JP2016115944A - 新規な電極 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な電極を備える光電セルならびに関連するシステム、方法、モジュール、およびコンポーネントを与える。【解決手段】基板と、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と前記第２の電極との間に配設された光活性材料とを備える光電セルにおいて、第１の電極は、第１、第２、および第３の層を備え、前記第１の層は、グリッドおよびレベリング層として機能する電気絶縁性材料を含み、前記電気絶縁性材料および前記グリッドはほぼ同一の高さで前記第２の層に接触する表面を有し、前記第１の層はせいぜい約２０ｎｍの２乗平均平方根表面粗さを有する。【選択図】 図２（Ｃ）

Description

本開示は、新規な電極を有する光電セルならびに関連するシステム、方法、モジュール、およびコンポーネントに関する。

光電セルは、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。典型的な光電セルは、２つの電極の間に配設された光活性材料を含む。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し、それにより、電荷キャリア（すなわち、電子および正孔）を生成する。結果として、光を透過させ、電荷キャリアを輸送する電極の能力は、光電セルの全体の効率を制限しうる。

本開示は、本明細書で開示される電極（たとえば、下部電極）が、従来の電極（たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極またはＩＴＯ／金属／ＩＴＯ電極）と比較して光透過率の改善と電気伝導性の改善の両方を示しうるという予想外の発見に基づく。結果として、本明細書で開示される電極は、透過性および効率が改善された光電セルまたはモジュールを作るために使用されうる。

一態様では、本開示は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配設された光活性材料とを含む物品を特徴とする。第１の電極は、第１、第２、および第３の層を備え、第１の層は、グリッドおよび電気絶縁性材料を含み、第２の層は、第１の層と第３の層との間にあり、電気伝導性材料を含み、第３の層は、第２の層と光活性層との間にあり、正孔阻止材料および電気伝導性金属酸化物を含む。物品は光電セルとして構成される。

別の態様では、本開示は、第１の層を含む第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配設された光活性材料とを含む物品を特徴とする。第１の層はグリッドおよび電気絶縁性材料を含み、せいぜい約２０ｎｍの２乗平均平方根表面粗さを有する。物品は光電セルとして構成される。

なお別の態様では、本開示は、方法を特徴とし、方法は、物品を形成するために第１の基板上にグリッドを配設することであって、グリッドは第１の基板に接触する、配設すること、物品を硬化性材料および第２の基板でラミネートすることであって、それにより、グリッドおよび硬化性材料が、第１の基板と第２の基板との間に配設される、ラミネートすること、硬化性材料を硬化させること、および、電極層を形成するために、第１の基板を除去することを含む。

実施形態は、以下のオプションの特徴の１つまたは複数を含みうる。
いくつかの実施形態では、グリッドは、金属または合金を含みうる。たとえば、グリッドは、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタン、またはその合金を含みうる。

いくつかの実施形態では、電気絶縁性材料は、アクリレートポリマー、ウレタンポリマー、エポキシポリマー、またはその組合せを含みうる。
いくつかの実施形態では、電気導電性材料は、金属ナノ粒子または電気導電性ポリマー
を含もうる。金属ナノ粒子は、球、チューブ、ロッド、または針の形状を有しうる。電気導電性ポリマーはポリチオフェン（たとえば、ドープしたポリチオフェン）を含みうる。

いくつかの実施形態では、正孔阻止材料はポリアミン（たとえば、ポリエチレンイミン）を含む。ある実施形態では、正孔阻止材料の少なくとも一部の分子は、エポキシ含有化合物などの架橋剤（たとえば、グリセロールトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテル）によって架橋される。

いくつかの実施形態では、電気伝導性金属酸化物はインジウムスズ酸化物を含みうる。
いくつかの実施形態では、第１の層は、せいぜい約２０ｎｍ（たとえば、せいぜい約５ｎｍ）の２乗平均平方根表面粗さを有しうる。

いくつかの実施形態では、第１の層は、せいぜい約２００ｎｍの最大ピーク高さを有しうる。
いくつかの実施形態では、第１の電極は、物品の使用中に、少なくとも約７０％の光透過率を有しうる。

いくつかの実施形態では、第１の電極は、せいぜい約１０オーム／平方のシート抵抗を有しうる。
いくつかの実施形態では、電気絶縁性材料は第２の層に接触する表面を有し、グリッドは第２の層に接触する表面を有し、電気絶縁性材料の表面は、グリッドの表面と実質的に同じレベルにある。

いくつかの実施形態では、第１の基板は、グリッドが第１の基板上に配設される前に、せいぜい約２０ｎｍの２乗平均平方根表面粗さを有する表面を有する。ある実施形態では、グリッドは表面上に配設される。

いくつかの実施形態では、硬化性材料は、アクリレート、ウレタン、エポキシド、またはその組合せを含みうる。ある実施形態では、硬化性材料は、ＵＶ照射、加熱、またはその組合せによって硬化されうる。

いくつかの実施形態では、方法は、電極層上に電気伝導性材料をさらに含みうる。ある実施形態では、方法は、電気伝導性材料上に混合物を配設することをさらに含み、混合物は、正孔阻止材料および電気伝導性金属酸化物を含みうる。ある実施形態では、方法は、光電セルを形成するために、混合物上に光活性層および電極を配設することをさらに含みうる。

実施形態は、以下の利点の１つまたは複数を含みうる。
理論に束縛されるものではないが、電極であって、グリッドおよび電気絶縁性材料を含有する層と、電気導電性層を含有する層と、正孔阻止材料または電気伝導性金属酸化物を含有する層とを含む、電極が、従来の電極（たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極またはＩＴＯ／金属／ＩＴＯ電極）と比較して光透過率の改善と電気伝導性の改善の両方を示しうることが予想外にも発見される。

理論に束縛されるものではないが、グリッドを含む平滑層および比較的低い粗さを有する電気絶縁性材料を含むことは、（グリッド上の大きなピークによって引起される）光電セルの短絡を防止しまたは最小にし、また、短絡を引起すことなく、光電セルを形成するために必要とされるこの層の上部の層の厚さを大幅に減少させうると考えられる。

本発明の他の特徴および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる
。

光電セルの実施形態の断面図である。 図１に示す電極を作る例示的なプロセスを示す図である。 図１に示す電極を作る例示的なプロセスを示す図である。 図１に示す電極を作る例示的なプロセスを示す図である。 電気的に直列に接続された複数の光電セルを含むシステムの図である。 電気的に並列に接続された複数の光電セルを含むシステムの図である。

種々の図面の同じ参照シンボルは同じ要素を示す。

図１は、基板１１０、電極１２０（たとえば、下部電極）、光活性層１３０（たとえば、電子受容性材料および電子供与性材料を含有する）、オプションの正孔キャリア層１４０、電極１５０（たとえば、上部電極）、および基板１６０を含む光電セル１００の断面図を示す。電極１２０は、グリッド１２２および電気絶縁性材料１２４を含有する第１の層１２１、第２の層１２３、および第３の層１２５を含む。電極１２０および１５０は、外部負荷１７０に電気接続される。

一般に、例示的な電気伝導性金属は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、およびチタンを含む。例示的な電気伝導性合金は、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、プラチナの合金、およびチタンの合金を含む。例示的な電気伝導性ポリマーには、ポリチオフェン（たとえば、ドープしたポリ(３，４−エチレンジオキシチオフェン)（ドープしたＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン（たとえば、ドープしたポリアニリン）、およびポリピロール（たとえば、ドープしたポリピロール）を含む。例示的な電気伝導性金属酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、スズ酸化物（たとえば、フッ素化スズ酸化物）、チタン酸化物、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、銅酸化物、ストロンチウム銅酸化物、およびストロンチウムチタン酸化物を含む。いくつかの実施形態では、電気伝導性材料の組合せが使用される。

