JP2011523232A5

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Publication number: JP2011523232A5
Application number: JP2011513645A
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Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2029-06-09

Description

ここに、特定の実施形態における、以下から構成される太陽電池を公開する：（a）導体、半導体または半導体材料を含む複数の三次元電極。これらの導体、半導体または半導体材料が、以下から選択される：炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれか。および（b）電極の形状は垂直軸に沿って変化する、少なくとも1つの光活性材料。一部の実施形態では、太陽電池のエネルギー変換効率は少なくとも5%、7%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%のいずれかとなる。一部の実施形態では、少なくとも一部の三次元電極が導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、電極は陽極および陰極から構成されているほか、陽極は導電性ポリマーで選択的にコーティングされている。一部の実施形態では、少なくとも一部の陽極がPEDOT:PSSでコーティングされている。一部の実施形態では、電池はさらに2つの透明層を含む。ここでは、電極および光活性材料がこれら2つの透明層に挟まれている。一部の実施形態では、電磁放射が少なくとも2つの透明層を通過し、少なくとも同電磁放射の一部がエネルギーに変換される。一部の実施形態では、電磁放射は可視光線である。一部の実施形態では、電磁放射の光子は光活性材料に吸収される。一部の実施形態では、光活性材料はドナーポリマーから構成され、光子の吸収によってドナーポリマー内の電子が励起する。一部の実施形態では、励起電子が陰極に移動することで、電位差が発生する。一部の実施形態では、移動電荷の拡散距離は100 nm未満である。一部の実施形態では、三次元電極において、陽極および陰極から成るアレイが形成される。一部の実施形態では、少なくとも一部の陽極の仕事関数は5 eV以上である。一部の実施形態では、少なくとも一部の陰極の仕事関数は5 eV以下である。一部の実施形態では、少なくとも一部の三次元電極の形状は、円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、三次元電極の形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元電極の形状は円柱である。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程を経た導体、半導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、以下のいずれかのパターン形成工程を経た導体、半導体または半導体材料が用いられる：スタンピング、エクストルージョン、プリンティング、リソグラフィー、ローリング、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、加熱工程を経た導体、半導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造は、パターン形成工程に続き、焼結、熱分解、焼き付けのいずれかを経た導体、半導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、熱分解を経た導体、半導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造は、パターン形成工程に続き、焼結を経た導体、半導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極はグラファイトまたはガラス状炭素から構成されている。一部の実施形態では、電極はグループ化されたパターンで配置されている。一部の実施形態では、電極は個別のパターンで配置されている。一部の実施形態では、電極はノントレース構造で形成されている。一部の実施形態では、少なくとも一部の電極がトレース構造を形成する。一部の実施形態では、少なくとも一部の電極は透過性である。一部の実施形態では、少なくとも一部の電極は多孔性である。一部の実施形態では、少なくとも一部の電極は光活性材料に取り囲まれている。一部の実施形態では、光活性材料はヘテロ接合光活性材料のマトリクスから構成されている。一部の実施形態では、光活性材料は以下から構成される：結晶シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウムセレン化物、銅インジウムガリウムジセレン化物、ルテニウム有機金属染料、P3HT（ポリ(3-ヘキシルチオフェン)）、PCBM（フェニル-C61-酪酸メチルエステル）、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、光活性材料はP3HT（ポリ(3-ヘキシルチオフェン)）およびPCBM（フェニル-C61-酪酸メチルエステル）から構成されている。一部の実施形態では、光活性材料はP3HT（ポリ(3-ヘキシルチオフェン)）およびPCBM（フェニル-C61-酪酸メチルエステル）から1:1の重量比で構成されている。一部の実施形態では、電池は第1および第2の光活性材料から構成され、第1の光活性材料の吸収スペクトルは、第2の光活性材料の吸収スペクトルと異なる。一部の実施形態では、第1および第2の光活性材料は、形成された層に存在している。一部の実施形態では、光活性材料の表面積は例えば約3〜6倍増している。一部の実施形態では、電池はさらに透過性の材料から構成され、この透過性の材料が電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電池はさらにガラス、プラスチック、セラミック、またはこれらの組み合わせによる透過性の材料から構成されている。一部の実施形態では、電池はさらにガラスの透過性の材料から構成され、このガラスが電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電池はさらにプラスチックの透過性の材料から構成され、このプラスチックが電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電池は太陽電池である。一部の実施形態では、電池は太陽電池パネルを製造するために用いられる。

