JP2021527942A - 携帯型急速大面積薄膜光焼結装置 - Google Patents

Abstract

ペイント回路に対する１つまたは複数のペイント層を焼結するための光焼結システムを使用するための方法およびシステムが提供される。一態様において、光焼結システムは、光源と複数の近接センサとを備える光焼結デバイスと、データ通信リンクと、データ通信リンクを介して光焼結デバイスとデータ通信する１つまたは複数のプロセッサとを備え、焼結領域の画像を取得する動作、複数の部分領域を含む焼結領域のグリッドを生成する動作、複数の部分領域の各部分領域について、部分領域に対する部分焼結エネルギーを決定し、部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示し、光焼結デバイスに対する現在の位置情報を取得し、特定の部分領域に対する露光焼結エネルギーを決定し、露光焼結エネルギーの露光をトリガする動作を実行するように動作可能である。

Description

従来の太陽電池は、非常に規則性の高い結晶構造を有する基材、たとえば、結晶シリコンを使用する。より新しい技術は、規則性および予測性が非常に高い化学構造を有する個別の材料の離散層を形成する薄膜アモルファス太陽電池を含む。商用目的の太陽電池作製は、一般に、非常に特殊な機器を必要とし、そのため、作製される太陽電池は、複雑な製造機器ならびに／または特殊な出荷および設置機能にアクセスできる地理的な場所に限定される。

本明細書は、ペイント回路（ｐａｉｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）に対する１つまたは複数のペイント層（ｐａｉｎｔ ｌａｙｅｒ）を焼結するための光焼結システム（ｐｈｏｔｏｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に関する。光焼結システムは、１つまたは複数のペイント層を含む領域を焼結するために使用することができる光焼結デバイスを備え、光焼結デバイスの動作は、通信ポート（たとえば、シリアルポート）を通じて光焼結デバイスとデータ通信するモバイルデバイス（または他の適切なデバイス、たとえば、タブレットデバイスもしくはデスクトップデバイス）を使用して制御され得る。

一般に、本明細書において説明されている主題の１つの革新的な態様は、焼結領域の画像を取得し、焼結領域に対する複数の部分領域を含む焼結領域のグリッドを生成することを含み、各焼結領域が長さおよび幅、ならびに焼結領域内のそれぞれの位置によって定められる、方法で具現化され得る。複数の部分領域の各特定の部分領域について、この方法は、特定の部分領域に対するそれぞれの部分焼結エネルギーを決定することと、特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示することと、光焼結デバイスに対する現在の位置情報を取得することと、光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示に従って光焼結デバイスが特定の部分領域に対して位置決めされていることを現在の位置情報が示唆すると決定すること、特定の部分領域に対する露光焼結エネルギー（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）および特定の部分領域に以前に露光した焼結エネルギーの累積量を決定することと、光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示に従って特定の部分領域への露光焼結エネルギーの露光を開始することとを含む。

これらの実施形態および他の実施形態は、各々、任意選択で、次の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの実装形態において、焼結領域の画像を取得することは、モバイルデバイスのカメラで焼結領域の画像をキャプチャすることを含む。モバイルデバイスのカメラは、焼結領域の１つまたは複数の画像を提供することによって現在の位置情報を取得するために使用できる。焼結領域の１つまたは複数の画像は、基材上の１つまたは複数のペイントされた層の１つまたは複数の画像を含むことができる。

いくつかの実装形態において、これらの方法は、焼結領域の組成データを取得することをさらに含み、組成データは、ｉ）１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、ｉｉ）１つまたは複数のペイントされた層の層厚さ、またはｉｉｉ）１つまたは複数のペイントされた層の材料組成のうちの１つまたは複数を含む。

いくつかの実装形態において、これらの方法は、焼結領域の組成データに一部基づき焼結領域に対する総焼結エネルギーを決定することをさらに含み、焼結領域に対する総焼結エネルギーは、焼結領域の１つまたは複数のペイントされた層を焼結するために必要なエネルギーの量に対応する。

いくつかの実装形態において、これらの方法は、複数の部分領域の各部分領域の組成データを得ることをさらに含み、各部分領域の組成データは、ｉ）部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、ｉｉ）部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の層厚さ、またはｉｉｉ）部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の材料組成のうちの１つまたは複数を含む。それぞれの部分焼結エネルギーは、複数の部分領域のうちの各部分領域について、複数の部分領域の部分領域の組成データに一部基づき決定され得る。

いくつかの実装形態において、光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示に従って光焼結デバイスが特定の部分領域に対して位置決めされていることを現在の位置情報が示唆すると決定することは、光焼結デバイス上の１つまたは複数の近接センサからの近接データに基づき、光焼結デバイスが部分領域に対して平行である、たとえば、部分領域の表面に対して平行であると決定することを含む。

特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示は、モバイルデバイスのディスプレイ上に位置情報を提示する、たとえば、モバイルデバイス上のグラフィカルユーザインターフェース内にアライメントキューを提示することを含むことができる。いくつかの実装形態において、特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示は、特定の部分領域に対する光焼結デバイスの相対的位置を制御して特定の部分領域に対する光焼結デバイスの配向を変更する自動化デバイス、たとえば、工場環境内の制御システムにインストラクションを伝送することを含むことができる。

一般に、本明細書において説明されている主題の１つの革新的な態様は、光源、たとえば、フラッシュランプを含む光焼結デバイス、ならびに複数の近接センサ、データ通信リンク、およびデータ通信リンクを介して光焼結デバイスとデータ通信し、上で詳述されている焼結領域を焼結する方法を実行するように動作可能な１つまたは複数のプロセッサを備える光焼結システムにおいて具現化され得る。

これらの実施形態および他の実施形態は、各々、任意選択で、次の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。光焼結システムは、焼結領域の特定の部分領域に対する光焼結デバイスの相対的位置を制御するカメラを備えるモバイルデバイスまたは自動化デバイス、たとえば、工場環境内の制御システムを含むことができる。モバイルデバイスのカメラは、焼結領域の１つまたは複数の画像をキャプチャし、たとえば、焼結領域の１つの画像、焼結領域の特定の部分領域に対する光焼結デバイスの現在の位置情報、などを取得するために使用できる。モバイルデバイスは、たとえば、モバイルデバイス上に表示されるグラフィカルユーザインターフェースを介して、特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示を提供するために使用され得る。