いくつかの実施形態では、電気伝導性材料は、ナノ粒子（たとえば、銀ナノ粒子などの金属ナノ粒子）の形態でありうる。
いくつかの実施形態では、グリッド１２２は、（たとえば、グリッドライン間の空間が比較的小さいとき）メッシュの形態である。グリッド電極（たとえば、メッシュ電極）の例は、同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願公報第２００４−０１８７９１１号および第２００６−００９０７９１号に記載される。

一般に、グリッド１２２の寸法は、第１の層１２１が十分に大きな電気伝導性および十分に高い透過性を有するように調整される。いくつかの実施形態では、グリッド１２２は、少なくとも約２００ｎｍ（たとえば、少なくとも約４００ｎｍ）および／またはせいぜい約９００ｎｍ（たとえば、せいぜい約８００ｎｍ）の厚さならびに少なくとも約１０ミクロン（たとえば、少なくとも約２０ミクロン）および／またはせいぜい約１００ミクロン（たとえば、せいぜい約５０ミクロン）の幅を有する。グリッド１２２の寸法が大き過ぎる場合、第１の層１２１は、十分な透過性を持たない場合がある。グリッド１２２の寸法が小さ過ぎる場合、第１の層１２１は、十分な電気伝導性を持たない場合がある。

第１の層１２１は、一般にまた、グリッド１２２によって形成される空間内に電気絶縁
性材料１２４を含み、電気絶縁性材料１２４は、レベリング層として機能するが、第２の層１２３に接触するグリッド１２２の表面を覆わない。例示的な電気絶縁性ポリマーは、アクリレートポリマー、ウレタンポリマー、エポキシポリマー、またはその組合せを含む。

いくつかの実施形態では、電気絶縁性材料１２４は、グリッド１２２の厚さより大きい厚さを有しうる。こうした実施形態では、図１に示すように、層１２３に接触するグリッド１２２の表面および層１２３に接触する電気絶縁性材料１２４の表面は、実質的に同じレベルにあり、一方、グリッド１２２は、電気絶縁性材料１２４によって基板１１０から分離される。ある実施形態では、電気絶縁性材料１２４は、グリッド１２２の厚さと同じ厚さを有する（図１に示さず）。いくつかの実施形態では、電気絶縁性材料１２４は、少なくとも約２００ｎｍ（たとえば、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、または少なくとも約４０ミクロン）および／またはせいぜい約８０ミクロン（たとえば、せいぜい約６０ミクロン、せいぜい約４０ミクロン、せいぜい約２０ミクロン、せいぜい約１０ミクロン、せいぜい約１ミクロン、またはせいぜい約８００ｎｍ）の厚さを有する。いくつかの実施形態では、電気絶縁性材料１２４は、１２ミクロンと５０ミクロンとの間（たとえば、１２ミクロンと２５ミクロンとの間）の厚さを有する。

電気絶縁性材料１２４は、一般に透過性がある。本明細書で使用されるように、透過性材料は、光電セルで使用される厚さにおいて、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）の入射光の少なくとも約９０％（たとえば、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％）を透過させる材料を指す。

一般に、第２の層１２３に接触する電気絶縁性材料１２４の表面は、第２の層１２３に接触するグリッド１２２の表面と実質的に同じレベルである。本明細書で使用されるように、用語「実質的に同じレベルにある(substantially at the same level)」は、せいぜ
い約５００ｎｍの表面レベル差を指す。たとえば、グリッド１２２の表面は、電気絶縁性材料１２４の表面よりせいぜい２５０ｎｍ（たとえば、せいぜい約２００ｎｍ、せいぜい約１００ｎｍ、せいぜい約５０ｎｍ、せいぜい約２０ｎｍ、またはせいぜい約１０ｎｍ）高くまたは低くありうる。

一般に、第２の層１２３に接触する第１の層１２１の表面、すなわち表面１２６は、比較的平滑でありうる（すなわち、比較的低い粗さを有する）。たとえば、表面１２６は、せいぜい約２０ｎｍ（たとえば、せいぜい約１５ｎｍ、せいぜい約１０ｎｍ、せいぜい約５ｎｍ、せいぜい約１ｎｍ、またはせいぜい約０．５ｎｍ）および／または少なくとも約０．１ｎｍ（たとえば、少なくとも約０．５ｎｍまたは少なくとも約１ｎｍ）の２乗平均平方根表面粗さＲＭＳを有しうる。本明細書で使用されるように、２乗平均平方根表面粗さは、原子間力顕微鏡法によって測定される。別の例として、表面１２６は、せいぜい約２００ｎｍ（たとえば、せいぜい約１５０ｎｍ、せいぜい約１００ｎｍ、せいぜい約５０ｎｍ、せいぜい約２０ｎｍ、またはせいぜい約１０ｎｍ）および／または少なくとも約１ｎｍ（たとえば、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、または少なくとも約１５ｍ）の最大ピーク高さを有しうる。本明細書で使用されるように、用語「最大ピーク高さ(maximum peak height)」は、表面上の最も高いピークの先端(tip)から、表面上のピークおよび谷の平均であるレベルまでの距離を指す。本明細書で使用される最大ピーク高さは、原子間力顕微鏡法によって測定される。理論に拘束されるわけではないが、比較的平滑な表面１２６を形成することは、（たとえば、グリッド１２２上の大きなピークによって引起される）光電セル１００の短絡を防止しまたは最小にし、また、短絡を引起すことなく、光電セルを形成するために必要とされる第１の層１２１の上部(top)の層の厚さを大
幅に減少させうると考えられる。

図２（Ａ）〜２（Ｃ）は、第１の層１２１を作る例示的なプロセスを示す。図２（Ａ）に示すように、グリッド２２２は、物品を形成するために、最初に、第１の基板２０１（剥離基板としても知られる）の平滑表面上にコーティングされうる。たとえば、溶媒（たとえば、アルコール）内に分散されたインク含有金属ナノ粒子（たとえば、銀ナノ粒子）が、金属グリッド２２２を形成するために、第１の基板２０１の平滑表面上にコーティングされうる。

いくつかの実施形態では、第１の基板２０１上の表面は、グリッド２２２をコーティングされる前に比較的平滑でありうる（たとえば、比較的低い粗さを有する）。たとえば、表面は、せいぜい約２０ｎｍ（たとえば、せいぜい約１５ｎｍ、せいぜい約１０ｎｍ、せいぜい約５ｎｍ、せいぜい約１ｎｍ、またはせいぜい約０．５ｎｍ）および／または少なくとも約０．１ｎｍ（たとえば、少なくとも約０．５ｎｍまたは少なくとも約１ｎｍ）の２乗平均平方根表面粗さＲＭＳを有しうる。別の例として、第２の層１２３に接触する第１の層１２１の表面は、せいぜい約２００ｎｍ（たとえば、せいぜい約１５０ｎｍ、せいぜい約１００ｎｍ、せいぜい約５０ｎｍ、せいぜい約２０ｎｍ、またはせいぜい約１０ｎｍ）および／または少なくとも約１ｎｍ（たとえば、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、または少なくとも約１５ｍ）の最大ピーク高さを有しうる。理論に拘束されるわけではないが、第１の基板２０１上の比較的平滑な表面上にグリッドをコーティングすることは、グリッド２２２がその上にコーティングされる第１の基板２０１上の表面を表面１２６が真似るため、図１に示す第１の層１２１上に平滑な表面をもたらしうる。

いくつかの実施形態では、第１の基板２０１は、ポリマー、たとえば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、およびポリエーテルケトンから形成される。ある実施形態では、第１の基板２０１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成される。

第１の基板２０１およびグリッド２２２を含む物品が形成された後、グリッド２２２によって形成されたグリッドライン間の空間を充填するために、硬化性材料２０４が第１の基板２０１に添加されうる。硬化性材料は、熱、ＵＶ照射、またはその組合せによって硬化される（すなわち、重合化および／または架橋される）ことができ、モノマーまたはオリゴマー（１０未満の繰返し単位を含有するプレモノマー）とすることができる。例示的な硬化性材料は、アクリレート（たとえば、ウレタンアクリレートオリゴマー）およびエポキシド（たとえば、サイクリック脂肪族エポキシド）を含む。適したエポキシドの例は、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートおよびビス（（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチル）アジピン酸を含む。アクリレートが硬化性材料として使用されるとき、ウレタンアクリレートオリゴマーは、硬化性材料を形成するための成分として使用されうる。

