従っている。これらの発明は、ＮＡＳＡによって授与された契約ＮＡＳ２−０３１４４の下で政府支援を受けてなされたものである。政府は、これらの発明に一定の権利を有する。

カーボンナノチューブは、しばしば、丈夫な物理特性、化学特性、及び電気特性が与えられる従来の電子源に使用されている。例えば、一般に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、低いターンオン電界を与える高アスペクト比を有し、それによりＣＮＴが、電子を十分に放出することを可能にする。一般に、ＣＮＴは、二酸化シリコン等の非金属基板上に配設した金属触媒上に成長させられる。

ＣＮＴを備える従来の電子源を生産することもできるが、非金属基板に金属触媒を塗布することに関する制限を考えると、従来の電子源の機能性は、制限される。例えば、非金属基板に金属触媒を正確なパターンで塗布することは難しい。したがって、金属基板の各領域に成長させられるＣＮＴグルーピングの間隔は、しばしば不均一であり、制御が難しく、それにより従来の電子源の効果を減少させている。さらに、各グルーピングのＣＮＴの密度は、制御が難しい。

加えて、非金属基板に金属触媒を塗布するプロセス、例えば金属触媒の蒸着は、比較的費用がかかる。したがって、従来の電子源の生産コストは、非金属基板に金属触媒を塗布することに関する比較的高いコストにより増加する。

したがって、効果を改善したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）電子源の必要性が存在する。より具体的には、ＣＮＴグルーピングのパターン付けを改善したＣＮＴ電子源の必要性が存在する。製造時により正確に制御できるＣＮＴ密度を有するＣＮＴ電子源の必要性も存在する。さらに、従来の電子源よりも安価に生産できるＣＮＴ電子源の必要性が存在する。本発明の各実施形態は、これらの必要性及び下記のような他の必要性に対する新規な解決策を提供する。

各実施形態は、ＣＮＴ電子源、ＣＮＴ電子源を製造する方法、及びパターン付きＣＮＴスカルプチャード基板（ｐａｔｔｅｒｎｅｄＣＮＴｓｃｕｌｐｔｕｒｅｄｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を利用する太陽電池に関する。より具体的には、各実施形態は、ＣＮＴが、基板から直接成長することを可能にする金属基板を利用する。抑制剤（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）が、金属基板からのＣＮＴの成長を抑制するために、金属基板に塗布され得る。この抑制剤は、（例えば、フォトリソグラフィ、パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティング、バブルジェット印刷等を用いて）金属基板を任意のパターンに正確に塗布することができ、それにより、ＣＮＴグルーピングの位置決めをより正確に制御することを可能にする。（例えば、ＣＮＴの成長前に、金属基板を研磨又は粗くすることによって）金属基板の表面粗さを変えて、各ＣＮＴグルーピング内のＣＮＴの密度を制御することができる。さらに、吸収体層及び受容体層をＣＮＴ電子源に施して、太陽電池を形成することができ、この太陽電池では、電位（ｖｏｌｔａｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が、太陽光の露光に応じて受容体層と金属基板間で発生可能である。

一実施形態では、電子源を製造する方法は、金属基板を利用可能にするステップを含む。抑制剤が、金属基板の第１の複数の領域に塗布され、抑制剤は、金属基板の第１の複数の領域内のカーボンナノチューブの成長を抑制するように作用する。カーボンナノチューブは、第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で金属基板上に成長させられる。抑制剤を塗布するステップは、金属基板にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィプロセスを使用して、フォトレジストの一部を紫外線に露光することによってなされてもよく、但しフォトレジストのこの一部は、第２の複数の領域に配設される。金属基板の第１の複数の領域に配設されたフォトレジストの非露光部分が、取り除かれてもよい。抑制剤は、金属基板及びフォトレジストのこの一部に塗布されてもよい。加えて、フォトレジストのこの一部は、金属基板の第１の複数の領域に配設された抑制剤を残して取り除かれてもよい。

代替として、抑制剤は、ポリマーを含んでもよく、抑制剤を塗布するステップは、金属基板にポリマーを塗布することによってなされてもよい。ポリマーは、パターン付きスタンプを使用してパターン付けされてもよく、このパターン付きスタンプは、第１の複数の領域に対応する特徴を含む。ポリマーは、パターン付きスタンプが、所定位置にある状態で硬化されてもよい。さらに、別の実施形態では、抑制剤を塗布するステップは、バブルジェット印刷プロセスを使用して抑制剤を塗布することによってなされてもよい。