本明細書において説明されている主題の特定の実施形態は、次の利点のうちの１つまたは複数を実現するために実装され得る。この技術の利点は、これが現場の場所（たとえば、個人住宅、工場環境、オフィスビル、または同様のもの）でソーラーペイント回路（ｓｏｌａｒ ｐａｉｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）の１つまたは複数の層を焼結するために使用することができる低コスト携帯型光焼結システムを含むという点にある。この光焼結システムは、従来のシステムと比較して設備支出がかなり低い。光焼結システムのための光焼結アプリケーションのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）は、特定のソーラーペイント回路の塗装および焼結のためにステップバイステップのプロセスでユーザをインタラクティブにガイドすることができ、これにより、製造プロセスに関する知識または経験が限られているユーザによる作製が円滑にされる。光焼結アプリケーションは、プラットフォーム固有のソフトウェアを生成することを必要とせずに、様々なタイプのデバイスのクロスプラットフォームの形態で利用され得る。光焼結システムは、複数の消費者レベル／工業レベルのプラットフォーム間で共通の制御ソフトウェアの実装形態をさらに共有することができ、複数の異なるプラットフォーム間に改良／更新を伝播させることを容易にすることで最大の開発効率を達成することができる。光焼結システムは、変更、たとえば、光焼結デバイスの個数の変更、焼結されるべき領域の位置／寸法の変更、および光焼結デバイスの出力の変更に適応可能であり、生産パラメータ、たとえば、歩留まりを最適化するために、ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ形式により、シミュレーションを簡単に行うことを可能にできる。

それに加えて、従来の商用目的の太陽電池作製とは異なり、ソーラーペイント回路は、どのような場所でも（たとえば、電気または従来のアプローチでは必要な他の資源を利用できない人里離れた地域であっても）個人が少数のツール（たとえば、ハンドミキサーおよびエアロゾルスプレー）を用いて作製することができる。本明細書において説明されているソーラーペイント回路は、電子回路を形成するための安価な基本材料の組合せを使用することによって作成され、これにより、作製の複雑さが低減され、メーカーおよびエンドユーザへのコストが削減される。一般に、ソーラーペイント回路で使用される材料の多くは、従来の太陽電池で使用される材料に比べて危険性が低く、製造および出荷にかかる費用が少なくて済む。さらに、よく見かけるペイント工場の既存のインフラは、ソーラーペイント回路を生産するために容易に転換することができるが、従来の太陽電池作製は非常に特殊な設備を必要とする。電気的活性材料とそのペイント基材との関係は、比較的単純な数学的解析手法を用いてペイントの電気的特性を選択することを可能にする。さらに、ペイントの粘度および／または塗布される層の数を制御することができるので、塗布されるペイントの粘度および／または塗布されるペイント層の数を変えることによって電気的特性を容易に変更することが可能になる。このタイプの柔軟性は、典型的には、従来のより高精度な回路作製方法では利用不可能である。

本明細書で説明されている主題の１つまたは複数の実施形態の詳細は、付属の図面および以下の説明で述べられる。主題の他の特徴、態様、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であろう。

光焼結システムのための例示的な動作環境のブロック図である。 光焼結領域に施される例示的なグリッドのブロック図である。 光焼結システムのための例示的なプロセスの流れ図である。 ペイント回路を塗装するための例示的なプロセスの流れ図である。 例示的なソーラーペイント回路のブロック図である。

概要
以下で説明されるのは、ソーラーペイント回路を生産するために１つまたは複数のペイント層を焼結するためのシステム、デバイス、および方法である。光焼結システムは、１つまたは複数のペイント層を含む領域を焼結するために使用することができるハンドヘルド型光焼結デバイスを含むことができる。光焼結デバイスの動作は、通信ポート（たとえば、シリアルポート）を通じて光焼結デバイスとデータ通信するユーザのモバイルデバイス（または他の適切なデバイス）を使用して制御され得る。

より具体的には、光焼結システムは、情報、たとえば、焼結されるべき領域の（たとえば、ユーザのモバイルデバイス上のカメラによってキャプチャされた）画像および焼結されるべき領域の寸法を取得することができ、焼結を実行するユーザを補助するインストラクションを生成することができ、このインストラクションは、たとえば、ユーザのモバイルデバイス（またはタブレットデバイス）上の光焼結アプリケーションのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を通じて、焼結されるべき領域に対する光焼結デバイスの相対的アライメントに関するインストラクションを含む。

光焼結アプリケーションは、焼結されるべき領域を複数の部分領域に分離するグリッド形式を焼結されるべき領域に適用することができる。光焼結アプリケーションは、焼結される領域全体に印加される焼結エネルギーを決定するとともに、各部分領域に印加される焼結エネルギーを決定する。光焼結アプリケーションは、たとえば、焼結プロセスの各ステップにおいて、焼結プロセス全体を通して焼結領域に印加された焼結エネルギーの量およびプロファイル、たとえば、時間の長さ、最小エネルギー、最大エネルギー、総エネルギーなどを追跡する。焼結領域に印加する焼結エネルギーの累積量は、焼結領域の１つまたは複数のペイントされた層が所望の一組の層特性を達成するように焼結領域の１つまたは複数のペイントされた層を焼結するために必要なエネルギーの量に、一部は依存し得る。

いくつかの実装形態において、累積焼結は、ナノ粒子ベースのペイント層、たとえば、酸化銅ナノ粒子ペイント層を十分に焼結して、所望の一組の特性を有するペイント層、たとえば、電気的に連続し、および／または構造的に連続する層として振る舞うペイント層を形成するのに必要なエネルギーである。

累積エネルギー量は、独立したナノ粒子として振る舞うペイント層から、高密度化および粒成長のプロセスを通じて無定形固体として振る舞うペイント層にシフトするためにペイント層の化学構造の変化をもたらすエネルギー量であるものとしてよい。

いくつかの実施形態では、焼結エネルギーの累積量は部分領域ごとに追跡されるものとしてよく、それにより、各部分領域に印加された焼結エネルギーを追跡し、さらには各部分領域が特定の一組の特性、たとえば、電気的特性、構造的特性などを有するように焼結されるために各部分領域になおも印加される必要がある追加の焼結エネルギーの量がどれだけかを追跡することができる。焼結領域の複数の部分領域は、各々、同じまたは異なるペイントされた層のうちの１つまたは複数を含むことができ、各部分領域は、所望の一組の層特性を有するようにそれぞれの同じまたは異なる量の累積焼結エネルギーを必要とし得る。