いくつかの実施形態では、光重合開始剤および／または増感剤（すなわち、硬化プロセスで使用される波長の光を吸収する化合物）が、硬化材料（たとえば、エポキシ）を形成するために、硬化性材料１４０と組合せて使用されうる。適した光重合開始剤の例は、ヨードニウム塩（たとえば、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート）を含む。増感剤の例は、イソプロピルチキサントン(isopropylthioxantone)である。

一般に、硬化性材料２０４によって形成される層は、グリッド２２２の厚さ以上の厚さを有しうる。硬化性材料２０４は、グリッド２２２より大きい厚さを有するとき、グリッド２２２が硬化後に硬化性材料内に埋め込まれるようにグリッド２２２を覆う。こうした
実施形態では、グリッド２２２が第１の基板２０１上に既にコーティングされているため、グリッド２２２の表面粗さは、第１の基板２０１が剥離された後に硬化性材料２０４によって影響を受けない。

硬化性材料２０４が第１の基板２０１上に配設された後、第２の基板２１０（受取り基板としても知られる）が、こうして形成された物品に接触させられ、それにより、硬化性材料２０４およびグリッド２２２が、第１の基板２０１と第２の基板２１０との間に配設される。いくつかの実施形態では、第２の基板２１０は、硬化性材料２０４が第１の基板２０１上に配設される前に、第１の基板２０１に接触させられうる。こうした実施形態では、硬化性材料２０４は、第１の基板２０１および第２の基板２１０によって形成されるギャップ内に配設されうる。第２の基板２１０は、第１の基板２０１の材料と同じ材料（たとえば、ＰＥＴ）で形成されうる。いくつかの実施形態では、第２の基板２１０は、平滑表面を含まない。

図２（Ｂ）に示すように、先に形成された物品は、第１の基板２０１および第２の基板２１０を共にラミネートするために一対のニップローラを通して送られうる。その後、硬化性材料２０４は、加熱（たとえば、少なくとも約４０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約８０℃、または少なくとも約１００℃の温度の）またはＵＶ照射（たとえば、約２００ｎｍと約３５０ｎｍとの間の波長を有する）によって硬化されうる。いくつかの実施形態では、硬化性材料２０４は、ラミネーションプロセス中に２つの基板を共に付着させるのに十分な付着力を第１の基板２０１と第２の基板２１０との間に提供するように調整される。しかし、硬化性材料は、一般に、先に形成された物品から第１の基板２０１が剥離されるときに、第１の基板２０１にくっつくほどの高い付着力を持たない。一般に、こうして形成される硬化材料は、ウレタンアクリレートまたはサイクリック脂肪族エポキシドなどの透過性がある電気絶縁性の材料である。

いくつかの実施形態では、プライマー層（たとえば、１つまたは複数のポリエステルを含有する）は、硬化材料が第２の基板２１０に付着することを保証するために、第２の基板２１０にコーティングされうる。たとえば、プライマー層は、第２の基板２１０上で１．６７：１．０：０．０５４の乾燥重量比で、Ｂｏｓｔｉｋ,Ｉｎｃ．（マサチューセッ
ツ周ミドルトン(Middleton, MA)所在）から得られるＬ７０６３／ＶＩＴＥＬ２７００／
ＢＯＳＣＯＤＵＲ１６のブレンドをコーティングすることによって形成されうる。

図２（Ｃ）に示すように、硬化性材料が硬化した後、第１の基板２０１が、先に形成された物品から剥離されて、グリッド２２２および硬化材料を含有する層（すなわち、図１に示す第１の層１２１に対応する）ならびに基板２１０（すなわち、図１に示す基板１１０に対応する）が形成されうる。第１の基板２０１が剥離された後のグリッド２２２および硬化材料の露出表面は、図１に示す表面１２６を形成する。

理論に拘束されるわけではないが、上記プロセスの利点は、電極層の表面が第１の基板２０１の平滑表面を真似るため、上記プロセスが、比較的平滑な表面を有する（たとえば、せいぜい約２０ｎｍの２乗平均平方根表面粗さ有する、または、せいぜい約２００ｎｍの最大ピーク高さを有する）電極層を形成しうることである。さらに、理論に拘束されるわけではないが、先のプロセスの別の利点は、グリッド２２２の表面および硬化性材料２０４によって形成される電気絶縁性材料の表面が実質的に同じレベルである電極層を先のプロセスが形成しうることである。

いくつかの実施形態では、電極１２０が上部電極であるとき、表面１２６の粗さは、光電セルの短絡を防止または最小化するときに重要ではない場合がある。こうした実施形態では、第１の層１２１は、上述したプロセスと異なるプロセスによって（たとえば、単純
な溶液コーティングまたはインクジェット法を使用することによって）調製されうる。

電極１２０内の他のコンポーネントを考えると、第２の層１２３は、一般に、電気伝導性ポリマー、電気伝導性金属（たとえば、合金）、または電気伝導性金属酸化物などの電気伝導性材料を含む。例示的な電気伝導性ポリマーは、ポリチオフェン（たとえば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリカルバゾール、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、ポリイソチアナフテン(polyisothianaphtanene)、およびそのコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第
２の層１２３は、たった今述べた電気導電性ポリマーのうちの１つと組合せて使用されるドーパントを含みうる。ドーパントの例は、ポリ（スチレンスルホナート）、スルホン酸ポリマー、またはフッ素化ポリマー（たとえば、フッ素化イオン交換ポリマー）を含む。

例示的な電気伝導性金属は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタン、およびその合金を含む。
例示的な電気伝導性金属酸化物は、ＩＴＯ、スズ酸化物（たとえば、フッ素化スズ酸化物）、チタン酸化物、亜鉛酸化物、銅酸化物、ストロンチウム銅酸化物、およびストロンチウムチタン酸化物を含む。金属酸化物は、ドーパントをドープされるまたはドープされない可能性がある。金属酸化物用のドーパントの例は、フッ化物、塩化物、臭化物および沃化物の塩または酸を含む。

いくつかの実施形態では、第２の層１２３を形成するために使用されうる電気伝導性材料は、炭素同素体（たとえば、炭素ナノチューブ）を含む。炭素同素体は、ポリマーバインダ内に埋め込まれうる。

いくつかの実施形態では、第２の層１２３を形成するために使用されうる電気伝導性材料は、金属ナノ粒子などのナノ粒子の形態でありうる。ナノ粒子は、球形状、円柱形状、ロッド様形状、または針様形状などの任意の適した形状を有しうる。

いくつかの実施形態では、第２の層１２３は、上述した電気伝導性材料の組合せを含みうる。
いくつかの実施形態では、第２の層１２３は、正孔キャリア層１４０を形成するために使用される材料と同じ正孔キャリア材料（たとえば、ポリチオフェン）で形成されうる。こうした実施形態では、理論に拘束されるわけではないが、第２の層１２３で使用される材料は、第３の層１２５で使用される正孔阻止材料からグリッド２２２まで電荷キャリア（たとえば、電子）を輸送しうる電気伝導性材料として機能する。

一般に、第２の層１２３の厚さは、所望に応じて変動しうる。通常、第２の層１２３の厚さは、少なくとも約１００ｎｍ（たとえば、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ、または少なくとも約３００ｎｍ）および／またはせいぜい約４５０ミクロン（たとえば、せいぜい約４００ｎｍ、せいぜい約３５０ｎｍ、せいぜい約３００ｎｍ、せいぜい約２５０ｎｍ、せいぜい約２００ｎｍ、またはせいぜい約１５０ｎｍ）である。理論に拘束されるわけではないが、第１の層１２１上の表面１２６が比較的低い粗さを有するため、第２の層１２３は、短絡を防止するために表面１２６上のピークを覆うための大きな厚さを有する必要はなく、したがって、電荷キャリアをグリッド１２２まで輸送するのに十分な電気伝導性を依然として提供しながら、入射光の吸収損失を最小にするように比較的薄く作られうることが考えられる。