一実施形態では、電子源は、金属基板と、この金属基板の第１の複数の領域に配設される抑制剤と、第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で金属基板に配設されるカーボンナノチューブとを備える。金属基板は、約５ナノメートル未満のＲＭＳ表面粗さを有するニッケルクロムを含んでもよい。カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの複数のグルーピングを含んでもよく、カーボンナノチューブのこの複数のグルーピングのそれぞれは、物理的に相互に区別されている。

さらに別の実施形態では、太陽電池は、金属基板と、この金属基板の第１の複数の領域に配設される抑制剤と、第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で金属基板に配設されるカーボンナノチューブとを備えてもよい。吸収体層は、抑制剤及びカーボンナノチューブに配設される。さらに、受容体層は、吸収体層に配設され、この受容体層は、受容体層での露光量に応じて金属基板に対して電位を発生させるようになっている。

本発明を、限定としてではなく例として添付図面の各図に示すことにし、図中同じ参照番号は、同様の要素を指している。

本発明の一実施形態による、フォトリソグラフィを用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階を示す略図である。本発明の一実施形態による、フォトリソグラフィを用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセスの第１の部分の流れ図である。本発明の一実施形態による、フォトリソグラフィを用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセスの第２の部分の流れ図である。本発明の一実施形態による、パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティングを用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階を示す略図である。本発明の一実施形態による、パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティングを用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセスの流れ図である。本発明の一実施形態による、バブルジェット印刷を用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階を示す略図である。本発明の一実施形態による、バブルジェット印刷を用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセスの流れ図である。本発明の一実施形態による、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板を用いた太陽電池又はソーラーパネルの例示的な生産段階を示す略図である。本発明の一実施形態による、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板を用いて太陽電池又はソーラーパネルを製造するための例示的なプロセスの流れ図である。

次に、添付図面に各実施形態の例が例示されている、本発明の各実施形態への参照を詳細に行うことする。下記の各実施形態と関連して本発明を述べることにするが、各実施形態は、本発明をこれらの各実施形態だけに限定するものではないことを理解されよう。むしろ、本発明は、添付した特許請求の範囲によって定められる本発明の精神及び範囲に含まれ得る代替形態、修正形態、及び均等物を含むものである。さらに、本発明の下記の詳細な説明では、本発明を十分理解するために、多数の具体的詳細を説明する。しかし、本発明の各実施形態は、これらの具体的詳細がなくても実施することができる。他の例では、よく知られた方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の態様を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されていない。

概して、本発明の各実施形態は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が、基板から直接成長することを可能にする金属基板を備える電子源に関する。抑制剤が、金属基板からのＣＮＴの成長を抑制するために金属基板に塗布されてもよく、それによりＣＮＴは、金属基板上に正確に配置及び／又はパターン付けできる。抑制剤は、下記のもの、即ち、（例えば、図１、図２Ａ及び図２Ｂに関連して述べるような）フォトリソグラフィ、（例えば、図３及び図４に関連して述べるような）パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティング、（例えば、図５及び図６に関連して述べるような）バブルジェット印刷等を用いて金属基板に塗布することができる。（例えば、ＣＮＴの成長前に、金属基板を研磨又は粗くすることによって）金属基板の表面粗さを変えて、ＣＮＴの密度を制御することができる。加えて、吸収体層及び受容体層をＣＮＴ電子源に施して、（例えば、図７及び図８に関連して述べるように）太陽電池を形成することができ、この太陽電池では、電位が、太陽光の露光に応じて受容体層と金属基板の間で発生可能である。

図１は、本発明の一実施形態による、フォトリソグラフィを用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階の略図１００を示す。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態による、フォトリソグラフィを用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセス２００の流れ図を示す。図１の略図１００を、図２Ａ及び図２Ｂのプロセス２００と関連して説明することにする。

