JP2011528511A - 光電池モジュールの作成方法 - Google Patents

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Abstract

光電池モジュールならびに、関連の構成部品、システム、および装置を作成する方法が開示される。

Description

本発明は、光電池モジュールならびに、関連の構成部品、システム、および装置を作成する方法に関する。
（関連出願の相互参照）
米国特許法第１１９条（ｅ）項にしたがい、本出願は、２００８年７月１６日に出願された米国仮出願第６１／０８１，１００号と、２００９年１月２７日に出願された米国仮出願第６１／１４７，５１５号とについて、優先権を主張する。これらの先出願の内容は参照により本明細書に組み込む。
光電池は一般的に、光の形態のエネルギを電気の形態のエネルギに転換するために使用される。典型的な光電池は、二つの電極の間に配置される光活性材を含む。通常、光は電極の一方または両方を通過して光活性材と相互作用することによって、電荷キャリア（すなわち、電子と正孔）を生成する。その結果、電極の少なくとも一方が少なくとも半透明であることが望ましい。
一態様では、本開示は、基板上に第１の導電層と光活性層とを含む第１の多層素子を形成すること、第１の多層素子の形成後、第１の導電層を処理して複数の電極を形成することによって第１の多層素子を第１の光電池に変換することを含む方法を特徴とする。第１の導電層は光活性層と基板の間にある。
別の態様では、本開示は、第１の導電層と、光活性層と、正孔キャリア層とを基板上に形成すること、第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層を処理することで複数の個別の多層素子を形成することであって、各多層素子が第１の電極、光活性層、および正孔キャリア層を含むこと、を含む方法を特徴とする。第１の導電層は基板と光活性層の間にあり、光活性層は第１の導電層と正孔キャリア層の間にある。
さらに別の態様では、本開示は、第１の導電層と第２の層とを含む多層素子を基板上に形成すること、多層素子の形成後、第１の導電層を複数の個別の電極に形成することを含む方法を特徴とする。第１の導電層は基板と第２の層の間にある。
実施形態は、以下の特徴のうち一つ以上を含むことができる。
該方法は、第１の導電層の処理前に、第２の多層素子を基板上に形成することをさらに含むことができる。第２の多層素子は第１の導電層と光活性層を含むことができる。第１および第２の多層素子の第１および第２の導電層は、同じ層とすることができる。第１の導電層の処理は、第２の多層素子を第２の光電池に変換することができる。
第１および第２の多層素子はそれぞれ、正孔キャリア層および／または第２の導電層をさらに含むことができる。
第１の導電層の処理は、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングによって実行することができる。
第１の導電層の処理は、第１および第２の多層素子の間の第１の導電層に空洞（すなわち、空の空間）を形成することができる。
該方法は、第１の導電層の処理後、第１および第２の光電池の間に第１の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の絶縁体の少なくとも一部が、第１および第２の多層素子の間の空洞に配置される。いくつかの実施形態では、該方法は、第１の絶縁体上に導電材を配置することによって、第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含むことができる。ある実施形態では、第１の光電池の第２の導電層は、導電材を通じて第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される。
該方法は、第１の導電層の処理前に第１の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の絶縁体は、第１の導電層の処理中に形成される残留物が第１および第２の光電池と相互作用するのを防止する。このような実施形態では、該方法は、第１の導電層の処理後に第２の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。第２の絶縁体の少なくとも一部は、第１および第２の多層素子の間の空洞に配置することができる。いくつかの実施形態では、該方法は、第１および第２の絶縁体の上に導電材を配置することによって、第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含む。ある実施形態では、第１の光電池の第２の導電層は導電材を通じて、第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される。
第１の導電層の処理は、第１の絶縁体の下の位置の第１の導電層で実行することができる。このような実施形態では、第１の導電層の処理は、レーザーの照射によって実行することができる。たとえば、レーザーは、第１の多層素子が配置される側の反対の基板側から照射することができる。いくつかの実施形態では、該方法は、第１の絶縁体の上に導電材を配置することによって、第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含むことができる。ある実施形態では、第１の光電池の第２の導電層は導電材を通じて、第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される。
該方法は、第１の導電層の処理前に第１の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の導電層の処理前に、導電材も第１の絶縁体の上に配置される。いくつかの実施形態では、第１の導電層の処理は、第１の絶縁体の下の位置の第１の導電層上で実行される。いくつかの実施形態では、第１の導電層の処理は、第１の多層素子が配置される側と反対の基板側からレーザーを照射することによって実行される。いくつかの実施形態では、導電材が第１の光電池の第２の導電層を形成し、第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される。
第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層の処理は、（たとえば、第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層によって吸収される波長を有する）第１のレーザーの照射によって実行することができる。いくつかの実施形態では、該方法は、（たとえば、各多層素子の光活性層および正孔キャリア層によって吸収される波長を有する）第２のレーザーを、各多層素子の光活性層および正孔キャリア層に照射することによって、各素子の光活性層および正孔キャリア層に空洞を形成することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、該方法は、複数の多層素子の二つの個別の素子の間毎に第１の絶縁体を配置することをさらに含む。このような実施形態では、該方法は、第１の絶縁体の上に第２の導電層を配置して複数の光電池を形成することをさらに含むことができ、ある光電池の第２の導電層は隣接する光電池の第１の導電層に電気的に接続される。いくつかの実施形態では、該方法は、各空洞の少なくとも一部に第２の絶縁体を配置することをさらに含む。
第１の多層素子は、第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層を処理する前に正孔キャリア層によって支持される第２の導電層をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、該方法は、第２の導電層を処理することで複数の第２の電極を形成することによって、複数の個別の光電池を形成することをさらに含むことができる。このような実施形態では、第１の導電層、光活性層、正孔キャリア層、および第２の導電層の処理は、（たとえば、第１および第２の導電層、光活性層、および正孔キャリア層によって吸収される波長を有する）第１のレーザーの照射によって実行される。いくつかの実施形態では、該方法は、複数の光電池のうちの個別の電池間に第１の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、該方法は、第２のレーザーを複数の光電池に照射することによって、各光電池の光活性層、正孔キャリア層、および第２の電極に第１および第２の空洞を形成することをさらに含むことができる。このような実施形態では、該方法は、光電池の第１の空洞の少なくとも一部に第３の導電材を配置することをさらに含むことができ、第３の導電材は光電池の第１の電極を隣接する光電池の第２の電極に電気的に接続する。