いくつかの実施形態では、第２の層１２３は、約１００ｎｍと約２００ｎｍとの間の厚さを有しうる。理論に拘束されるわけではないが、上記厚さを有する第２の層１２３を含むことは、電極１２０の透過性を依然として提供しながら、電極１２０に十分な電気伝導
性を提供しうることが考えられる。さらに、理論に拘束されるわけではないが、下部電極において上記厚さを有する第２の層１２３を含むことは、ＩＴＯ／金属／ＩＴＯ下部電極を含む光電セルと比べて、著しく高い電流密度を有する光電セルをもたらしうることが考えられる。

理論に拘束されるわけではないが、電極１２０内に第２の層１２３を含むことは、グリッド１２２によって形成されるグリッドライン間の空間からグリッド１２２への電荷キャリア（たとえば、電子）の輸送を容易にし、それにより、光電セル１００の効率が改善されうることが考えられる。

いくつかの実施形態では、第２の層１２３が電気伝導性金属（たとえば、金属ナノ粒子）を含有するとき、グリッド２２２が第１の基板２０１上に配設される前に、図２（ａ）に示す第１の基板２０１に金属が塗布されうる。こうした実施形態では、第１の基板２０１が図２（Ｃ）に示すように剥離された後、第２の層１２３は、グリッド２２２および硬化材料を含有する層の上部の平滑層として形成される。理論に拘束されるわけではないが、このプロセスは、図２（Ａ）〜２（Ｃ）に示すプロセスで形成される、グリッド２２２および硬化材料を含有する平滑層上に直接金属ナノ粒子を塗布することと比較して、光電セル１００内で金属ナノ粒子が短絡をもたらす可能性を大幅に最小化しうることが考えられる。

第３の層１２５は、一般に、正孔阻止材料および電気伝導性金属酸化物（たとえば、ＩＴＯ）を含む。正孔阻止材料は、光電セル１００で使用される厚さにおいて、グリッド１２２に電子を輸送し、グリッド１２２に対する正孔の輸送を実質的に阻止する材料である。例示的な正孔阻止材料は、ポリアミン（たとえば、ポリエチレンイミン）を含む。本明細書で使用されるように、用語「ポリアミン(polyamine)」は、１級アミノ基、２級アミ
ノ基、および３級アミノ基を含む、２以上のアミノ基を有するポリマーを指す。正孔阻止材料の他の例は、たとえば同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願公報第２００８−０２６４４８８号に記載されている。

理論に拘束されるわけではないが、光電セル１００が正孔阻止材料を含むとき、正孔阻止材料は、ＵＶ光に露光されることなく、光電層１３０と電極１２０との間のオーミック接触の形成を容易にし、それにより、ＵＶ暴露から生じる光電セル１００への損傷が低減されると考えられる。

いくつかの実施形態では、第３の層１２５は、さらに架橋剤を含みうる。例示的な架橋剤は、グリセロールトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテル（たとえば、１，３−ジグリシジルグリセリルエーテル）などのエポキシ含有化合物を含む。ある実施形態では、正孔阻止材料の分子の少なくとも一部は、架橋剤によって架橋されうる。

第３の層１２５で使用されうる例示的な電気伝導性金属酸化物は、ＩＴＯ、スズ酸化物（たとえば、フッ素化スズ酸化物）、チタン酸化物、亜鉛酸化物、銅酸化物、ストロンチウム銅酸化物、およびストロンチウムチタン酸化物を含む。いくつかの実施形態では、電気伝導性金属酸化物は、ナノ粒子（たとえば、ＩＴＯナノ粒子）の形態でありうる。

いくつかの実施形態では、正孔キャリア層が光電セル１００内に存在するとき、第３の層１２５は、正孔キャリア層１４０と異なる仕事関数を有し、それにより、光電セル１００の使用中に、電荷キャリア（すなわち、電子または正孔）の分離を容易にし、光電層１３０から電極１２０および１５０まで電荷キャリアを移動させるための電界が生成されうる。理論に拘束されるわけではないが、この仕事関数の差のために、グリッド１２２によ
って形成されるグリッドライン間の空間からグリッド１２２までの電荷キャリア（たとえば、電子）の輸送を容易にするための電気伝導性材料として役立つように、正孔キャリア層１４０で使用される材料が第２の層１２３に含まれうると考えられる。理論に拘束されるわけではないが、上記構成は、電荷キャリアの分離および移動を容易にするための電界が光電セル１００内に存在しないことになるため、第３の層１２５が存在しない場合、実行不可能であることになる。さらに、理論に拘束されるわけではないが、第３の層１２５と正孔キャリア層１４０との間の仕事関数の差のために、上述したのと同じ理由で、電極１５０およびグリッド１２２を形成するために同じ材料（たとえば、銀などの金属）が使用されうる。さらに、理論に拘束されるわけではないが、電気伝導性金属酸化物を含むことは、（層１２５内の正孔阻止材料は、一般に、電気絶縁性であるため）第３の層１２５の電気伝導性を大幅に増加させ、電極１２０の伝導性を改善しうると考えられる。

いくつかの実施形態では、第３の層１２５内の電気伝導性金属酸化物、正孔阻止材料、および架橋剤は、少なくとも約１：１：１（たとえば、少なくとも約２：１：１、少なくとも約３：１：１、少なくとも約３：１：１、または少なくとも約４：１：１）および／またはせいぜい約８：１：１（たとえば、せいぜい約７：１：１、せいぜい約６：１：１、またはせいぜい約５：１：１）の重量比を有しうる。理論に拘束されるわけではないが、電気伝導性金属酸化物のレベルを下げる（たとえば、約３：１：１以下に）ことが、光電セル１００のシャンティングを大幅に低減しうることを、本発明者等は、思いがけなく発見した。一方、理論に拘束されるわけではないが、過剰に低い（たとえば、約１：１：１未満の）電気伝導性金属酸化物のレベルを有する光電セル１００は、フィルファクタを大幅に下げうると考えられる。

いくつかの実施形態では、第３の層１２５は、せいぜい約１５０ｎｍ（たとえば、せいぜい約１２０ｎｍ、せいぜい約１００ｎｍ、せいぜい約５０ｎｍ、またはせいぜい約１０ｎｍ）または少なくとも約２０ｎｍ（たとえば、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、または少なくとも約５０ｎｍ）の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第３の層１２５は、約４０ｎｍと約１００ｎｍとの間の（たとえば、約５０、６０、または７０ｎｍの）厚さを有する。

いくつかの実施形態では、電極１２０は、光電セル１００内の下部電極である。本明細書で使用されるように、用語「下部電極(bottom electrode)」は、光電セルを形成するために、他の層（たとえば、光電層および対向電極）がその上に塗布される電極を指す。こうした実施形態では、電極１５０は、光電セル１００内の上部電極である。

一般に、電極１２０は透過性がある。たとえば、電極１２０は、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）の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％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％）を透過させうる。理論に拘束されるわけではないが、電極１２０の利点は、電極１２０が、従来のＩＴＯまたはＩＭＩ電極の丸い透過曲線と比較して、より平坦な透過曲線を持ち、したがって、こうした従来の電極に比べて広い範囲（たとえば、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ）の光波長においてより透過性があることであると考えられる。いくつかの実施形態では、電極１２０は、入射光の７２％と９０％との間（たとえば、７５％と８５％との間）を透過させうる。