光焼結デバイス上に配置されている複数の近接センサおよび／またはユーザのモバイルデバイスのカメラによってキャプチャされた画像は、現在の位置情報を光焼結アプリケーションに提供する。光焼結アプリケーションは、現在の位置情報を使用して、焼結されるべき領域の表面に対して光焼結デバイスのアライメントを行うユーザを補助するインストラクション（たとえば、ＧＵＩ内に提示されるテキストおよび／またはグラフィカルガイドを用いる）を生成し、ＧＵＩを通じて提供する。たとえば、これらのインストラクションは、ユーザが光焼結デバイスを焼結されるべき領域の表面から特定の距離のところに位置決めすること、および／または光焼結デバイスを焼結されるべき領域の表面と平行に位置決めすることを可能にする。

一般に、基材の表面に導電性ペイント（たとえば、ソーラーペイント）を層ごとに塗布することによってペイント回路（たとえば、ソーラーペイント回路）が形成される。基材は、たとえば、木片、レンガ、石膏、石材、金属表面、またはペイントを塗布できる別の表面であってよい。基材にソーラーペイントの層を施すことは、エアロゾルディスペンサー、別のエアロゾルスプレーツールなどを使用して手作業で行うことができる。

「ソーラーペイント回路」および「ソーラーペイント」という用語は、主題の特定の実施形態を説明する文脈において使用されているけれども、これは限定することを意味するものではない。太陽エネルギーを統合しない他のペイント回路（たとえば、電池、発光ダイオード、アンテナ、または他の回路要素）、さらにはソーラー統合回路の形成に直接関与しないペイント層も実装され得る。

いくつかの実装形態において、ペイントされた回路は、単一のペイント層を基材に施すことによって形成することができる。たとえば、単純抵抗回路は、単一のペイント層を基材に施すことによって形成することができる。以下でより詳しく説明されるように、基材に施されるペイント層は、一部は導電性ペイント配合剤に含まれる導電性材料、たとえば、ナノ粒子の抵抗率およびペイント層の厚さによって定義される抵抗を有する導電性ペイント配合剤であり得る。いくつかの実装形態において、より高い抵抗率を有する導電性材料がペイント配合剤に含まれるときに、ペイント配合剤の抵抗は、より低い抵抗率を有する導電性材料がペイント配合剤に含まれるときよりも高くなる。

いくつかの実装形態において、ペイント層はテンプレート（たとえば、マスク、ステンシル、および／またはスクリーン印刷ツール）を通じて施され、したがって、ペイントはテンプレートの一部で基材に塗布されるが、テンプレートの第２の異なる部分では基材に塗布されることが妨げられる。

ペイント層は、ペイントブラシ、ペイントローラー、または他のペイントツールを使用して施すことができる。ペイント層用のペイントは、エアロゾル化され、エアロゾルスプレーツール、スプレー缶、または他のエアロゾルディスペンサーを使用して基材に塗布することができる。いくつかの実装形態において、ペイント層は、浸漬コーティングまたはドクターブレードコーティングを使用して施され得る。

いくつかの実装形態において、複数のペイント層が基材に施され、ペイントされた回路を形成する。たとえば、第１のペイント層が基材の一部分に施された後、他の層は、基材の他の部分（たとえば、第１の層に隣接する）に施され、および／または基材の既にペイントされた部分に施され得る（たとえば、第１のペイント層に施される）。各ペイント層は、ペイントされた回路の電気コンポーネント（たとえば、電子輸送層、正孔輸送層など）を形成する。

ペイント層の粘度を調整することで、基材に施されるペイント層の厚さを変更することができ、これは、ペイント層の抵抗に影響を及ぼす。たとえば、より高い粘度を有するペイント配合剤では、結果として、ペイント層が低い粘度を有するペイント配合剤の場合より厚くなり、厚いペイント層は、一般に、類似の配合剤のより薄い層に比べて、層の平面に垂直な方向により高い抵抗を有することになる。

いくつかの実装形態において、エアロゾルスプレーによってまき散らされるペイントの液滴サイズは、一部は、基材に施されるペイント層の厚さを決定し、延いては、ペイント層の抵抗／コンダクタンスに影響を及ぼす。たとえば、エアロゾルスプレーによって分注される同じペイントのより小さい液滴サイズに比べて、エアロゾルスプレーによって分注されるペイントのより大きい液滴サイズは、結果として、厚いペイント層をもたらし、より厚いペイント層は、一般に、類似の配合剤のより薄い層に比べて層の平面に垂直な方向でより高い抵抗を有する。

いくつかの実装形態において、１つまたは複数のペイント層は、たとえば、本明細書において説明されている光焼結システムを使用して焼結され、それにより、１つまたは複数のペイント層の構造的特性および／または電気的特性を生み出すことができる。１つまたは複数のナノ材料、たとえば、ナノ粒子を含むペイント層の焼結は、凝集、多孔率減少、および／または粒成長によるペイント層の高密度化を引き起こすことができる。他の焼結方法、たとえば、炉、急速熱処理システム、または焼結プロセスの持続時間の間高温をもたらす他のシステムも可能である。

以下で図１〜図３を参照しつつ説明されているような、焼結プロセスは、ペイントされた回路の作製プロセスの様々な段階で実装され得る。いくつかの実装形態において、ペイントされた回路の１つまたは複数のペイントされた層の各ペイントされた層は、各々、ペイントされた回路の後続のペイントされた層を施す前に電気的および／または構造的に完全なペイントされた層を形成するために焼結される。いくつかの実装形態において、異なる組成または同じ組成を有する複数のペイントされた層が、焼結プロセスで焼結され得る。

図５を参照しつつ以下で説明されている太陽電池を含む様々なタイプの回路およびデバイスが、ペイントされた層を使用して作製され得る。他のペイント回路は、太陽電池を含む、以下に説明されている技術を使用して作製することができ、この場合、太陽電池は電池を充電する。ペイント回路の別の例は、太陽電池、電池、および発光回路を含む、太陽電池式街路灯である。ペイント回路の別の例は、太陽電池を太陽電池の最大出力点に調節するための出力調節器を備える太陽電池であり、これは、携帯電話の充電回路の一部として使用することができる。抵抗器、コンデンサ、ダイオード、およびトランジスタなどの様々な回路素子は、本明細書において説明されているソーラーペイントを使用して作製することができる。