該方法は、第１のレーザーを第１の導電層、光活性層、正孔キャリア層、および第２の導電層に照射する前に、第１の絶縁体が蒸着される位置で第１の導電層と光活性層の間に第２の絶縁体を配置することをさらに含むことができる。
該方法は複数の光電池を形成することができる。
各光電池は、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングによって形成可能である、複数の個別の電極のうち各自の電極を含むことができる。
複数の個別の電極は、レーザーを第１の導電層に照射することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、レーザーは、第１の導電層および第２の層が配置される基板側またはその反対側のいずれかから第１の導電層に照射される。いくつかの実施形態では、レーザーは、基板または第２の層を通過する（たとえば、基板または第２の層によって実質的に吸収されずに）ことによって第１の導電層に到達する。いくつかの実施形態では、照射は、個別の電極がそれぞれ空洞によって別の個別の電極から分離されるように、複数の空洞を形成する。
レーザーはファイバレーザーであってもよい。
レーザーは、約２００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲（たとえば、約１０６４ｎｍ）の波長を有することができる。
第２の層は、正孔阻止層、光活性層、正孔キャリア層、または第２の導電層とすることができる。
多層素子の形成は、正孔阻止層、正孔キャリア層、および第２の導電層の形成をさらに含むことができ、正孔阻止層は第１の導電層と光活性層の間にあり、光活性層は正孔阻止層と正孔キャリア層の間にあり、正孔キャリア層は光活性層と第２の導電層の間にある。
多層素子の形成は、正孔キャリア層、正孔阻止層、および第２の導電層の形成をさらに含むことができ、正孔キャリア層は第１の導電層と光活性層の間にあり、光活性層は正孔キャリア層と正孔阻止層の間にあり、正孔阻止層は光活性層と第２の導電層の間にある。
実施形態は以下の利点のうち一つ以上を提供することができる。
理論によって拘束されることなく、光電池の光活性層を下部電極の上に形成した後、第１の導電層をパターンニングして下部電極を形成することで、二つの隣接する光電池間の短絡を最小限に抑えることができると考えられる。
理論によって拘束されることなく、二つの隣接する光電池間の空洞の少なくとも一部に絶縁体を配置することで、これらの二つの電池の下部電極の短絡を最小限に抑えることができると考えられる。さらに、理論によって拘束されることなく、二つの光電池間に絶縁体を置くことで、導電層の処理中に形成される残留物から生じるこれらの二つの電池の短絡を有効に最小限に抑えることができると考えられる。
理論によって拘束されることなく、導電層の処理前に追加の絶縁体を配置することで、処理工程中に生成される残留物から生じる短絡から、最終モジュール内に形成される光電池をより有効に保護することができると考えられる。
いくつかの実施形態では、二つの個別の光電池は、二つの電池間の絶縁体の下の位置で、導電層の導電材を非導電材または空洞へと（たとえば、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングで）処理することによって形成することができる。理論によって拘束されることなく、このアプローチの利点は、処理工程中にほぼ残留物が形成されないため、二つの光電池間の短絡を最小限に抑えることができることであると考えられる。
本発明のその他の特徴および利点は、明細書、図面、および請求項から自明となる。
（ａ）光電池モジュールを形成する第１実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第１実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第１実施形態における第３のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第２実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第２実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第２実施形態における第３のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第３実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第３実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第３実施形態における第３のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第４実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第４実施形態における第２のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第５実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第５実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第５実施形態における第３のステップ、（ｄ）光電池モジュールを形成する第５実施形態における第４のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第６実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第６実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第６実施形態における第３のステップ、（ｄ）光電池モジュールを形成する第６実施形態における第４のステップ、（ｅ）光電池モジュールを形成する第６実施形態における第５のステップを示す図である。 （ａ）光電池モジュールを形成する第７実施形態における第１のステップ、（ｂ）光電池モジュールを形成する第７実施形態における第２のステップ、（ｃ）光電池モジュールを形成する第７実施形態における第３のステップ、（ｄ）光電池モジュールを形成する第７実施形態における第４のステップ、（ｅ）光電池モジュールを形成する第７実施形態における第５のステップを示す図である。
各種図面における同様の参照符号は同様の構成要素を指す。
本開示は、光電池モジュールならびに、関連の構成部品、システム、および装置を作成する方法に関する。いくつかの実施形態では、光電池モジュールは、（１）少なくとも、少なくとも第１の導電層と光活性層とを含む、基板上の第１の多層素子を形成すること、（２）第１の多層素子の形成後、第１の導電層を処理することで複数の電極を形成することによって、第１の多層素子を第１の光電池または第１の光電池を含む複数の光電池に変換する、概括的な方法によって作成することができる。
いくつかの実施形態では、該概括的な方法は、基板上に第１の多層素子を含む複数の多層素子をまず形成することを含むことができる。第１の多層素子は、基板上に順次配置される、第１の導電層（後で下部電極を形成する）、光活性層、正孔キャリア層、上部電極を含むことができる。その後、第１の導電層を（たとえば、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングによって）処理して下部電極を形成することによって、第１の多層素子を第１の光電池に変換することができる。