図２Ａに示すように、ステップ２１０は、金属基板（例えば、図１の１１０）を準備するステップを含む。この金属基板は、ニッケルクロム、カーボンナノチューブを成長可能な金属、カーボンナノチューブを成長可能な金属合金、それらのいくつかの組合せ等を含み得る。加えて、金属基板の準備は、（例えば、金属基板を研磨すること、金属基板を粗くすること等によって）基板の表面粗さを変更するステップを含んでもよく、（例えば、以下のステップ２９０に関連して述べるように）この表面粗さを使用して金属基板から成長するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の密度を調整することができる。一実施形態では、金属基板は、約５ナノメートル未満のＲＭＳ表面粗さで準備することができる。加えて、一実施形態では、基板の粗さは、化学研磨、機械研磨、それらのいくつかの組合せ等を使用して変更することができる。

一実施形態では、金属基板の準備（例えば、１１０）は、不純物（例えば、水、溶剤等）を取り除くために金属基板のＨＤＭＳ処理を含んでもよい。例えば、プライマ（例えば、マサチューセッツ州Ｎｅｗｔｏｎ所在のＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のＭＣＣプライマ８０／２０）が、金属基板（例えば、１１０）上へ塗布され（例えば、塗られ）、（例えば、毎分約４５００回転で約３０秒間）遠心脱水されてもよい。次いで、この金属基板は、（例えば、摂氏約１１０度で約２分間）加熱又は焼きしめを受けてもよい。

ステップ２２０は、金属基板（例えば、１１０）にフォトレジスト（例えば、１２０）を塗布するステップを含む。一実施形態では、このフォトレジストは、ＵＶ−６０．６を含んでもよい。加えて、一実施形態では、フォトレジストは、スピンオンプロセスを使用して金属基板に塗布されてもよい。さらに、フォトレジストは、（例えば、摂氏約１３０度で約１分間）加熱又は焼きしめを受けてもよい。

図２Ａに示すように、ステップ２３０は、フォトレジストの一部を紫外線（例えば、１４０）に露光するステップを含む。一実施形態では、フォトレジスト（例えば、１２０）は、フォトレジストの一部を紫外線（例えば、１４０）に露光する前にマスク（例えば、１３０）で覆われてもよい。マスク（例えば、１３０）は、紫外線（例えば、１５０）の一部が、マスクを通過することを可能にし、フォトレジスト（例えば、１２０）の対応する一部を露光することができる。例えば、図１に示すように、マスク１３０の色を濃くした四角は、（例えば、露光されていないフォトレジスト１２０の部分１２２を残しつつ）光１４０を遮断することができ、一方、マスク１３０の明るい四角は、（例えば、光１５０によって表されるように）光１４０が、マスク１３０を通過することを可能にし、フォトレジスト１２０の一部１２５を露光することができる。このようにして、マスク（例えば、１３０）を使用してフォトレジスト（例えば、１２０）をパターン付けし、最終的に（例えば、プロセス２００のステップ２９０で）金属基板から成長するＣＮＴをパターン付けすることができる。

マスク１３０は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）グリッドを含むことができる。代替として、マスク１３０は、ステンシルマスク、フォトリソグラフィマスク等を含んでもよい。

ステップ２４０は、フォトレジスト（例えば、１１０）を加熱又は焼きしめするステップを含む。一実施形態では、露光後焼きしめ（ｐｏｓｔ−ｅｘｐｏｓｕｒｅｂａｋｅ）は、摂氏１４０度で約９０秒間、フォトレジスト（例えば、１１０）を加熱するステップを含み得る。

図２Ａに示すように、ステップ２５０は、フォトレジスト（例えば、１２０）の非露光部分（例えば、１２２）、又はフォトレジスト（例えば、１２０）の露光部分（例えば、１２５）を取り除くステップを含む。一実施形態では、アセトンが、フォトレジストのこれら部分（例えば、１２２、１２５等）を取り除くために、フォトレジストに塗布され得る。

図２Ｂに示すように、ステップ２５５は、残っているフォトレジスト（例えば、フォトレジスト１２０の露光部分１２５、ステップ２５０で露光部分１２５を取り除いた場合はフォトレジスト１２０の非露光部分１２２等）を加熱するステップを含む。一実施形態では、残っているフォトレジストは、摂氏約１４０度で約３分間、加熱又は焼きしめされ得る。