ここに、特定の実施形態における、導体、半導体または半導体材料を含む三次元電極を公開する。これらの導体、半導体または半導体材料は、以下から選択される：炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれか。また、電極の形状は垂直軸に沿って変化する。一部の実施形態では、三次元電極は導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、電極は陰極である。一部の実施形態では、電極は陽極であり、陽極は導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、陽極はPEDOT:PSSでコーティングされている。一部の実施形態では、陽極の仕事関数は5 eV以上である。一部の実施形態では、陰極の仕事関数は5 eV以下である。一部の実施形態では、電極は炭素材によって構成されている。一部の実施形態では、電極はグラファイトまたはガラス状炭素によって構成されている。一部の実施形態では、電極の形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、電極の形状は角錐である。一部の実施形態では、電極の形状は円柱である。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程を経た導電性粉末が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、以下のいずれかのパターン形成工程を経た導体または半導体材料が用いられる：スタンピング、エクストルージョン、プリンティング、リソグラフィー、ローリング、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、加熱工程を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、焼結、熱分解、焼き付けのいずれかを経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、熱分解を経た導電性ポリマーが用いられる。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、焼結を経た導電性粉末が用いられる。一部の実施形態では、少なくとも一部の電極は多孔性である。

ここに、特定の実施形態における、以下から構成される電界発光電池を公開する：導体または半導体材料から構成される複数の三次元ダイオード。これらの導体または半導体材料は以下から選択される：炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれか、ならびに電流源。また、ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化する。電界発光電池のエネルギー変換効率は少なくとも10%である。一部の実施形態では、太陽電池のエネルギー変換効率は少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%のいずれかとなる。一部の実施形態では、ダイオードは1本の陽極および1本の陰極から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは1個のドナーポリマーおよび1個のアクセプターポリマーによって構成されている。一部の実施形態では、少なくともダイオードの一部は導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、陽極は導電性ポリマーで選択的にコーティングされている。一部の実施形態では、陽極はPEDOT:PSSでコーティングされている。一部の実施形態では、電流によってドナー材料内の電子が励起する。一部の実施形態では、ドナー材料内の電子が正孔と結合する。一部の実施形態では、電子と正孔が結合することで、電子が低エネルギーレベルへと落ちる。一部の実施形態では、電子が低エネルギーレベルへと落ちることで、光子が放出される。一部の実施形態では、三次元ダイオードによってアレイが形成される。一部の実施形態では、少なくとも一部の三次元ダイオードの形状は、円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は円柱である。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、以下のいずれかのパターン形成工程を経た導体または半導体材料が用いられる：スタンピング、エクストルージョン、プリンティング、リソグラフィー、ローリング、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、電極の製造には、パターン形成工程に続き、加熱工程を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、焼結、熱分解、焼き付けのいずれかを経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、熱分解を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、焼結を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、電極はグラファイトまたはガラス状炭素から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードはグループ化されたパターンで配置されている。一部の実施形態では、ダイオードは個別のパターンで配置されている。一部の実施形態では、ダイオードはノントレース構造で形成されている。一部の実施形態では、ダイオードがトレース構造を形成する。一部の実施形態では、少なくとも一部のダイオードは透過性である。一部の実施形態では、少なくとも一部のダイオードの表面は多孔性である。一部の実施形態では、少なくとも一部のダイオードの表面は非多孔性である。一部の実施形態では、電池はさらに透過性の材料から構成され、この透過性の材料が電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電池はさらにガラス、プラスチック、セラミック、またはこれらの組み合わせによる透過性の材料から構成されている。一部の実施形態では、電池はさらにガラスの透過性の材料から構成され、このガラスが電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電池はさらにプラスチックの透過性の材料から構成され、このプラスチックが電池の酸化を防いでいる。