いくつかの実施形態では、該概括的な方法は、基板上に順次配置される、第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層を含む第１の多層素子を形成することを含むことができる。その後、第１の多層素子を（たとえば、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングによって）処理して複数の個別の多層素子を形成することができ、各多層素子は下部電極、光活性層、および正孔キャリア層を含む。次に、（たとえば、上部電極の形成後に）これらの個別の多層素子を構成して個別の光電池を形成することができる。第１の多層素子は、（たとえば、レーザーアブレーションによる）第１の多層素子の処理後に個別の光電池が形成できるように、正孔キャリア層上に配置される第２の導電層をさらに含むことができる。
図１は、上述の概略的な方法の第１実施形態を示す。本実施形態は、複数の光電池（たとえば、有機光電池）を含む光電池モジュール１００を形成する。光電池モジュール１００内の各光電池は、基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０（たとえば、電子供与体材および電子受容体材を含む）、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０を含む。絶縁体１６０は二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の上部電極は相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図１に示す光電池モジュール１００は以下のように三つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図１（ａ）に示すように、第１の導電層１２２（後で下部電極１２０を形成する）が基板１１０上に配置された後、複数の光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０が順次第１の導電層上に配置されて複数の多層素子を形成する。このように形成された二つの隣接する多層素子間の距離（たとえば、二つの隣接する多層素子の二つの光活性層間の距離）は、少なくとも約１００μｍ（たとえば、少なくとも約２００μｍ、少なくとも約５００μｍ、または少なくとも約１，０００μｍ）、あるいは多くとも約５ｍｍ（たとえば、多くとも約３ｍｍ、多くとも約１ｍｍ、または多くとも約０．５ｍｍ）とすることができる。
第２に、図１（ｂ）に示すように、第１の導電層１２２を処理して複数の下部電極１２０を形成することによって、互いに電気的に絶縁される複数の個別の光電池を形成することができる。このステップは、第１の導電層１２２のパターンニングとしても既知である。たとえば、第１の導電層１２２を処理して、二つの隣接する多層素子の間毎に空洞（ｃａｖｉｔｙ）１２５（すなわち、空の空間）を形成することができる。典型的には、空洞１２５は二つの隣接する多層素子を完全に分離して、（たとえば、二つの隣接する電池間の短絡なしに）二つの個別の光電池を形成する。いくつかの実施形態では、空洞１２５は、少なくとも約１μｍ（たとえば、少なくとも約１０μｍ、少なくとも約５０μｍ、または少なくとも約１００μｍ）、あるいは多くとも約５００μｍ（たとえば、多くとも約３００μｍ、多くとも約１００μｍ、または多くとも約５０μｍ）の長さを有することができる。いくつかの実施形態では、空洞１２５の深さは、第１の導電層１２２の厚さと同等か、それよりもわずかに大きい。
通常、第１の導電層１２２は任意の適切な方法で処理することができる。上記処理方法はたとえば、レーザーアブレーションや機械的スクライビングであって、いずれも当該技術において既知である。いくつかの実施形態では、レーザーアブレーションが第１の導電層１２２の処理に使用される場合、レーザーは第１の導電層１２２を作成するのに使用される材料によって吸収される波長を有することができる。いくつかの実施形態では、レーザーは、赤外線領域の波長（たとえば、約７５０ｎｍから約１６００ｎｍ）、可視光領域の波長（たとえば、約４００ｎｍから約７５０ｎｍ）、または紫外線領域の波長（たとえば、約２００ｎｍから約４００ｎｍ）を有することができる。たとえば、第１の導電層１２２がインジウムスズ酸化物を含む場合、この層を処理するのに使用されるレーザーは１，０６４ｎｍの波長を有することができる。いくつかの実施形態では、レーザーはファイバレーザーである。
理論によって拘束されることなく、光電池の光活性層が層１２２の頂部に形成された後、第１の導電層１２２をパターンニングして下部電極を形成することで、二つの隣接する光電池間の短絡を最小限に抑えることができると考えられる。
最後に、図１（ｃ）に示すように、絶縁体１６０を二つの隣接する個別の光電池の間毎に配置して、各電池を他の電池から電気的に絶縁させることができる。いくつかの実施形態では、絶縁体１６０の少なくとも一部を、二つの隣接する光電池間の空洞１２５の少なくとも一部（たとえば、空洞全体）に配置することができる。理論によって拘束されることなく、絶縁体１６０を空洞１２５の少なくとも一部に配置することで、二つの隣接する光電池の下部電極の短絡を最小限に抑えることができると考えられる。さらに、理論によって拘束されることなく、二つの光電池間に絶縁体１６０を配置することで、第１の導電層１２２の処理中に生成される残留物から生じるこれらの二つの電池間の短絡を有効に最小化することができると考えられる。
概して、絶縁体１６０は、アミン、アクリレート、エポキシ、ウレタンなどのモノマ材、またはそれらの組み合わせから作成されるポリマなどの任意の適切な絶縁材料で作製することができる。適するアミンの例は、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅやポリエチレンイミンなどのジ、トリ、または多機能アミンを含む。適するエポキサイドは、グリシドール、ビフェノールジエポキシド、または１，３−プロパンジグリシジルエポキサイドなどのモノ、ジ、トリ、または多機能エポキサイドを含む。これらのモノマ材料は、溶剤を介して基板に塗布する、あるいは、室温で液状である場合は溶剤を用いずに直接基板に塗布することができる。いくつかの実施形態では、モノマ材料（たとえば、アミンやエポキサイド）は混合し、基板に塗布し、熱処理して絶縁体として透明または半透明ポリマを生成することができる。もしくは、光架橋剤をエポキサイドの混合物に添加することができる（溶剤を使用または不使用）。混合物を基板に塗布して乾燥した後、（たとえば、ＵＶ光）を照射して、丈夫で柔軟性のあるポリマ網を生成することができる。
絶縁体１６０が配置された後、相互接続導電材１７０を二つの隣接する光電池間の絶縁体１６０上に蒸着させることによって、ある光電池の上部電極を隣接する光電池の下部電極と電気的に接続することができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
通常、基板１１０は、透明材料で形成される。本明細書で使用されるように、透明材料とは、光電池で使用される厚さで、動作中に使用される波長または波長範囲（たとえば、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ）で、入射光の少なくとも約７０％（たとえば、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）を透過させる材料を指す。基板１１０が形成される材料の例は、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、ポリマ炭化水素、セルロースポリマ、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、およびポリエーテルケトンなどである。ある実施形態では、ポリマはフッ素化ポリマとすることができる。いくつかの実施形態では、ポリマ材料の組み合わせが使用される。ある実施形態では、基板１１０の異なる領域を異なる材料で形成することができる。適する基板の例は共同所有同時係属米国特許出願公開第２００４／０１８７９１１号明細書および第２００６／００９０７９１号明細書に記載されており、その内容全体を言及により本明細書に組み込む。