図５を参照しつつ以下で説明されている例示的な回路は、ブロック図の形態で各それぞれのペイント層の単層として描かれているが、特定のペイント層の複数の用途（たとえば、複数の層）が、望ましい電気的特性および／または機能的特性を達成するために使用され得る。さらに、以下で示されている例では、１つのペイント回路上に統合されおよび／またはペイントされた単一の部分回路（たとえば、単一の太陽電池）を説明しているけれども、複数の部分回路が組み込まれ、および／またはペイントされてよく、それにより、より大きなペイント回路（たとえば、複数の太陽電池）を形成し所望のデバイス性能を達成する。

光焼結システム
図１は、光焼結システム１０１のための例示的な動作環境１００のブロック図である。光焼結システム１０１は、データ通信リンク１０６上でユーザデバイス１０４とデータ通信する光焼結デバイス１０２を備える。

光焼結デバイス１０２は、高エネルギー光源、たとえば、キセノン電球、高ルーメン発光ダイオード（ＬＥＤ）、高輝度赤外線光源、または同様のものを含むポータブルデバイスである。高エネルギー光源は、制御された量の光エネルギー、たとえば、数ｋＪ／ｍｍ^２、たとえば、１ｋＪ／ｍｍ^２、３ｋＪ／ｍｍ^２、１０ｋＪ／ｍｍ^２などのオーダーの光度の光エネルギーを、マイクロ秒、たとえば、数マイクロ秒、数十マイクロ秒などのオーダーのパルス持続時間で送出する。光焼結デバイス１０２は、外部電源から、たとえば、住宅または商業施設で利用可能な標準的な電力源から高エネルギー光源を充電するために複数のコンデンサを備えることができる。

光焼結デバイス１０２は、高エネルギー光源からの光エネルギー放出をデジタル制御することができるドライバ回路を備えることができる。ドライバ回路は、それに加えて、外部電源が切断されたときに、たとえば、高抵抗放電抵抗器または別の類似の方法を使用して、光焼結デバイス内に蓄積されたエネルギーを安全に放電することができる放電回路をさらに備えることができる。

いくつかの実装形態において、光焼結デバイス１０２は、高エネルギー光源からの光ビームを操作するために１つまたは複数の光学部品、たとえば、レンズ、アイリス、フィルタ、または同様のものを有する光学アセンブリを備える。一例において、光学アセンブリは、光焼結デバイスからの出力光ビームが光ビームの直径にわたって均一になるようにコリメーティングレンズを備えることができる。別の例では、光学アセンブリは、高エネルギー光源から出力された光を集束するために放物面鏡を備えることができる。別の例では、光学アセンブリは、レーザおよびビームスプリッタを備えることができ、高光源はレーザであり、ビームスプリッタはレーザからの光ビームを操作するために使用される。

光焼結デバイス１０２は、複数の近接センサ１０３を備える。近接センサ１０３は、近接センサ１０３から表面、たとえば、近接センサと表面との間に物理的接触のない焼結領域１０７の表面までの相対的距離を測定することができるデバイスである。近接センサ１０３は、たとえば、光学式近接センサであってよい。光焼結デバイス１０２は、光焼結デバイス１０２から焼結領域１０７の表面までの距離を決定するために使用できる１つまたは複数の近接センサ１０３を備えることができる。

いくつかの実装形態において、光焼結デバイス１０２は、少なくとも３つの近接センサ１０３を備え、近接センサ１０３は、近接センサ１０３からの場所データが表面に対する光焼結デバイス１０２の相対的配向に関する情報、たとえば、傾き／傾斜、回転、水平度などを提供することができるように、光焼結デバイスの本体上に配置構成される。一例において、３つの近接センサ１０３は、光焼結デバイス１０２の本体上に三角形の形状で配置構成され得る。特に、近接センサは、高エネルギー光源からの光ビームが特定の表面、たとえば。焼結領域１０７に対して垂直であるかどうかを決定することができる。

いくつかの実装形態において、近接センサ１０３は、光焼結システム１０２に対する奥行知覚データを取り込む能力を有し、焼結領域１０７の表面上の特徴を区別するために十分に高い分解能を有する２つまたはそれ以上のカメラであってよい。カメラは、焼結領域１０７の表面の座標面に対する光焼結デバイス１０２の相対的場所を決定するために使用され得る。

いくつかの実施形態では、近接センサ１０３は、位相写像機能を有する光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）センサであってよく、ＬｉＤＡＲセンサは、焼結領域表面の特徴を分析するためにナノメートルスケールの分解能を有する。焼結領域１０７に対する光焼結デバイス１０２の配向を測定することに関するさらなる詳細は、図２および図３を参照しつつ以下で提示される。

いくつかの実装形態において、焼結領域１０７の表面に対する光焼結デバイス１０２の距離は、視覚的な手掛かりを提供するために、基準測定ツール、たとえば、定規または既知の長さのツールを使用して、一部決定され得る。ニューラルネットワークを含む画像認識ソフトウェアが、基準測定ツールの形状および配向を認識し、光焼結デバイス１０２および焼結領域１０７に対するツールの外観を、光焼結デバイス１０２と焼結領域１０７の表面との間の距離に変換するために使用することができる。

いくつかの実装形態において、ユーザデバイス１０４は、１つまたは複数のネイティブアプリケーション、たとえば、光焼結アプリケーション１０８をホストするモバイルデバイス（またはタブレットデバイス）である。光焼結アプリケーション１０８は、ユーザデバイス１０４のユーザが光焼結アプリケーション１０８とインタラクティブにやり取りする際に使用するアプリケーション環境１１０（たとえば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ））を備える。ユーザデバイス１０４は、携帯電話またはディスプレイを有する非セルラーローカルネットワーク接続デバイスであってよい。ユーザデバイス１０４は、また、携帯電話、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、またはネットワーク上で通信し、情報を表示するように構成されている他の任意のデバイスとすることも可能である。いくつかの実装形態において、ユーザデバイス１０４は、他の通信デバイス、ならびにゲーム、通信、および／またはデータ編成のためのハンドヘルドもしくはポータブル電子デバイスを含んでもよい。ユーザデバイス１０４は、個人的な電話をかける、音楽を再生する、ビデオを再生する、写真を表示する、インターネットを閲覧する、電子カレンダーを維持するなど、光焼結アプリケーション１０８とは無関係の機能を実行してもよい。