ここに、一部の実施形態における、導体または半導体材料を含む三次元ダイオードを公開する。これらの導体または半導体材料は、以下から選択される：炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれか。また、ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化する。一部の実施形態では、少なくとも三次元ダイオードの一部は導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、ダイオードは1本の陽極および1本の陰極から構成されている。一部の実施形態では、陽極は導電性ポリマーでコーティングされている。一部の実施形態では、陽極はPEDOT:PSSでコーティングされている。一部の実施形態では、導体または半導体材料はグラファイトまたはガラス状炭素である。一部の実施形態では、ダイオードの形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、ダイオードの形状は角錐である。一部の実施形態では、ダイオードの形状は円柱である。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程を経た導電性粉末が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、以下のいずれかのパターン形成工程を経た導体または半導体材料が用いられる：スタンピング、エクストルージョン、プリンティング、リソグラフィー、ローリング、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、加熱工程を経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、焼結、熱分解、焼き付けのいずれかを経た導体または半導体材料が用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、熱分解を経た導電性ポリマーが用いられる。一部の実施形態では、ダイオードの製造には、パターン形成工程に続き、焼結を経た導電性粉末が用いられる。一部の実施形態では、少なくとも一部のダイオードの表面は多孔性である。一部の実施形態では、少なくとも一部のダイオードの表面は非多孔性である。