いくつかの実施形態では、下部電極１２０、上部電極１５０、および導電材１７０は、任意の適する導電材で形成することができる。適する導電材の例は、電導性金属、電導性合金、電導性ポリマ、および電導性金属酸化物である。電導性金属の例は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、およびチタンなどである。導電性の合金の例はステンレス鋼（たとえば、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、アルミニウムの合金、ニッケルの合金、パラジウムの合金、白金の合金およびチタンの合金などである。電導性ポリマの例は、ポリチオフェン類（たとえば、ドープポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ドープＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン類（たとえば、ドープポリアニリン類）、ポリピロール類（たとえば、ドープポリピロール）などである。電導性金属酸化物の例は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素酸化スズ、酸化スズ、および酸化亜鉛などである。いくつかの実施形態では、上述の導電性金属酸化物はドープされ得る。いくつかの実施形態では、下部電極１２０、上部電極１５０、および導電材１７０は、ＩＴＯ／金属／ＩＴＯ材料または誘電体／金属／誘電体材料などの多層材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、上述の材料の組み合わせを利用することができる。
いくつかの実施形態では、下部電極１２０と上部電極１５０はメッシュ電極を含むことができる。メッシュ電極の例は共同所有同時係属米国特許出願公開第２００４／０１８７９１１号明細書および第２００６／００９０７９１号明細書に記載されており、その内容全体は言及により本明細書に組み込む。
いくつかの実施形態では、光活性層１３０は、有機電子供与体材または有機電子受容体材を含むことができる。適する有機電子供与体材は、ポリチオフェン類（たとえば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ））またはポリ（フェニレン−ビニレン）（ＰＰＶ）などの共役ポリマを含む。適する有機電子受容体材は、フラーレン類（たとえば［６，６］−フェニルＣ６１−ブチル酸メチルエステル（Ｃ６１−ＰＣＢＭ）や［６，６］−フェニルＣ７１−ブチル酸メチルエステル（Ｃ７１−ＰＣＢＭ）などの置換フラーレン）を含む。適する有機電子供与体材または受容体材の例は、たとえば、共同所有同時係属米国特許出願公開第２００７／００２０５２６号明細書、第２００８／００８７３２４号明細書、および第２００８／０１２１２８１号明細書に記載されており、その内容全体を言及により本明細書に組み込む。
いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０は半導体ポリマを含むことができる。例示的なポリマは、ポリチオフェン類、ポリフルオレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアニリン類、およびポリアセチレン類を含む。いくつかの実施形態では、ポリマはチエノ［３，４−ｂ］チオフェンモノマ単位から形成される。市販の半導体ポリマはたとえば、ポリマのＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ ＢＡＹＴＲＯＮ（登録商標）ファミリー（たとえば、ＰＥＤＯＴ）や、ポリマのＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（登録商標）ＨＩＬファミリーなどである。いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０は、半導体ポリマと組み合わせて使用されるドーパントを含むことができる。ドーパントの例は、ポリ（スチレン−スルホナート）、ポリマスルホン酸、またはフッ素化ポリマ（たとえば、フッ素化イオン交換ポリマ）などである。適する正孔キャリア材のその他の例はたとえば、共同所有同時係属米国仮出願公開第６０／９８５，００６号明細書に記載されており、その内容全体を言及により本明細書に組み込む。
概して、図１に記載される光電池内に各層（たとえば、第１の導電層１２２、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、上部電極１５０、絶縁体１６０、相互接続導電材１７０）を作成する方法は、所望に応じて変更することができる。いくつかの実施形態では、層は液体ベースの塗布工程によって作成することができる。ある実施形態では、化学的または物理的蒸着工程などの気体相ベースの塗布工程によって作成することができる。
本明細書に言及される用語「液体ベースの塗布工程」は、液体ベースの塗料を使用する工程を指す。液体ベースの塗料の例は、溶液、分散液、または懸濁液である。液体ベースの塗布工程は、以下の工程、すなわち溶液塗布、インクジェット印刷、スピン塗布、含浸塗布、ナイフ塗布、バー塗布、溶射塗布、ローラ塗布、スロット塗布、グラビア塗布、フレキソ印刷、スクリーン印刷のうち少なくとも一つを用いて実行することができる。液体ベースの塗布工程の例は、たとえば共同所有同時係属米国出願公開第２００８／０００６３２４号明細書に記載されており、その内容全体を言及により本明細書に組み込む。
図２は、上述の概略的な方法の第２実施形態を示す。図１に示す光電池モジュールと同様、本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０を含む。絶縁体１６０および絶縁体１６５は、二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の上部電極は相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図２に示す光電池モジュール１００は、以下のように三つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図２（ａ）に示すように、第１の導電層１２２（後で下部電極１２０を形成する）が基板１１０上に配置された後、複数の光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０が順次第１の導電層１２２上に配置されて複数の多層素子を形成する。図１に示す方法と異なり、複数の追加の絶縁体１６０は、第１の導電層１２２が処理されて複数の下部電極を形成する前に、二つの隣接する多層素子の間毎に配置される。理論によって拘束されることなく、第１の導電層１２２の処理前に追加の絶縁体を配置することで、第１の導電層１２２の処理中に生成される残留物が最終モジュール１００の光電池と相互作用するのを防止することにより、このような残留物から生じる短絡から光電池をより有効に保護すると考えられる。
第２に、図２（ｂ）に示すように、第１の導電層１２２は（たとえば、層１２２の頂部からのレーザーの照射によって）処理されて複数の下部電極１２０を形成することによって、互いに電気的に絶縁される複数の個別の光電池を形成することができる。たとえば、第１の導電層１２２は、二つの隣接する多層素子の間毎に空洞１２５を形成するように処理することができる。典型的には、空洞１２５は二つの隣接する多層素子を完全に分離して、（たとえば、二つの隣接する電池間の短絡なしに）二つの個別の光電池を形成する。理論によって拘束されることなく、空洞１２５がレーザーアブレーションによって生成される場合、レーザーアブレーションによって気化される物質（すなわち、残留物）を基板１１０上に堆積させることができると考えられる。
最後に、図２（ｃ）に示すように、絶縁体１６５は二つの隣接する個別の光電池の間毎に配置して、各電池を他の電池から電気的に絶縁することができる。いくつかの実施形態では、絶縁体１６５の少なくとも一部を、二つの隣接する光電池間の空洞の少なくとも一部（たとえば、空洞全体）に配置して、（たとえば、レーザーアブレーション中に生成される残留物によって生じる）二つの隣接する下部電極間の短絡を回避することができる。絶縁体１６５が配置された後、相互接続導電材１７０を二つの隣接する光電池間の絶縁体１６０および１６５上に蒸着することによって、ある光電池の上部電極を隣接する光電池の下部電極に電気的に接続することができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
図２に記載の方法および光電池モジュールのその他の特徴または態様は、図１に記載のものと同一にすることができる。