一般に、電極１２０は電気伝導性がある。たとえば、電極１２０は、せいぜい約１０オーム／平方（たとえば、せいぜい約８オーム／平方、せいぜい約６オーム／平方、せいぜい約４オーム／平方、せいぜい約２オーム／平方、せいぜい約１オーム／平方、）および／または少なくとも約０．００１オーム／平方（たとえば、少なくとも約０．０５オーム／平方、少なくとも約０．１オーム／平方、または少なくとも約０．５オーム／平方）の
シート抵抗を有しうる。いくつかの実施形態では、電極１２０は、約４オーム／平方と約６オーム／平方との間（たとえば、５オーム／平方）のシート抵抗を有しうる。

理論に拘束されるわけではないが、上述した第１の層１２１、第２の層１２３、および第３の層１２５の全てを電極１２０内に含むことは、従来の電極（たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極またはＩＴＯ／金属／ＩＴＯ電極）と比較して、光透過性の改善および電気伝導性の改善を共に示す電極をもたらしうることが、思いがけなく発見される。結果として、こうした電極を含有する光電セルは、効率およびセル性能の改善を有しうる。

光電セル１００内の他のコンポーネントを考えると、基板１１０は、一般に、透過性材料で形成される。基板１１０がそこから形成されうる例示的な材料は、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、およびポリエーテルケトンを含む。ある実施形態では、ポリマーは、フッ素化ポリマーでありうる。いくつかの実施形態では、ポリマー材料の組合せが使用される。ある実施形態では、基板１１０の異なる領域が、異なる材料で形成されうる。

一般に、基板１１０は、可撓性、半剛性または剛性（たとえば、ガラスなど）でありうる。いくつかの実施形態では、基板２１０は、約５，０００メガパスカル未満（たとえば、約１，０００メガパスカル未満または約５００メガパスカル未満）の曲げ弾性率を有する。ある実施形態では、基板２１０の異なる領域は、可撓性、半剛性または不撓性でありうる（たとえば、１つまたは複数の可撓性領域および１つまたは複数の異なる半剛性領域、１つまたは複数の可撓性領域および１つまたは複数の異なる不撓性領域）。

通常、基板２１０は、少なくとも約１ミクロン（たとえば、少なくとも約５ミクロンまたは少なくとも約１０ミクロン）厚である、かつ／または、せいぜい約１，０００ミクロン（たとえば、せいぜい約５００ミクロン、せいぜい約３００ミクロン、せいぜい約２００ミクロン、せいぜい約１００ミクロン、またはせいぜい約５０ミクロン）厚である。

一般に、基板２１０は有色または無色でありうる。いくつかの実施形態では、基板２１０の１つまたは複数の部分は有色であり、一方、基板２１０の１つまたは複数の異なる部分は無色である。

基板２１０は、１つの平坦表面（たとえば、光が衝突する表面）を有することができる、２つの平坦表面（たとえば、光の衝突面および対向面）を有することができる、あるいは平坦表面を有することができない。基板２１０非平坦表面は、たとえば、湾曲状または階段状でありうる。いくつかの実施形態では、基板２１０の非平坦表面はパターン化される（たとえば、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化された階段を有する）。

光活性層１３０は、一般に、電子受容性材料（たとえば、有機電子受容性材料）および電子供与性材料（たとえば、有機電子供与性材料）を含みうる。
いくつかの実施形態では、電子供与性材料は、以下のモノマー繰返し単位の１つまたは複数を含有する光活性ポリマー（たとえば、共役ポリマー）を含みうる。以下のモノマー繰返し単位とは、ベンゾチオフェン部位、シクロペンタジジチアゾール部位、ベンゾチアジアゾール部位、チアジアゾロキノキサリン部位、ベンゾイソチアゾール部位、ベンゾチアゾール部位、ジチエノピロール部位、ジベンゾシロール部位、チエノチオフェン部位、カルバゾール部位、ジチエノチオフェン部位、テトラヒドロイソインドール部位、フルオレン部位、シロール部位、シクロペンタジチオフェン部位、チアゾール部位、セレノフェ
ン部位、チアゾロチアゾール部位、ナフトチアジアゾール部位、チエノピラジン部位、シラシクロペンタジチオフェン部位、チオフェン部位、オキサゾール部位、イミダゾール部位、ピリミジン部位、ベンゾオキサゾール部位、ベンゾイミダゾール部位、キノキサリン部位、ピリドピラジン部位、ピラジノピリダミン部位、ピラジノキノキサリン部位、チアジアゾロピリジン部位、チアジアゾロピリダミン部位、ベンゾオキサジアゾール部位、オキサジアゾロピリジン部位、オキサジアゾロピリダミン部位、ベンゾセレナジアゾール部位、ベンゾビスオキサゾール部位、チエノチアジアゾール部位、チエノピロリドン(thienopyrroledione)部位、またはテトラジン部位である。上述した部位は、１つまたは複数のハロゲン(halo)（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ）、Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２４アルコキシ、アリル、ヘテロアリル、Ｃ_３−Ｃ_２４シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_２４ヘテロシクロアルキル、ＣＯＲ、ＣＯＯＲ、ＣＯ−Ｎ（ＲＲ’）、ＣＮ、またはＳＯ_３Ｒによって置換されることができ、ＲおよびＲ’はそれぞれ、独立に、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル、アリル、ヘテロアリル、Ｃ_３−Ｃ_２４シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２４ヘテロシクロアルキルである。光活性ポリマーは、上記モノマー繰返し単位の１つまたは複数を含有するホモポリマーまたはコポリマーでありうる。

いくつかの実施形態では、光活性層１３０の電子受容性材料は、フラーレンを含みうる。いくつかの実施形態では、光活性層１３０は、１つまたは複数の非置換フラーレンおよび／または１つまたは複数の置換フラーレンを含みうる。非置換フラーレンの例は、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８２、Ｃ_８４、およびＣ_９２を含む。置換フラーレンの例は、フェニル酪酸メチルエステル（Ｃ６１−ＰＣＢＭおよびＣ７１−ＰＣＢＭなどのＰＣＢＭ）で置換されたフラーレン、あるいは、Ｃ_１−Ｃ_２４アルコキシで、任意選択でさらにＣ_１−Ｃ_２４アルコキシおよび／またはハロゲン（たとえば、（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３）で置換されたフラーレンを含む。理論に拘束されるわけではないが、長鎖アルコキシ基（たとえば、酸化エチレンオリゴマー）またはフッ素化アルコキシ基で置換されたフラーレンは、有機溶媒における改善された可溶性を有し、改善された形態(morphology)を有する光活性層を形成しうる。フラーレンの他の例は、たとえば同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国出願公報第２００５−０２７９３９９号に記載されている。いくつかの実施形態では、電子受容性材料は、先の節に述べた光活性ポリマーの１つまたは複数を含みうる。ある実施形態では、電子受容性材料（たとえば、上述したフラーレンおよび光活性ポリマー）は、光活性層１３０で使用されうる。

電子供与性材料および電子受容性材料の他の例は、たとえば、同一譲受人に譲渡された米国特許第７，７７２，４８５号および第７，７８１，６７３号、米国出願公報第２００７−００１７５７１号、第２００７−００２０５２６号、第２００８−００８７３２４号、第２００８−０１２１２８１号、および第２０１０−００３２０１８号、ならびにＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２０２２７号に記載されている。

一般に、光活性層１３０の厚さは、電子および正孔を生成するために入射光を吸収するのに十分に大きく、かつ、生成した電子または正孔の近傍層への輸送を可能にするのに十分に小さくあるべきである。通常、光活性層１３０の厚さは、少なくとも約５０ｎｍ（たとえば、少なくとも約７５ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約１２５ｎｍ、少なくとも約１５０ｎｍ、または少なくとも約２００ｎｍ）および／またはせいぜい約３００ｎｍ（たとえば、せいぜい約２５０ｎｍ、せいぜい約２００ｎｍ、またはせいぜい約１５０ｎｍ）である。いくつかの実施形態では、光活性層１３０の厚さは、約２１０ｎｍと約２３０ｎｍとの間（たとえば、約２２０ｎｍ）である。