三次元的に配置された微小電極のアレイを表している。三次元電極を有する有機PV電池の三次元構造を表している。ここに公開されている電極の製造手順を表している。マイクロ（またはナノ）スタンピング工程、続いて焼結（ここでは電流を使用）が実施される。三次元炭素電極構造の図面であり、個別のトレースパターンが示されている。三次元電極およびポリマー太陽光発電反応を用いて電子を取得する工程を表す構図である。複数の光活性層を表した三次元構造である。さまざまな種類の層によって、さまざまな可視光線スペクトルのピークが吸収される。 OLED表面積が増した三次元電極構造を表している。複数の電界発光層を垂直に並べた、新しい白色タンデムOLEDの三次元構造を表している。「全ポリマー」有機MEMS/NEMSをベースとした有機太陽電池構造の二次元断面図を表している。「d」は電池の奥行きを表しており、範囲は5 m〜25 mとなる。グラファイト陰極の奥行きにわたって電極が収集される一方、正孔は、陽極の奥行きにわたって配置されているPEDOT:PSS層へと移動する。回路は、電子および正孔の伝導経路としての機能を持つ、グラファイトのワイヤートレースを介して完成する。フェルミエネルギーレベルの図、およびフラットバンド状態にある全ポリマーシステムの真空レベルに相対した集光の様子を表している。電子は光エネルギーにさらされるとLUMO（最低空分子軌道）へと移動し、その結果HOMO（最高被占分子軌道）に正孔ができる。電子は熱分解炭素（グラファイト）電極、およびPEDOT:PSS電極の正孔で収集される。 (a)は、三次元グラファイト微小電極ベースの太陽電池を形成しているチップの配置を表している。電極は直径150 μm、間隔は350 μmであり、幅が75 μmで1 mm x 1 mmのサイズのバンプパッドをトレースできる。(b)は、パターン形成後のSEM図を表している。(c)は、三次元電極のSEM図を表している。 (a)は、三次元グラファイト電極の10 x 10アレイを有する、完全な全ポリマー太陽電池を表している。 (b)は、PEDOT:PSSが塗布された後のサンプル陽極のSEM図を表している。光活性材料を有する三次元グラファイト電極の図を表している。 (a)は、熱処理によってトポロジーが滑らかになることを表している。（b)は、風乾した光活性材料は結晶化する傾向があることを表している。 5A+5C、10A+10C、50A+50C（1〜3層）の電流測定値を表している。 50A+50C（3層）の電流測定値を表すことで、熱処理による効果を示している。 50A+50C、10A+10C、5A+5C（すべて1層）の電流測定値を表すことで、電極の数がもたらす影響を示している。電極の数によって生じる電流の変化を表している。 50A+50Cの電流測定値を表すことで、光活性材料層の数がもたらす影響を示している。全ポリマー太陽電池の三次元構造の露出面積を最大化するための異なる構成を示している。チップの鉛直傾斜によって生じる電流の変化を表している。チップは水平面に対して45°に維持されている。電極の間隔を調整することで電流がどのように変化するかを表している。それぞれの光源入射の水平角に応じた、5 x 5三次元電極への入射光の変化を表している。 (a)は、静止チップ構成および移動チップ構成における焼結設定を表している。(b)は、移動チップ構成（C）における、表面（厚さ-50 μm）下のニッケル層の一部を表しているSEM図である。 (a)は、構成Aのもとで、サイクル数が局所焼結（材料表面はチップの真下に位置）ニッケルの微小硬度にもたらす効果を表している。硬度は圧粉体では-38 HVだったのが、70回の電流サイクル後は、極度に焼結させた局所において200 HVを超えたことがはっきり分かる。硬度の上昇は、30サイクルを過ぎたあたりから顕著になる。(b)は、焼結が進むにつれて観察された粒成長を表している。 (a)は、構成Bにおける、チップ下の焼結部位の断面SEM顕微鏡図である。(b)は、該当する断面図の硬度マップである。 (a)は、構成Cにおける、チップ経路に沿った焼結表面下のSEM顕微鏡図である。(b)は、構成Cにおける圧粉体を表しており、局所的に焼結された正方形の圧痕が示されている。試験を行った4個のチップの詳細である。(a)は、4つのセット（それぞれ5本の電極から構成）にそれぞれ接続された4本のワイヤーを有するチップの詳細である。5本の電極セットのうち2つ（陽極として機能）はPEDOT:PSSでコーティングされていたほか、チップは7つの層を有していた。(b)は、5つの層を有するチップの詳細である。チップには5本の電極から成る列が1列あり、これらが接続することで陰極を形成していた一方、同様に5本の電極から成る1列の列が接続することで陽極を形成していた。電池は、陰極および陽極をつないでいる2本のワイヤーから構成されていた。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理を施していた。(c)は、3つの層を有するチップの詳細である。チップには5本の電極から成る列が10列あり（すなわち、合計で50本の電極）、これらが接続することで陽極を形成していた。陰極も同様の方法で形成されていた。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理を施していた。(d)は、5本の電極から成る列を10列有するチップの詳細である（すなわち、合計で50本の電極）。これらが接続することで陽極を形成していた。陰極も同様の方法で形成されていた。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理は施されなかった。

一部の実施形態では、電極は陽極または陰極である。一部の実施形態では、陽極の仕事関数は5 eV以上である。一部の実施形態では、陰極の仕事関数は5 eV未満である。形状
[0052] 一部の実施形態では、電極は三次元電極である。一部の実施形態では、三次元電極の形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、三次元電極の形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元電極の形状は円柱である。一部の実施形態では、三次元電極を使用することで電極／ポリマーの接触表面積が増し、これによって相互作用も向上する。一部の実施形態では、三次元電極の間に細い隙間を設置することで、抵抗を上げることなく光活性層を厚くして、装置を完全に稼動させることができる。一部の実施形態では、電極／ポリマーの接触表面積を上げることで、効率も向上させることができる。
製造

一部の実施形態では、電極は、以下のいずれかの導体または半導体材料を含む：金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、電極はSU-8ネガ型フォトレジストから構成されている。一部の実施形態では、電極は金属から構成されている。一部の実施形態では、電極は合金から構成されている。一部の実施形態では、電極は金属間材料から構成されている。一部の実施形態では、電極は金属ガラスから構成されている。一部の実施形態では、電極は複合材料から構成されている。一部の実施形態では、電極は生体適合性材料から構成されている。一部の実施形態では、電極は半導体、超電導体、またはこれらの組み合わせから構成されている。