ステップ２６０は、残っているフォトレジスト（例えば、フォトレジスト１２０の露光部分１２５、ステップ２５０で露光部分１２５を取り除いた場合はフォトレジスト１２０の非露光部分１２２等）、及び金属基板（例えば、１１０）に抑制剤（例えば、１６２及び１６５）を塗布するステップを含む。この抑制剤を使用して、抑制剤を配設した金属基板の領域内のＣＮＴの成長を抑制することができる。加えて、抑制剤（例えば、１６２及び１６５）は、ＣＮＴの成長を抑制する任意の材料を含んでもよい。例えば、抑制剤（例えば、１６２及び１６５）は、非金属、ポリマー及び金属（例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ等）を含んでもよい。さらに、一実施形態では、抑制剤（例えば、１６２及び１６５）は、ＩＢＳモリブデン（ＩＢＳｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）を含んでもよい。

図２Ｂに示すように、ステップ２７０は、残っているフォトレジスト（例えば、フォトレジスト１２０の露光部分１２５、ステップ２５０で露光部分１２５を取り除いた場合はフォトレジスト１２０の非露光部分１２２等）、及び残っているフォトレジストに配設された金属抑制剤の部分（例えば、フォトレジスト部分１２５に配設された金属抑制剤の部分１６２、ステップ２５０で露光部分１２５を取り除いた場合はフォトレジスト１２０の非露光部分１２２に配設された金属抑制剤の部分等）を取り除くステップを含む。このようにして、金属基板（例えば、１１０）の領域に配設された金属抑制剤（例えば、１６５）の部分だけが、残存することができ、それにより、残っている抑制剤（例えば、１６５）をパターン付けし、いかなる金属抑制剤もない金属基板の表面上の領域（例えば、領域１７５）を生成する。一実施形態では、残っているフォトレジスト（例えば、フォトレジスト１２０の露光部分１２５、ステップ２５０で露光部分１２５を取り除いた場合はフォトレジスト１２０の非露光部分１２２等）は、現像液（例えば、マイクロポジット１１６５）を用いた少なくとも２つの連続した浴（ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅｂａｔｈ）を用いて取り除くことができ、ここでそれぞれの浴は、摂氏約８０度で約５分間続く。

ステップ２８０は、金属基板（例えば、１１０）及び残っている金属抑制剤（例えば、１６５）を処理するステップを含む。一実施形態では、金属基板（例えば、１１０）及び残っている金属抑制剤（例えば、１６５）は、純水で洗浄及びメタノールで清浄され得る。

図２Ｂに示すように、ステップ２９０は、金属抑制剤が配設されていない金属基板の領域内（例えば、領域１７５内）でＣＮＴ（例えば、１７０）を成長させるステップを含む。一実施形態では、ＣＮＴ（例えば、１７０）は、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）であり得る。金属基板（例えば、１１０）から成長するＣＮＴ（例えば、１７０）の各柱状体又はグルーピングは、物理的に相互に間隔をおいて配置され得る。加えて、ＣＮＴの柱状体又はグルーピングは、（例えば、ステップ２３０に関連して述べるように）フォトレジストの一部を露光するために使用されるマスク（例えば、１３０）によってパターン付けすることができる。さらに、一実施形態では、ＣＮＴ（例えば、１７０）の各グルーピングの密度は、（例えば、金属基板１１０の領域１７５内の）金属基板の表面粗さに関連があり得る。

したがって、例示的なプロセス２００を使用して、金属基板（例えば、１１０）を備える電子源（例えば、１９０）を生産することができる。一実施形態では、電子源（例えば、１９０）は、金属触媒の蒸着なしで生産することができる。加えて、ＣＮＴは、（例えば、別の基板層に配設された金属触媒から成長する代わりに）基板から直接（例えば、ステップ２９０で）成長することができる。さらに、プロセス２００によって生産される電子源（例えば、１９０）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト及び／又は（例えば、光源若しくは電球のような）他の照明アプリケーション用等、アプリケーションの特性に合った照明が必要とされる任意のアプリケーションに用いることができることを理解されたい。プロセス２００によって生産される電子源（例えば、１９０）は、例として、（例えば、本明細書の図７及び図８に関連して述べるように）太陽電池の一部として、（例えば、熱を放散するための金属基板を用いた）ヒートシンクとして等の他のアプリケーションに用いることもできる。