任意選択で、光電セル１００は、正孔キャリア層１４０を含みうる。正孔キャリア層１４０は、一般に、光電セル１００で使用される厚さにおいて、正孔を電極１５０に輸送し
、電子の電極１５０への輸送を実質的に阻止する材料で形成される。層１４０がそこから形成される材料の例は、ポリチオフェン（たとえばＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリカルバゾール、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、ポリイソチアナフテン(polyisothianaphtanene)、およ
びそのコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０は、たった今述べた材料の１つと組合せて使用されるドーパントを含みうる。ドーパントの例は、ポリ（スチレンスルホナート）、スルホン酸ポリマー、またはフッ素化ポリマー（たとえば、フッ素化イオン交換ポリマー）を含む。

いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０を形成するために使用されうる材料は、タングステン酸化物またはモリブデン酸化物などの金属酸化物を含む。金属酸化物は、ドーパントをドープされるまたはドープされる可能性がある。金属酸化物用のドーパントの例は、フッ化物、塩化物、臭化物および沃化物の塩または酸を含む。

いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０は、上述した正孔キャリア材料の組合せを含みうる。
一般に、正孔キャリア層１４０の厚さ（すなわち、光活性層１３０に接触する正孔キャリア層１４０の表面と正孔キャリア層１４０に接触する電極１５０の表面との間の距離）は、所望に応じて変動しうる。通常、正孔キャリア層１４０の厚さは、少なくとも約１００ｎｍ（たとえば、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ、または少なくとも約３００ｎｍ）および／またはせいぜい約３５０ｎｍ（たとえば、せいぜい約３００ｎｍ、せいぜい約２５０ｎｍ、またはせいぜい約２００ｎｍ）である。いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１４０の厚さは、約１８０ｎｍ〜約２２０ｎｍである。

電極１５０は、一般に、グリッド１２２に関して上述した電気伝導性材料の１つまたは複数などの電気伝導性材料で形成される。いくつかの実施形態では、電極１５０は、電気伝導性材料の組合せで形成される。ある実施形態では、電極１５０は、メッシュまたはグリッド電極で形成されうる。他の実施形態では、電極１５０は、同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国出願公報第２００８−０２３６６５７号に開示されるようなポリマーマトリクス内で分散した金属ナノ粒子（たとえば、銀ナノロッド）から形成されうる。

一般に、基板１６０は、バリア層として役立ち、環境内の酸素または水分の光電セル１００内への拡散を十分に防止する材料から作られうる。いくつかの実施形態では、基板１６０は、多層構造を有し、少なくとも２つの（たとえば、少なくとも３つの）ポリマー層（たとえば、それぞれが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートなどのポリエステルを含有する）、および、少なくとも２つのポリマー層間の少なくとも２つのセラミック層（たとえば、それぞれが、シリカまたはアルミナを含有する）を含有する複合物を含む。こうした実施形態では、基板１６０は、３つのポリマー層および２つのセラミック層を、ポリマー層、セラミック層、ポリマー層、セラミック層、およびポリマー層の順序で有しうる。

いくつかの実施形態では、電極１５０が透過性材料から作られるとき、基板１６０もまた、透過性材料から作られうる（たとえば、先の節で述べた多層構造）。ある実施形態では、電極１６０が透過性でないとき、バリア層１９０は、金属箔を含みうる。理論に拘束されるわけではないが、金属箔は、一般に、ポリマーとセラミックから形成される複合材料に比べて良好なバリア材料であると考えられる。一方、金属箔は、一般に、ポリマーとセラミックから形成される複合材料に比べて透過性が低いため、通常、透過性がない光電セル１００の側だけで使用される。

いくつかの実施形態では、光電セル１００は、基板１６０のデラミネーションを防止し、光電セル１００の使用可能寿命を増すために、電極１５０と基板１６０との間にバッファ層を含みうる。こうしたバッファ層の例は、たとえば同一譲受人に譲渡された同時係属中のＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２７７２２に記載されている。

一般に、上述した光電セル１００において層１２３、１２５、１３０、１４０、および１５０を調製する方法は、所望に応じて変動しうる。いくつかの実施形態では、こうした層は、液体ベースコーティングプロセスによって調製されうる。ある実施形態では、こうした層は、化学または物理気相堆積プロセスなどの気体ベースコーティングプロセスによって調製されうる。

本明細書で述べる用語「液体ベースコーティングプロセス(liquid-based coating process)」は、液体ベースコーティング組成物を使用するプロセスを指す。液体ベースコーティング組成物の例は、溶液、分散液、または懸濁液を含む。液体ベースコーティングプロセスは、以下のプロセスの少なくとも１つのプロセスを使用することによって実行されうる。以下のプロセスとは、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷である。液体ベースコーティングプロセスの例は、たとえば同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国出願公報第２００８−０００６３２４号に記載されている。

いくつかの実施形態では、層が無機半導体ナノ粒子を含むとき、液体ベースコーティングプロセスは、（１）ナノ粒子を溶媒（たとえば、水性溶媒または無水アルコール）と混合して分散液を形成し、（２）分散液を基板上にコーティングし、（３）コーティングした分散液を乾燥させることによって実行されうる。たとえば、第３の層１２５は、金属酸化物ナノ粒子（たとえば、ＩＴＯナノ粒子）を、ポリアミン（たとえば、ポリエチレンイミン）および溶媒を含有する溶液と混合して、分散液を形成し、分散液を第２の層１２３上にコーティングし、コーティングした分散液を（たとえば、加熱によって）乾燥させることによって調製されうる。ポリアミンを含有する溶液は、さらに、乾燥プロセス中にポリアミンを架橋しうる架橋剤（たとえば、グリセロールジグリシジルエーテル）を含みうる。ある実施形態では、無機金属酸化物ナノ粒子を含む層を調製するための液体ベースコーティングプロセスは、（１）適切な溶媒（たとえば、無水アルコール）中に前駆物質（たとえば、チタン塩）を分散させて分散液を形成し、（２）基板上に分散液をコーティングし、（３）分散液を水和させて無機半導体ナノ粒子層（たとえば、チタン酸化物ナノ粒子層）を形成し、（４）無機半導体材料層を乾燥させることによって実行されうる。ある実施形態では、液体ベースコーティングプロセスは、（たとえば、基板上に分散液をコーティングする前に、分散液内にゾルゲルとして金属酸化物ナノ粒子を形成することによって）ゾルゲルプロセスによって実行されうる。

一般に、有機半導体材料を含有する層を調製するために使用される液体ベースコーティングプロセスは、無機半導体材料を含有する層を調製するために使用されるプロセスと同じであるまたは異なる可能性がある。いくつかの実施形態では、有機半導体材料を含む層を調製するために、液体ベースコーティングプロセスは、有機半導体粒子を溶媒（たとえば、有機溶媒）と混合して溶液または分散液を形成し、溶液または分散液を基板上にコーティングし、コーティングした溶液または分散液を乾燥させることによって実行されうる。たとえば、第２の層１２３、光活性層１３０、および正孔キャリア層１４０は、この方法によって調製されうる。

いくつかの実施形態では、電極１５０は、気体相ベースコーティングプロセス（たとえ
ば、化学気相堆積プロセスを使用することによって、オプションの正孔キャリア層１４０上に金属層を塗布すること）または液体ベースコーティングプロセス（たとえば、インクジェット印刷プロセスによって、オプションの正孔キャリア層１４０上に金属メッシュ層を塗布すること）によって調製されうる。

いくつかの実施形態では、基板１６０は、当技術分野で知られている方法によって（たとえば、接着剤を使用することによって）電極１５０に取付けられうる。
いくつかの実施形態では、光電セル１００は、ロールツーロールプロセスなどの連続的な製造プロセスで調製され、製造コストを大幅に低減しうる。ロールツーロールプロセスの例は、たとえば同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国出願公報第２００５−０２６３１７９号に記載されている。