図３は、上述の概略的な方法の第３実施形態を示す。図１に示す光電池モジュールと同様に、本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０を含む。絶縁体１６０は二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の上部電極は相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図３に示す光電池モジュール１００は、以下のように三つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図３（ａ）に示すように、第１の導電層１２２（後で下部電極１２０を形成する）が基板１１０上に形成された後、複数の光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０が順次第１の導電層１２２上に配置されて複数の多層素子を形成する。図１に示す方法と異なり、第１の導電層１２２が処理されて複数の下部電極を形成する前に、複数の絶縁体１６０が二つの隣接する多層素子の間毎に配置される。
第２に、図３（ｂ）に示すように、第１の導電層１２２は、絶縁体１６０の下の位置で、（たとえば、レーザーアブレーションを使用することによって）処理されて複数の下部電極１２０を形成することによって、互いに電気的に絶縁される複数の個別の光電池を形成することができる。このような実施形態では、処理は、多層素子の絶縁体１６０の下の適切な位置で、第１の導電層１２２の底部をレーザーで照射することによって実行することができる。理論によって拘束されることなく、レーザーはその位置で導電材を焼却し、融蝕空洞を生成することによって、電気的に分離された下部電極１２０を形成することができると考えられ、かつ、レーザーアブレーションによって気化された物質（すなわち、残留物）を絶縁体１６０に堆積させることができると考えられる。このような実施形態では、レーザーは、第１の導電層１２２によって主に吸収されるが、その他の層（基板１１０など）によって実質的に吸収されない波長（たとえば、約１０６４ｎｍ）を有することができる。いくつかの実施形態では、第１の導電層１２２には、層１２２の頂部からレーザーを照射することができる。このような実施形態では、レーザーは、第１の導電層１２２によって主に吸収されるが、絶縁体１６０によって実質的に吸収されない波長（たとえば、約１０６４ｎｍ）を有することができる。理論によって拘束されることなく、層１２２を絶縁体１６０の下で処理する利点は、処理工程中に絶縁領域外で残留物がほぼ形成されないため、二つの光電池間の短絡が最小限に抑えられることにあると考えられる。
最後に、図３（ｃ）に示すように、相互接続導電材１７０を二つの隣接する光電池間の絶縁体１６０上に蒸着させることによって、ある光電池の上部電極を隣接する光電池の下部電極に電気的に接続することができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
図３に記載の方法および光電池モジュールのその他の特徴または態様は、図１に記載のものと同一にすることができる。
図４は、上述の概略的な方法の第４実施形態を示す。本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、および正孔キャリア層１４０を含む。絶縁体１６０は二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の正孔キャリア層は、第１の光電池の上部電極としても機能する相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図４に示す光電池モジュール１００は、以下のような二つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図４（ａ）に示すように、第１の導電層１２２（後で下部電極１２０を形成する）が基板１１０上に配置された後、複数の光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、絶縁体１６０、および相互接続導電材１７０が順次第１の導電層上に配置されて複数の多層素子を形成する。図１に示す方法と異なり、絶縁体１６０および相互接続導電材１７０は、第１の導電層１２２が処理されて複数の下部電極を形成する前に、二つの隣接する多層素子の間毎に配置される。
第２に、図４（ｂ）に示すように、第１の導電層１２２を、絶縁体１６０の下の位置で（たとえば、レーザーアブレーションを使用することによって）処理して複数の下部電極１２０を形成することによって、互いに電気的に絶縁される複数の個別の光電池を形成することができる。処理は、図３に記載の方法と同じように実行することができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
図４に記載の方法および光電池モジュールのその他の特徴または態様は、図１に記載のものと同一にすることができる。
図５は、上述の概略的な方法の第５実施形態を示す。本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、および正孔キャリア層１４０を含む。絶縁体１６０および任意の絶縁体１６５は二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の正孔キャリア層は、第１の光電池の上部電極としても機能する相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図５に示す光電池モジュール１００は以下のように四つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図５（ａ）に示すように、第１の導電層１２２、光活性材の層（すなわち、層１３２）、および正孔キャリア材の層（すなわち、層１４２）は（たとえば、液体ベースの塗布工程を使用することによって）順次基板１１０上に配置されて、中間物（本明細書では「第１の多層素子」とも称する）を形成する。
第２に、図５（ｂ）に示すように、その後、中間物は第１のレーザーアブレーションによって処理されて複数の多層素子を形成し、多層素子においては、第１の導電層１２２が複数の下部電極１２０を形成し、層１３２が複数の光活性層１３０を形成し、層１４２が複数の正孔キャリア層１４０を形成する。たとえば、中間物を処理して、第１の導電層１２２、層１３２、および層１４２に複数の第１の空洞を形成することができる。第１のレーザーアブレーションは、中間物に第１のレーザーを照射することによって実行することができる。いくつかの実施形態では、第１のレーザーは、第１の導電層１２２、層１３２、および層１４２によって主に吸収されるが、基板１１０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。たとえば、第１のレーザーは、赤外線領域（たとえば、約１０６４ｎｍ）または紫外線領域（たとえば、約３５５ｎｍ）の波長を有することができる。
第３に、図５（ｃ）に示すように、次に上記第２のステップで形成される多層素子は第２のレーザーアブレーションによって処理されて、光活性層１３０および正孔キャリア層１４０に複数の第２の空洞を形成することができる。いくつかの実施形態では、第２のレーザーは、光活性層１３０および正孔キャリア層１４０によって主に吸収されるが、基板１１０および下部電極１２０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。たとえば、第２のレーザーは、約５３２ｎｍなどの、可視光（たとえば、緑の光）領域の波長を有することができる。第２の空洞の少なくとも一部は後で、二つの隣接する光電池を電気的に接続するために相互接続導電材１７０を充填することができる。
最後に、図５（ｄ）に示すように、第１の絶縁体１６０を第１の空洞に配置して、二つの隣接する多層素子を電気的に分離することができる。その後、相互接続導電材１７０を、絶縁体１６０の上、および第２の空洞の少なくとも一部に配置して、ある光電池の上部電極を形成し、光電池の上部電極を隣接する光電池の下部電極と電気的に接続することができる。任意で、第２の絶縁体１６５を第２の空洞に配置して、電気的絶縁を確保し、二つの隣接する電池間の短絡を最小限に抑えることができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
図５に記載の方法および光電池モジュールのその他の特徴または態様は、図１に記載のものと同一にすることができる