ユーザデバイス１０４は、カメラ１１２、たとえば、スマートフォン、タブレット、または他のモバイルデバイスに備えられているカメラを含む。カメラ１１２は、視野１１４を備え、カメラ１１２の視野１１４内のシーンのビデオおよび画像データをキャプチャするために使用され得る。光焼結アプリケーション１０８は、カメラ１１２にアクセスして、光焼結プロセス実行中に撮像データを収集することができる。撮像データの収集に関連するさらなる詳細は、図２および図３を参照しつつ以下に説明される。

いくつかの実装形態において、光焼結デバイス１０２は、光焼結プロセス実行中に画像データまたはビデオデータをキャプチャするために、光焼結システム１０１によってユーザデバイス１０４上のカメラ１１２の代わりに、またはそれに加えて利用できるカメラ１１２を備え得る。

図１に示されているように、ユーザデバイス１０４の正面図１１４は、ユーザデバイス１０４のユーザが光焼結アプリケーション１０８とインタラクティブにやり取りするためのアプリケーション環境１１０、たとえば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含んでいる。

データ通信リンク１０６は、光焼結デバイス１０２とユーザデバイス１０４との間の情報の転送を可能にする。いくつかの実装形態において、データ通信リンク１０６は、ケーブルリンク、たとえば、シリアルケーブル、ＵＳＢケーブル、同軸ケーブル、ＨＤＭＩ（登録商標）ケーブル、または同様のものであり、特定の通信プロトコルを使用して、光焼結デバイス１０２とユーザデバイス１０４との間でデータの転送を可能にする。ケーブルは、ケーブルと互換性があり、ユーザデバイス１０４および光焼結デバイス１０２上の利用可能なポートに一部基づき選択されるそれぞれのコネクタを備える。シリアルケーブルの例では、シリアル通信プロトコルが利用され、シリアルケーブル上のそれぞれのコネクタは、光焼結デバイス１０２およびモバイルデバイス１０４上のそれぞれのポートに接続される。別の例では、データ通信リンク１０６はＵＳＢケーブルである。

いくつかの実装形態において、データ通信リンク１０６は、光焼結デバイス１０２とユーザデバイス１０４との間の情報の転送を可能にするように構成されているネットワークの一部である。ネットワークは、たとえば、インターネット、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、アナログもしくはデジタル有線および無線電話網（たとえば、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、デジタル総合サービス網（ＩＳＤＮ）、セルラーネットワーク、およびデジタル加入者線（ＤＳＬ））、ラジオ、テレビ、ケーブル、衛星、またはデータを伝送するための任意の他の配信もしくはトンネリング機構のうちの１つまたは複数を含み得る。

ネットワークは、複数のネットワークまたはサブネットワークを含んでいてもよく、それらの各々は、たとえば、有線または無線データ経路を含み得る。ネットワークは、回路交換ネットワーク、パケット交換データネットワーク、または電子通信（たとえば、データ通信または音声通信）を伝送することができる他の任意のネットワークを含み得る。たとえば、ネットワークは、インターネットプロトコル（ＩＰ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）、ＰＳＴＮ、ＩＰ、Ｘ．２５、もしくはフレームリレーに基づくパケット交換ネットワーク、または他の匹敵する技術に基づくネットワークを含んでもよく、たとえば、ＶｏＩＰ、もしくは音声通信に使用される他の匹敵するプロトコルを使用して音声をサポートしてもよい。ネットワークは、ワイヤレスデータチャネルおよびワイヤレス音声チャネルを含む１つまたは複数のネットワークを含み得る。ネットワークは、ワイヤレスネットワーク、ブロードバンドネットワーク、またはワイヤレスネットワークとブロードバンドネットワークとを含むネットワークの組合せであってもよい。

いくつかの実装形態において、データ通信リンク１０６は、ネットワーク上のワイヤレス接続、たとえば、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ、ＺｉｇＢｅｅｅ、Ｚ−ｗａｖｅ、または近距離無線通信プロトコルのための別の方法を用いたワイヤレス接続であり、ユーザデバイス１０４および光焼結デバイス１０２はワイヤレス接続を介して通信する。

光焼結アプリケーション１０８は、ユーザデバイス１０４上にホストされたアプリケーションとして図１に示されている。いくつかの実装形態において、光焼結アプリケーション１０８によって実行される計算の一部または全部は、ネットワーク上でユーザデバイス１０４および／または光焼結デバイス１０２とデータ通信しているリモートサーバ上でホストされ得る。

光焼結アプリケーション１０８は、グリッド生成器１１６、部分領域露光決定器１１８、および露光インストラクション生成器１２０を含むことができる。図１では、グリッド生成器１１６、部分領域露光決定器１１８、および露光インストラクション生成器１２０として示されているけれども、グリッド生成器１１６、部分領域露光決定器１１８、および露光インストラクション生成器１２０の各々を参照しつつ本明細書において説明されている動作は、１つまたは複数のプロセッサを備えるより多くの、またはより少ないモジュールによって実行され得る。

グリッド生成器１１６は、入力として、焼結領域１０７に関係する光焼結領域データ１２２を受信する。光焼結領域データ１２２は、焼結領域１０７の画像１２４、光焼結領域の寸法１２６、および焼結領域１０７に対する近接センサ１０３の初期アライメントを含む。

いくつかの実装形態において、光焼結領域データ１２２は、焼結領域１０７の組成データを含み、組成データは、たとえば、焼結領域１０７の１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、たとえば、焼結領域１０７の１つまたは複数のペイントされた層の寸法１２６、層厚さ、および／または焼結領域１０７の１つまたは複数のペイントされた層の材料組成を含み得る。ペイントされた層は、図４および図５を参照しつつ以下でさらに詳細に説明される。

いくつかの実装形態において、光焼結領域データ１２２は、光焼結デバイス１０２の特性、たとえば、露光ビーム１２８の特性を含む。露光ビーム１２８は、関連するビームスポットサイズおよびビーム強度プロファイルを有することができる。他の特性は、利用可能な光源強度の範囲、光源の閃光間の充電時間の長さ、たとえば、フラッシュランプの場合、光源の波長を含むことができる。