一般に、使用中、入射光は、基板１１０の表面に衝突し、基板１１０および電極１２０を通過しうる。光は、その後、光活性層１３０と相互作用し、電子を、電子供与性材料（たとえば、共役ポリマー）から電子受容性材料（たとえば、置換フラーレン）まで移動させる。電子受容性材料は、その後、第３の層１２５および第２の層１２３を通して電極１２０内のグリッド１２２へ電子を伝達し、電子供与性材料は、正孔キャリア層１４０を通して電極１５０へ正孔を移す。電極１２０および１５０は、電子が電極１２０から負荷を通して電極１５０に流れるように、外部負荷１７０を介して電気接続されている。基板１６０および電極１５０が、透過性があるとき、入射光はまた、これら２つの層を通過して、光活性層１３０と相互作用し、それにより、電子および正孔を生成する。

ある実施形態が開示されたが、他の実施形態もまた可能である。
いくつかの実施形態では、光電セル１００は、同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国出願公報第２００７−０２４６０９４号、第２００７−０１８１１７９号、第２００７−０２７２２９６号、および第２００９−０２１１６３３号に記載されるようなタンデム型光電セルでありうる。

いくつかの実施形態では、光電セル１００は、下部電極としてカソードおよび上部電極としてアノードを含みうる。いくつかの実施形態では、光電セル１００は、下部電極としてアソードおよび上部電極としてカソードを含みうる。

いくつかの実施形態では、光電セル１００は、図１に示した層を、逆の順序で含みうる。換言すると、光電セル１００は、これらの層を下部から上部まで次の順に含みうる。次の順とは、基板１６０、電極１５０、オプションの正孔キャリア層１４０、光活性層１３０、第３の層１２５、第２の層１２３、および第１の層１２１を含有する電極１２０、および基板１１０である。こうした実施形態では、電極１５０は下部電極であり、電極１２０は上部電極である。こうした実施形態では、理論に拘束されるわけではないが、第２の層１２３に接触する第１の層１２１上の表面は、図１に示す表面１２６より大きい表面粗さを有しうる。その理由は、この表面の粗さが、光電セル１００の短絡を防止するまたは最小にするときに重要でないからである。

いくつかの実施形態では、複数の光電セルが、光電システムを形成するために電気接続されうる。例として、図３は、複数の光電セル３２０を含有するモジュール３１０を有する光電システム３００の図である。セル３２０は、直列に電気接続され、システム３００は、負荷３３０に電気接続される。別の例として、図４は、複数の光電セル４２０を含有するモジュール４１０を有する光電システム４００の図である。セル４２０は、並列に電気接続され、システム４００は、負荷４３０に電気接続される。いくつかの実施形態では、光電システム内の光電セルの一部（たとえば、全て）は、１つまたは複数の共通基板上に配設されうる。ある実施形態では、光電システム内の一部の光電セルは、直列に電気接
続され、光電システム内の光電セルの一部は、並列に電気接続される。

有機光電セルが述べられたが、本明細書で述べる電極１２０は、他の光電セルでも使用されうる。こうした光電セルの例は、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、およびセレン化銅インジウムガリウムで形成される光活性材料を有する色素増感光電セルおよび無機光電セルを含む。いくつかの実施形態では、電極１２０は、ハイブリッド光電セルで使用されうる。

光電セルが上述されたが、いくつかの実施形態では、本明細書で述べる電極１２０は、他のデバイスおよびシステムで使用されうる。たとえば、電極１２０は、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、撮像デバイス（たとえば、カメラまたは医療用イメージングシステム用のＲＧＢイメージングデバイス）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（たとえば、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）あるいは赤外または近赤外ＬＥＤ）、レーザデバイス、変換層（たとえば、可視発光をＩＲ発光に変換する層）、通信用の増幅器およびエミッタ（たとえば、ファイバ用ドーパント）、記憶素子（たとえば、ホログラフィ記憶素子）、およびエレクトロクロミックデバイス（たとえば、エレクトロクロミックディスプレイ）などの、適した有機半導体デバイスにおいて使用されうる。

本明細書に挙げられる全ての出版物（たとえば、特許、特許出願公報、および論文）の内容は、参照によりその全てが組込まれる。
以下の実施例は、例証的であり、制限することを意図されない。
実施例１：平滑な電極層を形成する方法
Ｓｙｎａｓｉａ Ｉｎｃ．（ニュージャージ州メッチェン(Metuchen, NJ)所在）から得られた、２つのモノマー、ＳＹＮＡＳＩＡ Ｓ−２１（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２２０ｇ）およびＳＹＮＡＳＩＡ Ｓ−２８（ビス（（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチル）アジピン酸、２００ｇ）が、５００ｍｌ広口アンバーガラスボトルに添加され、オーバヘッドステンレス鋼撹拌器を使用することによって混合された。柔らかい光の下で、Ｈａｍｐｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（コネチカット州ストラッドフォード(Stradford, CT)所在）から得られ
た固体光重合開始剤ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩（４．４ｇ）およびＬａｍｂｓｏｎ Ｌｔｄ．（英国ウェストヨークシャー州(West Yorkshire, UK)所在）から得られた増感剤イソプロピルチキサントン（２．２ｇ）が、撹拌を継続しながら順次添加された。ボトルは、アルミニウム箔によって撹拌器シャフトの周りを緩くシールされ、撹拌が室温で４時間継続され、４時間して、固体全てが溶解した。撹拌器が取除かれた後、ボトルが、テフロン（登録商標）でライニングされたネジキャップでシールされた。こうして得られた溶液は、充填剤溶液として次のステップで使用された。

水性溶液内に分散された約１０〜３０ｎｍの平均径を有するインク含有銀ナノ粒子が、金属グリッドを形成するために、第１のＰＥＴ基板（すなわち、剥離基板）の平滑表面上に印刷された。こうして形成された物品は、その後、約０．５ミクロンの厚さを有するプライマー層を有する第２のＰＥＴ基板（すなわち、受取り基板）に接触させられた。プライマー層は、１．６７：１．０：０．０５４の乾燥重量比の、Ｂｏｓｔｉｋ，ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ミドルトン(Middleton, MA)所在）から得られたＬ７０６３／ＶＩＴ
ＥＬ２７００／ＢＯＳＣＯＤＵＲ１６のブレンドを第２のＰＥＴ基板にコーティングすることによって形成された。先に調製された充填剤溶液は、その後、０．８ｍｌ／分の流量で２つのＰＥＴ１７７．８ｍｍ（７”）幅基板間のギャップ内に配設された。こうして形成された物品は、その後、２ｆｐｍのウェブ速度で、２つのＰＥＴ基板を共にラミネートするための一対のニップローラを通して送られた。ニップローラは、６８．９ｋＰ（１０ｐｓｉ）のニップ圧、２０．７ｋＰ（３．０ｐｓｉ）の巻き戻し張力、２０．７ｋＰ（３
．０ｐｓｉ）の再巻きとり張力を有した。充填剤溶液は、その後、ラミネートのいずれかの側に配置された２つのＰｈｏｓｅｏｎ ＬＥＤランプ（３９０ｎｍピーク発光、１．１ｍＪ／ｃｍ^２がそれぞれによって送出される）にラミネートを暴露することによって硬化された。こうして形成された物品は、最適な硬化を得るために、ロールフォーマットで２０時間の間、６０℃で加熱することによって、または、３０分間、８５℃で加熱することによって後硬化された。剥離基板が、その後、剥離されて、受取り基板上の硬化した電気絶縁性ポリマー層内に埋め込まれた銀グリッド電極が形成された。