図１は、特定の個数、形状、大きさ等の構成要素（例えば、金属基板１１０、抑制剤１６５、及びＣＮＴ１７０）を備える電子源１９０を示すが、他の実施形態では、異なる個数、形状、大きさ等の構成要素が、用いられてもよいことを理解されたい。例えば、金属基板１１０は、屋根瓦、屋根板、又は別の表面のような形状をしてもよく、それにより、金属基板１１０が、ソーラーパネルアプリケーションで用いる（例えば、住居用の）屋根材に適用、又は屋根瓦の一部として製造されることを可能にする。さらに、他の実施形態では、金属基板１１０は、代わりとなる形状及び／又は大きさをしていてもよい。

図３は、本発明の一実施形態による、パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティングを用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階の略図３００を示す。図４は、本発明の一実施形態による、パターン付きスタンプを用いるナノインプリンティングを用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセス４００の流れ図を示す。図３の略図３００を、図４のプロセス４００と関連して説明することにする。

図４に示すように、ステップ４１０は、金属基板（例えば、１１０）を準備するステップを含む。一実施形態では、ステップ４１０は、図２Ａのステップ２１０に類似して行うことができる。

ステップ４２０は、金属基板（例えば、１１０）に抑制剤（例えば、３２０）を塗布するステップを含む。一実施形態では、抑制剤（例えば、３２０）は、熱硬化性樹脂を含み得る。熱硬化性樹脂は、熱、光、化学反応、乾燥等を用いて硬化可能であり得る。

図４に示すように、ステップ４３０は、金属基板（例えば、１１０）及び抑制剤（例えば、３２０）にパターン付きスタンプ（例えば、３３０）を施すステップを含む。一実施形態では、パターン付きスタンプ（例えば、３３０）は、パターンを形成するように配置される複数の特徴（例えば、３３５）を含み得る。これら特徴は、パターン付きスタンプ（例えば、３３０）が、抑制剤（例えば、３２０）及び／又は金属基板（例えば、１１０）と接触させられると（例えば、抑制剤を転移及び／又は形成することによって）抑制剤をパターン付けすることができ、それにより、パターン付きスタンプ（例えば、３３０）の特徴（例えば、３３５）のパターンに対応するパターンに配置され得る抑制剤部分３２５を形成する。

ステップ４３０は、スタンプが（例えば、抑制剤３２０及び／又は金属基板１１０に押圧される）所定位置にある状態で抑制剤を硬化するステップも含む。この抑制剤は、熱、光、化学反応、乾燥等を用いて硬化可能である。したがって、この抑制剤の特徴（例えば、３２５）は、ステップ４３０での抑制剤の硬化後に、所定位置に保持又は固定することができる。

図４に示すように、ステップ４４０は、抑制剤が配設されていない金属基板の領域内（例えば、領域１７５内）でＣＮＴ（例えば、１７０）を成長させるステップを含む。一実施形態では、ステップ４４０は、図２Ｂのステップ２９０に類似して行うことができる。

したがって、例示的なプロセス４００を使用して、金属基板（例えば、１１０）を備える電子源（例えば、３９０）を生産することができる。一実施形態では、電子源（例えば、３９０）は、金属触媒の蒸着なしで生産することができる。加えて、ＣＮＴは、（例えば、別の基板層に配設された金属触媒から成長する代わりに）基板から直接（例えば、ステップ４４０で）成長させることができる。さらに、プロセス４００によって生産される電子源（例えば、３９０）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト及び／又は（例えば、光源若しくは電球のような）他の照明アプリケーション用等の、アプリケーションの特性に合った照明が必要とされる任意のアプリケーションに用いることができることを理解されたい。プロセス４００によって生産される電子源（例えば、３９０）は、例として、（例えば、本明細書の図７及び図８に関連して述べるように）太陽電池の一部として、（例えば、熱を放散するための金属基板を用いた）ヒートシンクとして等の他のアプリケーションに用いることもできる。

図３は、特定の個数、形状、大きさ等の構成要素（例えば、金属基板１１０、抑制剤３２５、及びＣＮＴ１７０）を備える電子源３９０を示すが、他の実施形態では、異なる個数、形状、大きさ等の構成要素が、用いられてもよいことを理解されたい。例えば、金属基板１１０は、屋根瓦、屋根板、又は別の表面のような形状をしてもよく、それにより、金属基板１１０が、ソーラーパネルアプリケーションで用いる（例えば、住居用の）屋根材に適用、又は屋根瓦の一部として製造されることを可能にする。さらに、他の実施形態では、金属基板１１０は、代わりとなる形状及び／又は大きさをしていてもよい。