太陽電池
既製の太陽電池は通常、2本の金属電極の間に挟まれた薄い光活性層（例えば、約100ナノメートル）から構成される。特定の形態では、陽極は透過性の誘電性金属酸化物（インジウムスズ酸化物など）である。特定の形態では、陰極はアルミニウムである。

一部の実施形態では、電極は透過性であるため、電磁放射が光活性材料に到達する能力が妨げられることはない。既製の太陽電池はITOベースの陽極を使用している。特定の形態では、ITOベースの陽極によって光エネルギーの伝達が減少するため、より多くの電磁放射が光活性材料に届く。さらに、既製の太陽電池はアルミニウムベースの陰極を使用している。特定の形態では、アルミニウムベースの陰極は透過性ではない。そのため、一部の実施形態では、ここに公開する太陽電池は、太陽エネルギーを電池の複数の側面から吸収できる。この構造により、電極／光活性材料の相互作用が大幅に増す。

一部の実施形態では、三次元電極の形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、三次元電極の形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元電極の形状は円柱である。一部の実施形態では、三次元電極を使用することで電極／ポリマーの接触表面積が増し、これによって相互作用も向上する。一部の実施形態では、三次元電極の間に細い隙間を設置することで、抵抗を上げることなく光活性層を厚くして、装置を完全に稼動させることができる。一部の実施形態では、電極／ポリマーの接触表面積を上げることで、効率も向上させることができる。

一部の実施形態では、電極は、以下のいずれかの導体、半導体または半導体材料を含む：金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、電極はSU-8ネガ型フォトレジストから構成されている。

一部の実施形態では、電池には光活性材料の複数の層が含まれるが、トレースパターンは存在しない。一部の実施形態では、電池には光活性材料の複数の層に加え、個別のパターンが存在する。一部の実施形態では、電池には光活性材料の複数の層に加え、グループ化されたパターンが存在する。
透過性の材料

一部の実施形態では、太陽電池は透過性の材料に取り囲まれ、この透過性の材料が電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、太陽電池はガラス、プラスチック、セラミック、またはこれらの組み合わせによる透過性の材料に取り囲まれている。一部の実施形態では、太陽電池はガラスの透過性の材料に取り囲まれ、このガラスが電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、太陽電池はプラスチックの透過性の材料に取り囲まれ、このプラスチックが電池の酸化を防いでいる。

II. ダイオード
ここに、特定の実施形態における、ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化する、透過性の導体、半導体または半導体材料から構成される三次元ダイオードを公開する。一部の実施形態では、ダイオードは全ポリマーダイオードである。

一部の実施形態では、ダイオードの形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、ダイオードの形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は円柱である。
製造

一部の実施形態では、ダイオードは、以下のいずれかの導体または半導体材料から構成されている：金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、ダイオードはSU-8ネガ型フォトレジストから構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは合金から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属間材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属ガラスから構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは複合材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは生体適合性材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは半導体、超電導体、またはこれらの組み合わせから構成されている。導電性ポリマーコーティング

ここに、特定の実施形態における、以下から構成される電界発光電池を公開する：（a）導体または半導体材料から構成される複数の三次元ダイオード、および（b）ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化し電界発光電池のエネルギー変換効率は少なくとも10%である電流源。一部の実施形態では、ダイオードは全ポリマー電極である。一部の実施形態では、ダイオードは炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれかから構成されている。一部の実施形態では、ダイオードはグラファイトまたはガラス状炭素から構成されている。一部の実施形態では、電池は有機LEDである。一部の実施形態では、ダイオードは透過性である。

一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は円柱、角錐、ダイヤモンド形状、球体、半球、底面が長方形の角柱のいずれかである。一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は角錐である。一部の実施形態では、三次元ダイオードの形状は円柱である。