グリッド生成器１１６は、出力として、光焼結領域データ１２２に一部基づき、焼結領域１０７のグリッド１３０を生成する。グリッド１３０は、焼結領域１０７を複数の部分領域１３２に分割し、各部分領域１３２は、焼結領域１０７の領域全体のうちのわずかな領域である。複数の部分領域の各部分領域１３２は、それぞれの部分領域寸法１２７、たとえば、幅Ｗ’および長さＬ’を有する。グリッド１３０内のそれぞれの場所および各部分領域１３２の部分領域寸法１２７は、光焼結デバイスの特性、たとえば、光焼結デバイス１０２に利用可能な露光エネルギーの範囲、光焼結デバイス１０２のための高エネルギー光源の解像度、または光焼結デバイス１０２のエネルギー出力に影響を及ぼし得る他の特性に依存し得る。グリッド生成器１１６によるグリッド１３０の生成に関係するさらなる詳細は、以下の図３の説明に含まれる。長方形の部分領域は、例として提示されているが、他の任意の適切な形状も部分領域を定義するために使用できることに留意されたい。

部分領域露光決定器１１８は、入力として、焼結領域１０７に施されたグリッド１３０および光焼結デバイス１０２の位置データ１３４を受信する。位置データ１３４は、焼結領域１０７に対する光焼結デバイス１０２の相対的位置を含む。位置データ１３４は、データ通信リンクを介して近接センサ１０３によって光焼結アプリケーション１０８に提供され得る。位置データは、たとえば、焼結領域１０７の表面に対する光焼結デバイス１０２の傾き／傾斜を含むことができる。たとえば、近接センサ１０３は、光焼結デバイスが焼結領域１０７の表面に対して平行にならないように光焼結デバイスが配向されていることを検出することができる。

いくつかの実装形態において、位置データ１３４は、焼結領域１０７の１つまたは複数のエッジに対する光焼結デバイス１０２の配向を含むことができる。たとえば、近接センサ１０３は、焼結領域１０７の表面と焼結領域１０７ではない表面、たとえば、むき出しの基材との間の、たとえば反射率の違いによる材料組成の差を検出することができる。近接センサ１０３からのエッジ場所情報は、焼結領域１０７に対する光焼結デバイス１０２の相対位置を決定するために光焼結アプリケーション１０８によって使用され得る。

いくつかの実装形態において、位置データ１３４は、焼結領域１０７のキャプチャされたリアルタイム画像１３４を含むことができ、光焼結デバイス１０２の少なくとも一部は、カメラ１１２の視野１１４内でキャプチャされる。光焼結アプリケーション１０８は、焼結領域１０７に対する光焼結デバイス１０２の位置に基づき、画像１３４においてキャプチャされたように、グリッド１３０に対する光焼結デバイス１０２の場所を決定することができる。リアルタイム画像１３４から導出された位置データ１３４は、光焼結デバイス１０２と焼結領域１０７の表面との間の距離を決定するために、近接センサ１０３からの近接データと組み合わせて利用することができる。

いくつかの実装形態において、部分領域露光決定器１１８は、ペイントされた回路データ１３６のデータベースにアクセスすることができる。ペイントされた回路データ１３６は、ペイントされた回路に関係する作製情報および構造情報、たとえば、層組成、層厚さ、積層構造、および同様のものを含む。ペイントされた回路データ１３６は、複数の異なるペイントされた回路、たとえば、ソーラーのペイントされた回路、電池のペイントされた回路、発光ダイオードのペイントされた回路、および同様のものなどに関係する作製情報および構造情報を含むことができる。ペイントされた回路データ１３６内の各ペイントされた回路は、ペイントされた回路の各層のペイント、ペイントされた回路の各層のアニーリングおよび／または焼結などのステップバイステップのインストラクションを含む、特定のペイントされた回路を作製するためのそれぞれの情報を含むことができる。ペイントされた回路の作製に関するより詳細な情報は、以下の図４および図５への参照とともに含まれる。

部分領域露光決定器１１８は、出力として、焼結領域１０７の各部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーを生成することができる。各部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、光焼結デバイス１０２の位置データ１３４、複数の部分領域１３２を含むグリッド１３０、および焼結領域１０７の各部分領域に対する焼結要件に一部基づき生成され得る。焼結領域１０７の各部分領域に対する焼結要件は、一組の望ましい特性、たとえば、電気的特性、構造的特性、または同様のものを達成するために、焼結領域１０７の部分領域の層を焼結するのに必要なエネルギーの累積量を含む。焼結要件は、それに加えて、部分領域の層において焼結プロセスを誘導するために必要であるエネルギーの最小閾値量を含む。言い換えると、部分領域のペイントされた層のナノ粒子が高密度化および粒成長のプロセスを受けるように部分領域のペイントされた層の運動エネルギー、たとえば温度を高くするのに必要なエネルギー量。いくつかの実装形態において、エネルギーの最小閾値は、特定の層に対する固体の形成のエンタルピーに打ち勝つのに必要なエネルギーを十分に超えるエネルギーの量である。

部分領域露光決定器１１８は、焼結領域１０７に施されたグリッド１３０に一部基づき部分領域１３２の寸法、たとえば、長方形の面積を決定することができる。光焼結デバイスの位置データ１３４は、焼結領域１０７の表面から光焼結デバイス１０２までの距離であり、これは露光に対する焼結領域１０７の表面におけるエネルギー密度、たとえば、光焼結デバイス１０２によって露光領域１４１に送達される露光エネルギーを決定するために使用することができ、これは、たとえば、露光領域１４１の相対的サイズと部分領域１３２の面積とに一部基づき、部分領域１３２を焼結するのに必要な光焼結デバイス１０２の露光回数を決定するために部分領域露光決定器１１８によって使用され得る。

いくつかの実装形態において、部分領域露光決定器１１８は、焼結領域１０７の組成データに一部基づき焼結領域１０７に対する累積焼結エネルギーを決定することができる。累積焼結エネルギーは、一組の所望の特性、たとえば、電気的特性、構造的特性、または同様のものを達成するために焼結領域１０７の１つまたは複数のペイントされた層を焼結するのに必要なエネルギー量に対応する。たとえば、累積焼結エネルギーは、ペイントされた層内の最小サイズの粒径およびペイントされた層の最小導電率を達成するために１つまたは複数のペイントされた層を焼結するのに必要なエネルギー量に対応するものとしてよい。部分領域露出決定器１１８は、焼結エリア１０７の累積焼結エネルギーを使用して、たとえば、焼結エリア１０７の面積と比較した部分領域１３２の相対的面積に基づき焼結エリア１０７の特定の部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーを決定することができる。