図５は、本発明の一実施形態による、バブルジェット印刷を用いた、金属基板を備える電子源の例示的な生産段階の略図５００を示す。図６は、本発明の一実施形態による、バブルジェット印刷を用いた、金属基板を備える電子源を製造するための例示的なプロセス６００の流れ図を示す。図５の略図５００を、図６のプロセス６００と関連して説明することにする。

図６に示すように、ステップ６１０は、金属基板（例えば、１１０）を準備するステップを含む。一実施形態では、ステップ６１０は、図２Ａのステップ２１０に類似して行うことができる。

ステップ６２０は、バブルジェット印刷を用いて、金属基板（例えば、１１０）に抑制剤（例えば、５２５）を塗布するステップを含む。一実施形態では、抑制剤（例えば、５２５）は、ポリマーを含み得る。加えて、抑制剤（例えば、５２５）は、図５に示すようにノズル（例えば、５８０）によって金属基板（例えば、１１０）に塗布することができ、（例えば、インクジェットプリンタに似ている）ノズル（例えば、５８０）は、コンピュータシステムによって指定される位置に抑制剤（例えば、５２５）を蒸着させることができる。一実施形態では、抑制剤（例えば、５２５）は、ステップ６２０においてあるパターンに塗布され得る。

図６に示すように、ステップ６３０は、金属基板（例えば、１１０）に塗布した抑止剤（例えば、５２５）を硬化するステップを含む。一実施形態では、抑制剤（例えば、５２５）は、熱及び／又は光を加えること、化学反応、乾燥等によって硬化することができる。

ステップ６４０は、抑制剤が配設されていない金属基板の領域内（例えば、領域１７５内）でＣＮＴ（例えば、１７０）を成長させるステップを含む。一実施形態では、ステップ６４０は、図２Ｂのステップ２９０に類似して行うことができる。

したがって、例示的なプロセス６００を使用して、金属基板（例えば、１１０）を備える電子源（例えば、５９０）を生産することができる。一実施形態では、電子源（例えば、５９０）は、金属触媒の蒸着なしで生産することができる。加えて、ＣＮＴは、（例えば、別の基板層に配設された金属触媒から成長する代わりに）基板から直接（例えば、ステップ６４０で）成長することができる。さらに、プロセス６００によって生産される電子源（例えば、５９０）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト及び／又は（例えば、光源若しくは電球のような）他の照明アプリケーション用等の、アプリケーションの特性に合った照明が必要とされる任意のアプリケーションに用いることができることを理解されたい。プロセス６００によって生産される電子源（例えば、５９０）は、例として、（例えば、本明細書の図７及び図８に関連して述べるように）太陽電池の一部として、（例えば、熱を放散するための金属基板を用いた）ヒートシンクとして等の他のアプリケーションに用いることもできる。

図５は、特定の個数、形状、大きさ等の構成要素（例えば、金属基板１１０、抑制剤５２５、及びＣＮＴ１７０）を備える電子源５９０を示すが、他の実施形態では、異なる個数、形状、大きさ等の構成要素が、用いられてもよいことを理解されたい。例えば、金属基板１１０は、屋根瓦、屋根板、又は別の表面のような形状をしてもよく、それにより、金属基板１１０が、ソーラーパネルアプリケーションで用いる（例えば、住居用の）屋根材に適用、又は屋根瓦の一部として製造されることを可能にする。さらに、他の実施形態では、金属基板１１０は、代わりとなる形状及び／又は大きさをしていてもよい。

図７は、本発明の一実施形態による、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板を用いた、太陽電池又はソーラーパネルの例示的な生産段階の略図７００を示す。図８は、本発明の一実施形態による、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板を用いて太陽電池又はソーラーパネルを製造するための例示的なプロセス８００の流れ図を示す。図７の略図７００を、図８のプロセス８００と関連して説明することにする。