一部の実施形態では、ダイオードは、以下のいずれかの導体または半導体材料から構成されている：金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせ。一部の実施形態では、ダイオードはSU-8ネガ型フォトレジストから構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは合金から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属間材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは金属ガラスから構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは複合材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは生体適合性材料から構成されている。一部の実施形態では、ダイオードは半導体、超電導体、またはこれらの組み合わせから構成されている。

透過性の材料
一部の実施形態では、電界発光電池は透過性の材料に取り囲まれ、この透過性の材料が電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電界発光電池はガラス、プラスチック、セラミック、またはこれらの組み合わせによる透過性の材料に取り囲まれている。一部の実施形態では、電界発光電池はガラスの透過性の材料に取り囲まれ、このガラスが電池の酸化を防いでいる。一部の実施形態では、電界発光電池はプラスチックの透過性の材料に取り囲まれ、このプラスチックが電池の酸化を防いでいる。
用途

加工
三次元電極マイクロアレイのマイクロ加工には、C-MEMS（有機MEMS）工程が用いられた。従来のフォトリソグラフィーに続き、熱分解を用いることで、シリコン基板の200 μm上に三次元フォトレジスト由来炭素電極を設置することができた。電極は直径150 μm、間隔は350 μmであり、幅が75 μmで1 mm x 1 mmのサイズのバンプパッドをトレースできる。熱分解による収縮を補うため、電極の柱状体のフォトレジスト層をまずは厚さ220 μmでスピンコートし、最終的な高さは200 μmとなった。チップ全体のサイズはl cm x l cmである。

スパイダーチップには5つの層があった。チップには、5本の電極から成る1列（接続することで陰極を形成）、そして同じく5本の電極から成る別の1列（接続することで陽極を形成）が含まれていた。さらに、本電池には、陰極と陽極を結ぶ2本のワイヤーが含まれていた。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理が施された。図27(b)を参照のこと。

熱処理された50C+50A電池には3つの層があった。チップには5本の電極から成る列が10列あり（合計で50本の電極）、これらが接続することで陽極が形成された。陰極も同様の方法で形成された。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理が施された。図27(c)を参照のこと。

熱処理された50C+50A電池には3つの層があった。チップには5本の電極から成る列が10列あり（合計で50本の電極）、これらが接続することで陽極が形成された。陰極も同様の方法で形成された。電極の形状はダイヤモンド形状であり、熱処理は施されなかった。図27(d)を参照のこと。

結果は、図13〜20に要約されている。図13は、試験を行った全チップの電流測定値である。図14は、熱処理によって通電容量が増したことを表している。グラファイト電極は、適度に加熱すると伝導率が上がることが知られている。図15および図16は、電極の数によって生じる変化を表している。50本の陰極および50本の陽極を350ミクロンの間隔で配置すると、最大で20マイクロアンペアの電流が発生することが観察されている。l cm x l cmのチップでは、450本の陽極および450本の陰極から成る構成において、上記と同様の間隔で合計30 x 30の素子を規則的に並べたものを同時に配置することで、200マイクロアンペア/cm²の電流が発生すると推測できる。間隔がもたらす影響については、より密度の高いアレイを構築することで調査した。