埋め込まれたグリッドの平滑度は、Ａｍｂｉｏｓ ＸＰ−１表面プロフィルメータを使用することによって測定された。９つの個々のラインを横断したグリッドの５ｍｍセクションの表面スキャンにおいて、２乗平均平方根表面粗さＲＭＳは、約５ｎｍであるように測定された。
実施例２：下部電極の中央層に異なる量の電気伝導性ポリマーを含有する光電セル
この実施例の光電セル（１）は、次の通りに調製された。すなわち、実施例１で調製された電極層は、下部電極を形成するために、ＩＴＯを含有する層（電気伝導性酸化物）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ：正孔阻止材料）、およびジグリシジルグリセロールエーテル（ＤＥＧ：架橋剤）で、これらの化合物を含有する分散液を使用することによってコーティングされた。ＩＴＯの重量とＰＥＩおよびＤＥＧの総重量の比は、約８：１であった。こうして形成された物品は、その後、共役ポリマーおよびＰＣＢＭを含有する光電層、ＰＥＤＯＴを含有する正孔キャリア層：ＰＳＳ、および銀上部電極でコーティングされた。光電セル（２）および（３）は、下部電極の２０重量％および４０重量％であったＰＥＤＯＴ層が、ＩＴＯ／ＰＥＩ−ＤＥＧ層がコーティングされる前に、実施例１で調製された電極層上にそれぞれコーティングされたことを除いて、光電セル（１）の方法と同様の方法で調製された。ＰＥＤＯＴ層は、Ａｇｆａから得られたＯＲＧＡＣＯＮ ＨＢＳ５を使用して調製された。光電セル（４）〜（６）は、実施例１で調製された電極層がＩＴＯ／金属／ＩＴＯ（ＩＭＩ）電極と置換されたことを除いて、光電セル（１）〜（３）と同様な方法でそれぞれ調製された。

光電セル（１）〜（６）の特性は、１．５ＡＭ条件下で測定された。その結果は、下の表１に要約される。

光電セル（１）〜（３）は全て、光電セル（４）〜（６）の下部電極に比べて、著しく低いシート抵抗を有する下部電極を持っていることを結果が示した。さらに、光電セル（１）〜（３）は全て、それぞれ光電セル（４）〜（６）に比べて著しく良好なフィルファクタおよび生産収率を示した。さらに、下部電極内に一定量のＰＥＤＯＴを含むことが、
下部電極がＩＭＩを含んだときにセル効率を低下させることを、セル（３）とセル（４）との比較が示した。意外なことには、下部電極内に一定量のＰＥＤＯＴを含むことが、下部電極が銀グリッドを含んだときにセル効率を増加させることを、セル（１）とセル（２）との比較が示した。
実施例３：下部電極の正孔阻止材料に異なる量の電気伝導性金属酸化物を含有する光電セル
光電セル（７）〜（１２）は、ＩＴＯとＰＥＩとＤＥＧとの間の重量比、（７）１：１：１、（８）２：１：１、（９）３：１：１、（１０）４：１：１、（１１）５：１：１、および（１２）３：１：１を含むことを除いて、上記実施例２で述べた光電セル（１）と同様な方法で調製された。

光電セル（７）〜（１２）の特性は、１．５ＡＭ条件下で測定された。その結果は、下の表２に要約される。

Claims (32)

1. 少なくとも１つの基板と、
   第１の電極と、
   第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された光活性材料とを備え、
   前記第１の電極は、第１、第２、および第３の層を備え、前記第１の層は、グリッドおよびレベリング層として機能する電気絶縁性材料を含み、前記電気絶縁性材料および前記グリッドはほぼ同一の高さで前記第２の層に接触する表面を有し、前記第１の層はせいぜい約２０ｎｍの２乗平均平方根表面粗さを有し、前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間にあり、電気伝導性材料を含み、前記第３の層は、前記第２の層と前記光活性層との間にあり、正孔阻止材料および電気伝導性金属酸化物を含み、光電セルとして構成される物品。
2. 前記グリッドは、金属または合金を含む請求項１に記載の物品。
3. 前記グリッドは、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタン、またはその合金を含む請求項２に記載の物品。
4. 前記電気絶縁性材料は、アクリレートポリマー、ウレタンポリマー、エポキシポリマー、またはその組合せを含む請求項１に記載の物品。
5. 前記電気導電性材料は、金属ナノ粒子または電気導電性ポリマーを含む請求項１に記載の物品。
6. 前記金属ナノ粒子は、球、チューブ、ロッド、または針の形状を有する請求項５に記載の物品。
7. 前記電気導電性ポリマーはポリチオフェンを含む請求項５に記載の物品。
8. 前記正孔阻止材料はポリアミンを含む請求項１に記載の物品。
9. 前記ポリアミンはポリエチレンイミンを含む請求項８に記載の物品。
10. 前記正孔阻止材料の少なくとも一部の分子は、架橋剤によって架橋される請求項８に記載の物品。
11. 前記架橋剤はエポキシ含有化合物を含む請求項１０に記載の物品。
12. 前記架橋剤は、グリセロールトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテルを含む請求項１０に記載の物品。
13. 前記電気伝導性金属酸化物はインジウムスズ酸化物を含む請求項１に記載の物品。
14. 前記第１の層は、せいぜい約５ｎｍの２乗平均平方根表面粗さを有する請求項１に記載の物品。
15. 前記第１の層は、せいぜい約２００ｎｍの最大ピーク高さを有する請求項１に記載の物品。
16. 前記第１の電極は、物品の使用中に、少なくとも約７０％の光透過率(transmittance)
    を有する請求項１に記載の物品。
17. 前記第１の電極は、せいぜい約１０オーム／平方のシート抵抗を有する請求項１に記載の物品。
18. 物品を製造するための方法において、
    物品を形成するために第１の基板の表面上にグリッドを配設する工程とであって、前記グリッドは前記第１の基板に接触する、配設する工程と、
    前記物品を、前記グリッドに対するレベリング層として機能する硬化性材料であって電気絶縁性材料からなる硬化性材料、および第２の基板でラミネートする工程であって、それにより、前記グリッドおよび前記硬化性材料が、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配設される、ラミネートする工程と、
    前記硬化性材料を硬化させる工程と、
    第１の層を形成するために、前記第１の基板を除去する工程と、
    前記第１の層の上方に電気絶縁性材料を設ける工程と、
    前記電気絶縁性材料の上方に、正孔阻止材料および電気伝導性金属酸化物を含んでなる混合物を設ける工程と、
    光電セルを形成すべく、前記混合物の上方に光活性層および電極を設ける工程と、
    前記光電セルの上方に第３の基板を設ける工程とを備え、
    前記第１の層は前記グリッドを前記第１の基板の上に配設する前に約２０ｎｍ未満の２乗平方根表面粗さを有する、方法。
19. 前記グリッドは、金属または合金を含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記グリッドは、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタン、またはその合金を含む請求項１９に記載の方法。
21. 前記硬化性材料は、アクリレート、ウレタン、エポキシド、またはその組合せを含む請求項１８に記載の方法。
22. 前記硬化性材料は、ＵＶ照射、加熱、またはその組合せによって硬化される請求項１８に記載の方法。
23. 前記電気伝導性材料は、金属ナノ粒子または電気伝導性ポリマーを含む請求項１８に記載の方法。
24. 前記金属ナノ粒子は、球、チューブ、ロッド、または針の形状を有する請求項２３に記載の方法。
25. 前記電気導電性ポリマーはポリチオフェンを含む請求項２３に記載の方法。
26. 前記正孔阻止材料はポリアミンを含む請求項１８に記載の方法。
27. 前記ポリアミンはポリエチレンイミンを含む請求項２６に記載の方法。
28. 前記混合物は架橋剤をさらに含む請求項１８に記載の方法。
29. 前記架橋剤はエポキシ含有化合物を含む請求項２８に記載の方法。
30. 前記架橋剤は、グリセロールトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテルを含む請求項２８に記載の方法。
31. 前記正孔阻止材料の分子の少なくとも一部と前記架橋剤の分子の少なくとも一部を架橋することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
32. 前記電気伝導性金属酸化物はインジウムスズ酸化物を含む請求項１８に記載の方法。