図８に示すように、ステップ８１０は、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板を利用可能にするステップを含む。例えば、図７に示すように、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板７９０が、利用可能にされてもよく、スカルプチャード基板７９０は、プロセス２００によって生産されてもよく（したがって、例えば、図１の電子源１９０に類似していてもよく）、プロセス４００によって生産されてもよく（したがって、例えば、図３の電子源３９０に類似していてもよく）、プロセス６００によって生産されてもよく（したがって、例えば、図５の電子源５９０に類似していてもよく）、又はそれらのいくつかの組合せによって生産されてもよい。加えて、図１に示すように、ＣＮＴ１７０は、金属基板１１０から成長し、抑制剤７１０によって物理的に区別することができ、そこでは抑制剤７１０は、図１の金属抑制剤１６５、図３の抑制剤３２５、図５の抑制剤５２５、又はそれらのいくつかの組合せに類似している。

ステップ８２０は、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板に吸収体層を配設するステップを含む。例えば、図７に示すように、吸収体層７２０は、スカルプチャード基板７９０（例えば、抑制剤７１０及びＣＮＴ１７０）に配設される。吸収体層（例えば、７２０）は、スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）等を用いてパターン付きＣＮＴスカルプチャード基板（例えば、７９０）に施されてもよい。加えて、一実施形態では、吸収体層７２０は、薄膜であり得る。

図８に示すように、ステップ８３０は、吸収体層に受容体層を配設するステップを含む。例えば、図７に示すように、受容体層７３０は、吸収体層７２０に配設される。受容体層（例えば、７３０）は、スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）等を用いて、吸収体層（例えば、７２０）に施されてもよい。加えて、一実施形態では、受容体層７３０は、薄膜であり得る。

したがって、プロセス８００を使用して金属基板（例えば、１１０）を備えるパターン付きＣＮＴスカルプチャード基板（例えば、７９０）を用いて太陽電池（例えば、７９５）を生産することができる。太陽光に露光されると、太陽電池（例えば、７９５）を使用して、金属基板（例えば、１１０）と受容体層（例えば、７３０）の間に電位を発生させることができる。

一実施形態では、金属基板（例えば、１１０）は、アノードとして機能することができ、一方、受容体層（例えば、７３０）は、カソードとして機能することができ、この金属基板（例えば、１１０）は、太陽光に露光されると、受容体層（例えば、７３０）に電子を解放することができる。このようにして、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板（例えば、７９０）は、電子供与体として機能することができる。

代替として、一実施形態では、金属基板（例えば、１１０）は、カソードとして機能することができ、一方、受容体層（例えば、７３０）は、アノードとして機能することができ、この受容体層（例えば、７３０）は、太陽光に露光されると、金属基板（例えば、１１０）に電子を解放することができる。このようにして、パターン付きＣＮＴスカルプチャード基板（例えば、７９０）は、電子受容体として機能することができる。

図７は、特定の個数、形状、大きさ等の構成要素（例えば、金属基板１１０、抑制剤７１０、ＣＮＴ１７０、吸収体層７２０、及び受容体層７３０）を備える太陽電池７９５を示すが、他の実施形態では、異なる個数、形状、大きさ等の構成要素が用いられてもよいことを理解されたい。例えば、太陽電池７９５は、屋根瓦、屋根板、又は別の表面のような形状をしてもよく、それにより、太陽電池７９５が、（例えば、住居用の）屋根瓦に適用、又は（例えば、住居で使用するためや、他の場所で取り込んで使用するためなどにソーラーエネルギーを発生させるための）屋根材の一部として製造されることを可能にする。さらに、他の実施形態では、太陽電池７９５は、代わりとなる形状及び／又は大きさをしていてもよい。

前述の明細書では、本発明の実施形態を実施ごとに異なり得る多数の具体的詳細を参照して説明してきた。このように、本発明であるもの、及び出願人によって本発明であるとされるものを独占排他的に示すものは、特有の形式の（その後の任意の補正を含む）本出願から得られる一連の請求項であり、そうした請求項は、かかる形式で得られる。したがって、請求項に明示的に挙げられていない限定、要素、特性、特徴、利点、又は属性は、そのような請求項の範囲を何ら限定すべきではない。それゆえ、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。