Claims

光起電力電池であって、
a）炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成されている複数の三次元電極と、
b）少なくとも1つの光活性材料と
から構成されることを特徴とする光起電力電池。
少なくとも一部の三次元電極は導電性ポリマーでコーティングされ、及び／又は、少なくとも陽極の一部はPEDOT:PSSでコーティングされている請求項1の電池。
前記電池は、さらに、
a）2つの透明層から構成され、ここでは、電極および光活性材料がこれら2つの透明層に挟まれ、
ｂ）電磁放射が少なくとも前記2つの透明層を通過し、少なくとも同電磁放射の一部がエネルギーに変換され、
ｃ）１つ以上の前記電磁放射の光子が前記光活性材料によって吸収され、
ｄ）前記光活性材料がドナーポリマーから構成され、前記光子の吸収によってドナーポリマーの電子が励起し、
ｅ）励起電子が陰極に移動することで電位差が生じる、
請求項1の電池。
前記電池は、さらに、
a）三次元電極において、陽極および陰極から成るアレイが形成され、
ｂ）少なくとも一部の陽極の仕事関数が5 eV以上であり、
ｃ）少なくとも一部の陰極の仕事関数が5 eV以下であり、
ｄ）少なくとも一部の三次元電極の形状が、円柱、角錐、ひし形、球体、半球、長方形プリズムのいずれかである、
請求項1の電池。
光活性材料が、結晶シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウムセレン化物、銅インジウムガリウムジセレン化物、ルテニウム有機金属染料、P3HT（ポリ(3-ヘキシルチオフェン)）、PCBM（フェニル-C61-酪酸メチルエステル）、またはこれらの組み合わせから構成される、請求項1の電池。
第1および第2の光活性材料から構成されており、第1の光活性材料の吸収スペクトルは、第2の光活性材料の吸収スペクトルと異なる、請求項1の電池。
電池が太陽電池である、請求項1の電池。
三次元電極であって、
導体または半導体材料から構成され、
前記導体または半導体材料は、炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれかから選択され、
前記電極の形状は垂直軸に沿って変化することを特徴とする三次元電極。
前記三次元電極は、さらに、
ａ）導電性ポリマーでコーティングされ、
ｂ）電極の形状が円柱、角錐、ひし形、球体、半球、長方形プリズムのいずれかであり、
ｃ）陽極が導電性ポリマーでコーティングされると共に陽極の仕事関数が5 eV以上であるか、陰極の仕事関数が5 eV以下であるかのいずれか一方である
請求項８の電極。
電界発光電池であって、
a）炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成されている複数の三次元ダイオードと、
b）電流源と、
から構成されていることを特徴とする電界発光電池。
前記電池は、さらに、
ａ）ダイオードが1本の陽極および1本の陰極から構成され、
ｂ）ダイオードがドナーポリマーおよびアクセプターポリマーから構成され、
ｃ）電流によってドナー材料内の電子が励起し、
ｄ）ドナー材料内の電子が正孔と結合し、
ｅ）電子と正孔が結合することで、電子が低エネルギーレベルへと落ち、
ｆ）電子が低レベルへと落ちることで、光子が放出される、
請求項１０の電池。
前記電池は、さらに、
ａ）三次元ダイオードによってアレイが形成され、
ｂ）少なくとも一部の前記三次元ダイオードの形状が、円柱、角錐、ひし形、球体、半球、長方形プリズムである、
請求項１０の電池。
炭素、炭素同素体、有機ポリマーのいずれかから選択される導体または半導体材料で、ダイオードの形状が垂直軸に沿って変化する、導体または半導体材料から構成される三次元ダイオード。
前記ダイオードは、さらに、
ａ）少なくとも一部の三次元ダイオードが導電性ポリマーでコーティングされ、
ｂ）前記ダイオードが1本の陽極および1本の陰極から構成され、
ｃ）前記ダイオードの形状が円柱、角錐、ひし形、球体、半球、長方形プリズムのいずれかである、
請求項１３のダイオード。
光起電力電池であって、
（a）金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成される複数の三次元電極と、
（ｂ）電極の形状が垂直軸に沿って変化する、少なくとも1つの光活性材料と、
から構成されていることを特徴とする光起電力電池。
請求項１５に記されている複数の光起電力電池から構成される太陽電池パネル。
三次元電極であって、
金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成され、
前記電極の形状は垂直軸に沿って変化することを特徴とする三次元電極。
電界発光電池であって、
a）金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成される複数の三次元ダイオードと、
b）電流源と
から構成され、ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化することを特徴とする電界発光電池。
三次元ダイオードであって、
金属、合金、金属間材料、金属ガラス、複合材料、ポリマー、生体適合性材料、またはこれらの組み合わせのいずれかから選択される導体または半導体材料で構成され、
ダイオードの形状は垂直軸に沿って変化することを特徴とする三次元ダイオード。