いくつかの実装形態において、グリッド１３０の各部分領域１３２は、たとえば、所望の特性を達成するために部分領域を焼結するのに必要な累積エネルギー量が、光焼結デバイス１０２の高エネルギー光源の最大エネルギー出力を超える場合に、複数回の露光を必要とする。部分領域露光決定器１１８に関連するさらなる詳細は、図２および図３を参照して以下に示される。

露光インストラクション生成器１２０は、入力として、部分領域１３２に対する部分焼結エネルギー、部分領域１３２の寸法、および部分領域１３２の場所を含む、焼結領域１０７の各部分領域１３２に対する露光要求を受信する。露光インストラクション生成器１２０は、出力として、露光エネルギー、露光時間、露光のトリガ、および同様のものを含む、光焼結デバイス１０２に対するインストラクションを生成する。

いくつかの実装形態において、露光インストラクション生成器１２０は、光焼結デバイス１０２の露光ビーム１２８が特定の露光領域１４１に対して正しい場所および配向で配向されるように光焼結デバイス１０２を位置決めするようにユーザをガイドするための指示を、アプリケーション環境１１０を通じてユーザデバイス１０４のユーザに提供する。

いくつかの実装形態において、アプリケーション環境１１０を通じてユーザデバイス１０４のユーザに提供される指示は、アプリケーション環境１１０内のアライメントキュー１４２を含むことができる。アライメントキュー１４２は、配向、たとえば、傾き／傾斜、回転など、および位置、たとえば、左／右、上／下を含み、これらは視覚ベース、テキストベース、および／または音声ベースである。一例では、アライメントキュー１４０は、図１に示されているようなものであり、オーバーラップする円１４４の相対運動は、光焼結デバイス１０２が焼結領域１０７の表面に対して水平であるかどうかを指示することができる。別の例では、アライメントキュー１４０は、「光焼結デバイスを光焼結領域に近づけてください」というテキストキューであってよい。さらに別の例では、アライメントキュー１４０は、音声ベースのキューであってよく、たとえば、ユーザデバイス１０４の内部スピーカを通じて送出され得る。音声ベースのキューは、口語対話、たとえば「光焼結デバイスをあなたの左に移動してください」、または非対話ベースのキュー、たとえば、光焼結デバイスが適切にアライメントされとともに周波数が高くなってゆく一連のビープ音であってもよい。

いくつかの実施形態では、アプリケーション環境１１０を通じてユーザデバイス１０４のユーザに提供される指示は、ユーザが光焼結デバイス１０２の位置を調整するためのたとえばパンニング動作における矢印、オーバーラップするターゲット、または他のアライメントキュー１４２を含む焼結領域１０７のパノラマビューまたは広角走査ビューを含み得る。

図１に関してユーザがたとえばそれぞれのデバイスを手に持つことによって、位置を制御しているユーザデバイス１０４および光焼結デバイス１０２を含む光焼結システム１０１として説明されているけれども、光焼結システム１０１の他の実装形態も可能である。

たとえば、光焼結システム１０１は、たとえば、ロールツーロール方式の製造プロセスの一部として、工場環境に配備され得る。ロールツーロール製造プロセスでは、光焼結システム１０１を使用して焼結されるべき材料のロールは、最初に、幅および長さの主面積単位に分割されるものとしてよく、幅は材料のロールの幅に依存し、長さは光焼結システム内に配備されている多数の光焼結デバイス１０２によって決定され得る。主面積単位は、上で説明されているように焼結領域１０７として定義することができ、これは、その後、グリッド１３０を使用して複数の部分領域１３２に分割される。

いくつかの実装形態において、光焼結システムは、単一または複数のユーザデバイス上で光焼結アプリケーションを使用して制御できる複数の光焼結デバイス１０２を備える。ユーザデバイスは、それに加えて、コンピュータまたは他の処理デバイスであってよく、カメラ１１２は、ユーザデバイス１０４とデータ通信する外部カメラであってよい。

いくつかの実装形態において、位置情報、たとえば、特定の部分領域１３２の表面に対する光焼結デバイス１０２の位置を指示することは、特定の部分領域１３２に対する光焼結デバイス１０２の相対的位置を制御する自動制御デバイスに、たとえば、サーボモータおよび機械的レールシステムを使用して、特定の部分領域１３２に対する光焼結デバイス１０２の配向を変化させるインストラクションを伝送することを含む。一例において、自動化デバイスは、コンピュータ制御された自動位置決めおよびアライメントシステムの一部である。

いくつかの実装形態において、位置情報、たとえば、特定の部分領域１３２の表面に対する光焼結デバイス１０２の位置を指示することは、複数の噴霧器、乾燥器、および光焼結デバイス、たとえば、複数のフラッシュランプを備える、またはペイントされた回路の各ペイントされた層に対する複数のリールツーリールサブシステムを備える、リールツーリール作製システムの動作を制御する自動制御デバイスにインストラクションを伝送することを含み、各リールツーリールサブシステムはそれぞれの光焼結デバイスを備える。

光焼結デバイスの動作例
図２は、焼結領域２０４に施される例示的なグリッド２０２のブロック図２００である。グリッド２０２は、焼結領域２０４を複数の部分領域２０６に分割する。一例において、グリッド２０２は、焼結領域２０４を１ミリ分解能のグリッドに分割し、各部分領域２０６は１ｍｍ×１ｍｍの寸法である。いくつかの実装形態において、光焼結デバイスの露光ビームの露光領域２０８は、分散ビームプロファイル、たとえば、ガウス分布または同様のものを有することができる。分散ビームプロファイルは、露光領域２０８の中心点からの距離に応じて強度が減少する不均一なビーム強度を有することができる。不均一なビーム強度は、結果として、焼結領域２０２上の光焼結デバイスの露光ごとに、高エネルギー露光の領域と、低エネルギー露光の、たとえば、露光領域２０８の端部における、領域とを生じ得る。一例では、図２に示されているように、露光領域２０８は、部分領域２０７とオーバーラップする高エネルギー露光領域２１０と、複数の他の部分領域、たとえば、オーバーラップする部分領域２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃとオーバーラップする低エネルギー露光領域２１２とを含む。