図６は、上述の概略的な方法の第６実施形態を示す。本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０を含む。絶縁体１６０は二つの隣接する光電池間に配置される。一つの光電池の上部電極は相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図６に示す光電池モジュール１００は、以下のように五つの主ステップによって作成することができる。
第１に、図６（ａ）に示すように、第１の導電層１２２、光活性材の層（すなわち、層１３２）、正孔キャリアの層（すなわち、層１４２）、および第２の導電層１５２が（たとえば、液体ベースの塗布工程を使用することによって）順次基板１１０上に配置されて中間物を形成する。
第２に、図６（ｂ）に示すように、次に、中間物は第１のレーザーアブレーションによって処理されて複数の個別の光電池を形成することができ、光電池において、第１の導電層１２２は複数の下部電極１２０を形成し、層１３２は複数の光活性層１３０を形成し、層１４２は複数の正孔キャリア層１４０を形成し、第２の導電層１５２は複数の上部電極１５０を形成する。たとえば、中間物を処理して、第１の導電層１２２、層１３２、層１４２、および第２の導電層１５２に複数の第１の空洞を形成することができる。第１のレーザーアブレーションは、中間物に第１のレーザーを照射することによって実行することができる。いくつかの実施形態では、第１のレーザーは、第１の導電層１２２、層１３２、層１４２、および第２の導電層１５２によって主に吸収されるが、基板１１０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。たとえば、第１のレーザーは、赤外線領域（たとえば、約１０６４ｎｍ）または紫外線領域（たとえば、約３５５ｎｍ）の波長を有することができる。
第３に、図６（ｃ）に示すように、複数の第１の絶縁体１６０は上記第２のステップで形成される第１の空洞に配置されて、光電池を電気的に絶縁することができる。
第４に、図６（ｄ）に示すように、その後、上述の第３のステップで形成される光電池は、第２のレーザーアブレーションによって処理して、各光活性層１３０、各正孔キャリア層１４０、および各上部電極１５０に第２および第３の空洞を形成することができる。いくつかの実施形態では、第２のレーザーは、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０によって主に吸収されるが、基板１１０および下部電極１２０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。たとえば、第２のレーザーは、約５３２ｎｍなどの可視光領域の波長を有することができる。
最後に、図６（ｅ）に示すように、相互接続導電材１７０は、各絶縁体１６０上と、各第２の空洞の少なくとも一部に配置して、一つの光電池の上部電極と隣接する光電池の下部電極とを電気的に接続することができる。任意で、第２の絶縁体（図６には示さず）を各第３の空洞に配置して、電気的絶縁を確保し、二つの隣接する電池間の短絡を最小限に抑えることができる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
図６に記載の方法および光電池モジュールのその他の特徴または態様は、図１に記載のものと同一にすることができる。
図７は、上述の概略的な方法の第７実施形態を示す。図６に示す光電池モジュールと同様に、本実施形態において形成される光電池モジュール１００は複数の光電池を含み、各光電池は基板１１０、下部電極１２０、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、および上部電極１５０を含む。絶縁体１６０は二つの隣接する光電池間に配置される。図６に示すモジュールと異なり、追加の絶縁体１６５は、絶縁体１６０が蒸着される位置で下部電極１２０と光活性層１３０との間に配置される。一つの光電池の上部電極は相互接続導電材１７０を介して、隣接する光電池の下部電極に電気的に接続される。
図７（ａ）〜７（ｅ）に示すように、光電池モジュール１００は、追加の絶縁体１６５が第１のステップ中に、絶縁体１６０が蒸着される位置で第１の導電層１２２と層１３２の間に配置されることを除き、上記図６に示されるのと同様の方法で作成することができる。理論によって拘束されることなく、さらに絶縁体１６５は、第１の導電層の処理（たとえば、レーザーアブレーション）中に生成される残留物から生じる二つの光活性層間の短絡を最小限にとどめることができると考えられる。このように形成される光電池モジュール１００は、直列に電気的に接続される複数の光電池を含む。
特定の実施形態を開示してきたが、その他の実施形態も可能である。
いくつかの実施形態では、導電層には、多層素子が配置される基板側からレーザーを照射することができる。たとえば、図３（ａ）に示す導電層１２２には、基板１１０の頂部からレーザーを照射することができる。このような実施形態では、レーザーは、層１２２によって主に吸収されるが、絶縁体１６０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。その結果、レーザーは絶縁体１６０を通過することによって層１２２に到達する。
いくつかの実施形態では、導電層には、多層素子が配置される側の反対の基板側からレーザーを照射することができる。たとえば、図３（ａ）に示す導電層１２２には、基板１１０の底部からレーザーを照射することができる。このような実施形態では、レーザーは、層１２２によって主に吸収されるが、基板１１０によって実質的に吸収されない波長を有することができる。その結果、レーザーは基板１１０を通過することによって層１２２に到達する。
いくつかの実施形態では、モジュール１００内の光電池は下部電極として陰極を、上部電極として陽極を含むことができる。いくつかの実施形態では、モジュール１００内の光電池は下部電極として陽極を、上部電極として陰極を含むことができる。
いくつかの実施形態では、モジュール１００内の光電池は正孔阻止層（図１〜７には示さず）をさらに含むことができる。典型的には、正孔阻止層は、正孔キャリア層の反対側で光活性層と電極間に配置される。たとえば、正孔キャリア層は光活性層１３０と下部電極１２０の間に配置することができる。モジュール１００内の光電池が正孔阻止層を含む実施形態もあれば、光電池がこのような層を含まない実施形態もある。
通常、正孔阻止層は光電池において使用される厚さで、電子を電極に輸送し、正孔の電極への輸送を実質的に阻止する材料で形成することができる。正孔阻止層を形成することのできる材料の例は、ＬｉＦ、金属酸化物（たとえば、酸化亜鉛、酸化チタン）、およびアミン（たとえば、一級アミン、二級アミン、または三級アミン）である。正孔阻止層における使用に適するアミンの例は、たとえば、共同所有同時係属米国出願公開第２００８／０２６４４８８号明細書に記載されており、その内容全体は言及により本明細書に組み込む。
理論によって拘束されることなく、光電池がアミンから成る正孔阻止層を含む場合、正孔阻止層は光活性層と電極の間のオーム接触の形成を促進することによって、ＵＶ露光から生じる光電池の損傷を軽減することができると考えられる。
典型的には、正孔阻止層は少なくとも０．０２ミクロン（たとえば、少なくとも約０．０３ミクロン、少なくとも約０．０４ミクロン、少なくとも約０．０５ミクロン）の厚さ、および／または多くとも約０．５ミクロン（たとえば、多くとも約０．４ミクロン、多くとも約０．３ミクロン、多くとも約０．２ミクロン、多くとも約０．１ミクロン）の厚さを有することができる。
いくつかの実施形態では、モジュール１００内の光電池は、図１に示す特定の層を反対の順序で含むことができる。すなわち、光電池は、下から上に、以下の順序、すなわち基板、下部電極、正孔キャリア層、光活性層、任意の正孔阻止層、および上部電極でこれらの層を含むことができる。
光電池を上述してきたが、いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法はタンデム光電池の製造にも利用することができる。タンデム光電池の例は、たとえば、共同所有同時係属米国出願公開第２００７／０１８１１７９号明細書および第２００７／０２４６０９４号明細書に記載されており、その内容全体を言及により本明細書に組み込む。
直列に電気的に接続される光電池を説明してきたが、いくつかの実施形態では、モジュール１００は並列に電気的に接続される光電池も含むことができる。たとえば、並列に電気的に接続される二つの光電池を有するモジュールでは、第１の光電池は図１に示される順番で層を含むことができ、第２の光電池は下部電極と光活性層の間に正孔キャリア層を含むことができ、第１の光電池の上部電極は第２の光電池の下部電極に電気的に接続することができる。特定の実施形態では、モジュール１００内のいくつかの光電池が直列に電気的に接続され、モジュール１００内のいくつかの光電池が並列に電気的に接続される。