Claims

電子源を製造する方法であって、
金属基板を利用可能にするステップと、
前記金属基板の第１の複数の領域に抑制剤を塗布するステップであり、前記抑制剤が、前記金属基板の前記第１の複数の領域内のカーボンナノチューブの成長を抑制するように作用するものである、ステップと、
前記第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で前記金属基板上にカーボンナノチューブを成長させるステップと
を含む方法。
前記金属基板が、カーボンナノチューブを成長させるように作用する金属、及びカーボンナノチューブを成長させるように作用する金属合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記抑制剤が、カーボンナノチューブの成長を抑制するように作用する非金属、ポリマー及び金属からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
抑制剤を塗布する前記ステップが、
前記金属基板にフォトレジストを塗布するサブステップと、
フォトリソグラフィプロセスを使用して、前記フォトレジストの一部を紫外線に露光するサブステップであり、前記フォトレジストの前記一部が前記第２の複数の領域に配設される、サブステップと、
前記金属基板の前記第１の複数の領域に配設された前記フォトレジストの非露光部分を取り除くサブステップと、
前記金属基板及び前記フォトレジストの前記一部に前記抑制剤を塗布するサブステップと、
前記フォトレジストの前記一部を取り除き、前記金属基板の前記第１の複数の領域に配設された前記抑制剤を残すサブステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記抑制剤がポリマーを含み、
抑制剤を塗布する前記ステップが、
前記金属基板にポリマーを塗布するサブステップと、
パターン付きスタンプを使用して前記ポリマーをパターン付けするサブステップであり、前記パターン付きスタンプが前記第１の複数の領域に対応する特徴を含む、サブステップと、
前記パターン付きスタンプが所定位置にある状態で前記ポリマーを硬化するサブステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
抑制剤を塗布する前記ステップが、バブルジェット印刷プロセスを使用して前記抑制剤を塗布するサブステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記抑制剤及び前記カーボンナノチューブに吸収体層を配設するステップと、
前記吸収体層に受容体層を配設するステップであり、前記受容体層での露光量に応じて前記金属基板に対して電位を発生させる前記受容体層を配設する、ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
吸収体層を配設する前記ステップ及び受容体層を配設する前記ステップが、スパッタリング及び化学蒸着法から選択されるプロセスを使用して行われる、請求項７に記載の方法。
前記金属基板を研磨して、約５ナノメートル未満のＲＭＳ表面粗さを発生させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
金属基板と、
前記金属基板の第１の複数の領域に配設される抑制剤と、
前記第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で前記金属基板に配設されるカーボンナノチューブと
を備える電子源。
前記金属基板が、カーボンナノチューブを成長させるように作用する金属、及びカーボンナノチューブを成長させるように作用する金属合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１０に記載の電子源。
前記抑制剤が、カーボンナノチューブの成長を抑制するように作用する非金属、ポリマー及び金属からなる群から選択される材料を含む、請求項１０に記載の電子源。
前記抑制剤が、ポリマーを含む、請求項１０に記載の電子源。
前記金属基板が、約５ナノメートル未満のＲＭＳ表面粗さを有するニッケルクロムを含む、請求項１０に記載の電子源。
前記カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブの複数のグルーピングを含み、カーボンナノチューブの前記複数のグルーピングのそれぞれが、物理的に相互に区別されている、請求項１０に記載の電子源。
前記カーボンナノチューブが、光を発生させるために電子を放出するように作用する、請求項１０に記載の電子源。
金属基板と、
前記金属基板の第１の複数の領域に配設される抑制剤と、
前記第１の複数の領域と区別された第２の複数の領域内で前記金属基板に配設されるカーボンナノチューブと、
前記抑制剤及び前記カーボンナノチューブに配設される吸収体層と、
前記吸収体層に配設される受容体層であり、受容体層での露光量に応じて前記金属基板に対して電位を発生させる受容体層と
を備える、太陽電池。
前記金属基板及び前記カーボンナノチューブが、電子を放出する電子供与体を形成する、請求項１７に記載の太陽電池。
前記金属基板及び前記カーボンナノチューブが、電子を受け取る電子受容体を形成する、請求項１７に記載の太陽電池。
前記金属基板が、カーボンナノチューブを成長させるように作用する金属、及びカーボンナノチューブを成長させるように作用する金属合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の太陽電池。
前記抑制剤が、カーボンナノチューブの成長を抑制するように作用する非金属、ポリマー及び金属からなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の太陽電池。
前記金属基板が、約５ナノメートル未満のＲＭＳ表面粗さを有するニッケルクロムを含む、請求項１７に記載の太陽電池。
前記カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブの複数のグルーピングを含み、カーボンナノチューブの前記複数のグルーピングのそれぞれが、物理的に相互に区別されている、請求項１７に記載の太陽電池。