いくつかの実施形態では、図１〜７に記載の光電池に各層（たとえば、第１の導電層１２２、光活性層１３０、正孔キャリア層１４０、上部電極１５０、絶縁体１６０、および相互接続導電材１７０）を作成する方法はロールツーロール工程のような連続的製造工程内に容易に組み込むことによって、光電池を作成する時間およびコストを大幅に低減することができる。ロールツーロール工程の例は、たとえば、共同所有米国特許第７，０２２，９１０号明細書、および共同所有同時係属米国出願公開第２００５／０２６３１７９号明細書および第２００５／０２７２２６３号明細書に記載されており、その内容を言及により本明細書に組み込む。
有機光電池を上述してきたが、他の種類の光電池も本明細書に記載の方法によって作成することができる。このような光電池の例は、アモルファスシリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウム、およびセレン化銅ガリウムインジウムで形成される光活性材を有する色素増感光電池および無機光活性電池である。いくつかの実施形態では、ハイブリッド光電池も本明細書に記載の方法によって作成することができる。
光電池を説明してきたが、いくつかの実施形態では、本明細書に記載される構成および方法は、その他の電子装置およびシステム内に光活性層を作成するために使用することもできる。たとえば、電界効果トランジスタ、光検出器（たとえば、ＩＲ検出器）、光電検出器、撮像装置（たとえば、カメラ用のＲＧＢ撮像装置または医用撮像システム）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（たとえば、有機ＬＥＤ、あるいは、ＩＲまたは近ＩＲ ＬＥＤ）、レイジング装置、変換層（たとえば、可視発光をＩＲ発光に変換する層）、遠距離通信用の増幅器およびエミッタ（たとえば、ファイバ用のドーパント）、記憶素子（たとえば、ホログラフィック記憶素子）、およびエレクトロクロミック素子（たとえば、エレクトロクロミックディスプレイ）、などの適する有機半導体装置などに光活性層を作成するために使用することができる。
以下の例は説明的なものであって、限定することを意図しない。
例：光電池モジュールの作製
機械加工の５レーン光電池モジュール（すなわち、５つの光電池を含む）とレーザー加工の５レーン光電池モジュールを以下のようにして製造した。ＩＴＯ被覆ＰＥＴ基板をまず、レーザーアブレーションまたは機械的スクライビングを使用することによって加工して、基板上に５レーンを形成した。加工された基板は、１０分間イソプロパノール内で超音波処理によって清掃した。ブタノール内の架橋性有機材の０．５％溶液を、８０℃で５ｍｍ／ｓの速度でＩＴＯ上にブレード塗布して、電子注入層を形成した。テトラレンとキシレンの混合物のＰ３ＨＴおよびＰＣＢＭの半導体配合を、６５℃で４０ｍｍ／ｓの速度で電子注入層上に塗布し、乾燥させて、光活性層を形成した。次に、ポリチオフェン系の正孔輸送層を、６５℃で７．５ｍｍ／ｓの速度で光活性層上にブレード塗布した。次に、スタック全体を、グローブボックス内で５分間、１４０℃で焼鈍した。その後、１０−６ｔｏｒｒの真空下で３００ｎｍの銀薄膜層を加熱蒸発させることによって、５レーン光電池モジュールを形成した。
上記の機械加工光電池モジュールとレーザー加工光電池モジュールの性能を測定し、下記の表１にまとめた。
Figure 2011528511
 結果が示す通り、レーザー加工光電池モジュールと機械加工光電池モジュールは同様の性能を発揮した。
その他の実施形態は請求項で述べる。

Claims (63)

  1. 方法であって、
    第１の導電層と光活性層とを含む第１の多層素子を基板上に形成することであって、前記第１の導電層が前記光活性層と前記基板との間にある、前記第１の多層素子を基板上に形成すること、
    前記第１の多層素子の形成後、前記第１の導電層を処理して複数の電極を形成することによって前記第１の多層素子を第１の光電池に変換すること
    を含む方法。
  2. 前記第１の導電層を処理する前に、前記基板上に第２の多層素子を形成することをさらに含み、前記第２の多層素子が第１の導電層と光活性層とを含み、前記第１および第２の多層素子の第１の導電層が同じ層であり、前記第１の導電層の処理が前記第２の多層素子を第２の光電池に変換する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１および第２の多層素子の各々が、正孔キャリア層をさらに含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第１および第２の多層素子の各々が、第２の導電層をさらに含む、請求項２に記載の方法。
  5. 前記第１の導電層の処理がレーザーアブレーションまたは機械的スクライビングによって実行される、請求項２に記載の方法。
  6. 前記第１の導電層の処理が、前記第１および第２の多層素子の間の前記第１の導電層に空洞を形成する、請求項４に記載の方法。
  7. 前記第１の導電層の処理後、前記第１および第２の光電池の間に第１の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第１の絶縁体の少なくとも一部が前記空洞に配置される、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第１の絶縁体上に導電材を配置することによって、第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１の光電池の第２の導電層が、前記導電材を介して前記第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される、請求項９に記載の方法。
  11. 第１の導電層の処理前に第１の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
  12. 前記第１の絶縁体が、前記第１の導電層の処理中に形成される残留物が前記第１および第２の光電池と相互作用することを防止する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１の導電層の処理が、前記第１および第２の多層素子の間の第１の導電層に空洞を形成する、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第１の導電層の処理後に第２の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第２の絶縁体の少なくとも一部が前記空洞に配置される、請求項１４に記載の方法。
  16. 第１および第２の絶縁体上に導電材を配置することによって、第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記第１の光電池の前記第２の導電層が、前記導電材を介して前記第２の光電池の前記第１の導電層に電気的に接続される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記第１の導電層の処理が、前記第１の絶縁体の下の位置の第１の導電層上で実行される、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記第１の導電層の処理がレーザーの照射によって実行される、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記レーザーが、前記基板の、前記第１の多層素子が配置される面と反対の面から照射される、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第１の絶縁体上に導電材を配置することによって、前記第１および第２の光電池を電気的に接続することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記第１の光電池の第２の導電層が、前記導電材を介して前記第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記第１の導電層の処理前に第１の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
  24. 前記第１の導電層の処理前に、前記第１の絶縁体の上に導電材を配置することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記第１の導電層の処理が、前記第１の絶縁体の下の位置の前記第１の導電層上で実行される、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記第１の導電層の処理がレーザーの照射によって実行される、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記レーザーが、前記基板の、前記第１の多層素子が配置される面の反対側の面から照射される、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記導電材は、前記第１の光電池の第２の導電層を形成し、前記第２の光電池の第１の導電層に電気的に接続される、請求項２４に記載の方法。
  29. 方法であって、
    基板上に第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層を形成することであって、前記第１の導電層が前記基板と前記光活性層との間にあり、前記光活性層が前記第１の導電層と前記正孔キャリア層との間にある、前記第１の導電層、光活性層、および正孔キャリア層を形成すること、
    前記第１の導電層、前記光活性層、および前記正孔キャリア層を処理して、複数の個別の多層素子を形成することであって、多層素子の各々が、第１の電極、光活性層、および正孔キャリア層を含む、前記個別の多層素子を形成すること
    を含む方法。
  30. 前記第１の導電層、前記光活性層、および前記正孔キャリア層の処理が第１のレーザーの照射によって実行される、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記第１のレーザーが、前記第１の導電層、前記光活性層、および前記正孔キャリア層によって吸収される波長を有する、請求項３０に記載の方法。
  32. 第２のレーザーを各多層素子の光活性層および正孔キャリア層に照射することによって、各素子の光活性層および正孔キャリア層に空洞を形成することをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記第２のレーザーが、各多層素子の光活性層および正孔キャリア層によって吸収される波長を有する、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記複数の多層素子の各二つの個別の素子間に第１の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
  35. 前記第１の絶縁体の上に第２の導電層を配置して、複数の光電池を形成することを更に含み、一つの光電池の第２の導電層は、隣接する光電池の第１の導電層に電気的に接続されている、請求項３４に記載の方法。
  36. 各空洞の少なくとも一部に第２の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
  37. 第１の多層素子が、前記第１の導電層、前記光活性層、および前記正孔キャリア層を処理する前に、前記正孔キャリア層によって支持される第２の導電層をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  38. 前記第２の導電層を処理して複数の第２の電極を形成することによって、複数の個別の光電池を形成することをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
  39. 前記第１の導電層、前記光活性層、前記正孔キャリア層、および前記第２の導電層の処理が、第１のレーザーの照射によって実行される、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記第１のレーザーが、前記第１および第２の導電層、前記光活性層、および前記正孔キャリア層によって吸収される波長を有する、請求項３９に記載の方法。
  41. 前記複数の光電池の個別の電池間に第１の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
  42. 第２のレーザーを前記複数の光電池に照射することによって、各光電池の光活性層、正孔キャリア層、および第２の電極に第１および第２の空洞を形成することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 光電池の前記第１の空洞の少なくとも一部に第３の導電材を配置することをさらに含み、前記第３の導電材が前記光電池の第１の電極と、隣接する光電池の前記第２の電極とを電気的に接続する、請求項４２に記載の方法。
  44. 前記第１のレーザーを前記第１の導電層、前記光活性層、前記正孔キャリア層、および前記第２の導電層に照射する前に、前記第１の導電層と前記光活性層の間の前記第１の絶縁体が蒸着される位置に第２の絶縁体を配置することをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
  45. 方法であって、
    第１の導電層と第２の層とを含む多層素子を基板上に形成することであって、前記第１の導電層が前記基板と前記第２の層との間にある、前記多層素子を基板上に形成すること、
    前記多層素子の形成後、前記第１の導電層を複数の個別の電極に形成すること
    を含む方法。
  46. 前記方法が、複数の光電池を形成する、請求項４５に記載の方法。
  47. 前記光電池の各々が、前記複数の個別の電極のうちの各自の電極を含む、請求項４６に記載の方法。
  48. 前記複数の個別の電極がレーザーアブレーション、または機械的スクライビングによって形成される、請求項４５に記載の方法。
  49. 前記複数の個別の電極が、レーザーを前記第１の導電層に照射することによって形成される、請求項４５に記載の方法。
  50. 前記レーザーが、前記第１の導電層および前記第２の層が配置される前記基板の面から前記第１の導電層へ照射される、請求項４９に記載の方法。
  51. 前記レーザーが前記第２の層を通過することによって前記第１の導電層に到達する、請求項５０に記載の方法。
  52. 前記レーザーが前記第２の層によって実質的に吸収されない、請求項５１に記載の方法。
  53. 前記レーザーが、前記基板の、前記第１の導電層および前記第２の層が配置される面と反対側の面から前記第１の導電層へ照射される、請求項４９に記載の方法。
  54. 前記レーザーが前記基板を通過することによって前記第１の導電層に到達する、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記レーザーが前記基板によって実質的に吸収されない、請求項５４に記載の方法。
  56. 各個別の電極が空洞によって他の個別の電極から分離されるように、前記照射が複数の空洞を形成する、請求項４９に記載の方法。
  57. 前記レーザーがファイバレーザーである、請求項４９に記載の方法。
  58. 前記レーザーが約２００ｎｍから約１，６００ｎｍの範囲の波長を有する、請求項４９に記載の方法。
  59. 前記レーザーが約１，０６４ｎｍの波長を有する、請求項５８に記載の方法。
  60. 前記第２の層が、正孔阻止層、光活性層、正孔キャリア層、または第２の導電層である、請求項４９に記載の方法。
  61. 前記第２の層が光活性層である、請求項６０に記載の方法。
  62. 前記多層素子を形成することは、正孔阻止層、正孔キャリア層、および第２の導電層を形成することをさらに含み、前記正孔阻止層が前記第１の導電層と前記光活性層との間にあり、前記光活性層が前記正孔阻止層と前記正孔キャリア層との間にあり、前記正孔キャリア層が前記光活性層と前記第２の導電層との間にある、請求項６１に記載の方法。
  63. 前記多層素子を形成することは、正孔キャリア層、正孔阻止層、および第２の導電層を形成することをさらに含み、前記正孔キャリア層が前記第１の導電層と前記光活性層との間にあり、前記光活性層が前記正孔キャリア層と前記正孔阻止層との間にあり、前記正孔阻止層が前記光活性層と前記第２の導電層との間にある、請求項６１に記載の方法。
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