光焼結アプリケーション１０８は、露光領域２０８と隣接する部分領域２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃとの間にオーバーラップがあることによる低エネルギー露光２１２を含む各部分領域２０６に対するエネルギー露光量を追跡して、各部分領域におけるエネルギー露光の累積量を計算することができる。各部分領域における露光の総量を決定するために、露光領域、たとえば、２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃにおいて焼結プロセスを誘発するのに必要なエネルギーの最小閾値量を超えていると決定されるオーバーラップに起因するより低いエネルギー露光２１２が追跡される。

光焼結アプリケーション１０８による各部分領域に対するエネルギー露光の量を追跡することは、露光ごとに、部分領域２０６のグリッド２０２に対する露光エリア２０８の場所を使用して、露光される特定の部分領域２０７に隣接しているためオーバーラップ露光２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃを受ける部分領域２０６を含む、各部分領域２０６が受けたエネルギー露光の量を記録することを含むことができる。

光焼結アプリケーション１０８は、部分領域２０７にわたって印加される焼結エネルギーの量およびプロファイル、たとえば、露光時間の長さ、露光最小エネルギー、露光最大エネルギー、露光累積エネルギーなどを追跡することができる。光焼結アプリケーション１０８は、各部分領域について部分領域２０７に対する露光量および露光場所（たとえば、部分領域２０６の領域の全面露光または部分露光）を記録することができる。各部分領域におけるエネルギー露光の累積量は、焼結プロセスの複数回の露光にわたって足し合わされ得る。

Σ（（Ｅ_ｉ−Ｅ_０）＊ｎ）＞（ΔＨ_Ｎ−ΔＨ_Ｓ） （１）

ここで、Ｅ_ｉは露光のエネルギーであり、Ｅ_０は焼結プロセスを誘発するのに必要な最小閾値エネルギーであり、ｎは閃光回数であり、ΔＨ_Ｎは部分領域の初期ナノ粒子のペイントされた層のエンタルピーであり、ΔＨ_Ｓは同じ数の総分子を有する部分領域の完全に高密度化されたペイントされた層のエンタルピーである。

いくつかの場合において、特定の部分領域２０６は、すべての露光おいて露光されない、たとえば、焼結エリア２０４の１つのエッジ上のエッジ部分領域は、焼結エリア２０４の反対側のエッジ上の別のエッジ部分領域が露光されたときに露光されない。いくつかの場合において、特定の部分領域２０６は、部分領域２０６の一部または全部にわたってより低いエネルギー露光を受けることができ、より低いエネルギー露光は、より低いエネルギー露光が無視され得るような焼結プロセスを誘発するのに必要なエネルギーの最小閾値量未満である。たとえば、特定の部分領域は、１４０Ｊ／ｍｍ^２の最小閾値必要エネルギー量を有することができ、３１０Ｊ／ｍｍ^２の特定の部分領域に対する露光エネルギーの累積量に対して、焼結プロセスにおける全部で３回の露光について、以下２０Ｊ／ｍｍ^２、１５０Ｊ／ｍｍ^２、および１６０Ｊ／ｍｍ^２を受けるものとしてよい。

いくつかの状況において、一組の望ましい特性、たとえば、ペイント層の特定の材料組成を達成するために特定の部分領域を焼結するのに必要な露光エネルギーの量は、光焼結デバイスの閃光のエネルギー出力を超える。これらの状況において、部分領域露光決定器１１８は、部分領域１３２を焼結するために、部分領域１３２の光焼結デバイス１０２による複数回の露光、たとえば、２回の露光が必要とされ得ることを決定することができる。たとえば、特定の部分領域を焼結するためのエネルギーの閾値量は７０Ｊ／ｍｍ^２であり、部分領域内のペイントされた層の所望の粒成長および高密度化を達成するために必要な露光エネルギー量は１５０Ｊ／ｍｍ^２の累積エネルギー量であってよく、部分領域の表面からの特定の距離における光焼結デバイスのエネルギー出力は７５Ｊ／ｍｍ^２である。この例では、部分領域を焼結するために、２回の露光、たとえば、フラッシュランプの２回の閃光または高エネルギーＬＥＤの２回のパルスが必要である。

一組の望ましい特性、たとえば、粒成長および高密度化の量ならびに／または電気的特性を達成するために部分領域１３２を焼結する累積露光エネルギーの特定の量は、光焼結デバイスによってもたらされる単一の露光エネルギーより、たとえば、光焼結デバイスが部分領域の表面から特定の距離に配置されたときに光焼結デバイスのランプの特定の光強度出力で供給されるエネルギーより少なくてよい。いくつかの実装形態において、フィルタ、たとえば、減光フィルタの使用を通じてのビーム減衰は、エネルギー出力を減少させて適切な露光量を達成するために使用することができる。エネルギー出力は、それに加えて、光焼結デバイスと部分領域の表面との間の距離を大きくすることによって減少させることができ、それによって部分領域の表面上のビームの強度を下げることができる。代替的に、またはそれに加えて、露光のパルスもしくは持続時間またはビーム強度は、部分領域に照射される全光焼結エネルギーの量を減らすように低減され得る。

いくつかの実装形態において、部分領域１３２の表面での露光エネルギーは、光焼結デバイスを部分領域の表面からさらに離れる距離に移動することによって減衰される。光焼結デバイスと部分領域の表面との間の距離を調整することで、結果として、隣接する部分領域のオーバーラップ露光、たとえば、２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃがさらに生じ得る。オーバーラップ露光のエネルギーが加わることで、オーバーラップ露光によって影響を受ける隣接する部分領域の各々に対してそれぞれの露光の回数および／またはエネルギーの再計算が生じ得る。いくつかの場合において、再計算において、特定の隣接部分領域を中心とする露光の回数を減らすことによって、オーバーラップ露光による特定の隣接する部分領域のより低いエネルギー露光を考慮することができ、より低いエネルギー露光は、隣接する部分領域を焼結するのに必要なエネルギーの最小閾値を超える。たとえば、隣接する部分領域は、１０Ｊ／ｍｍ^２の隣接する部分領域を焼結するのに必要なエネルギーの最小閾値より大きい１５Ｊ／ｍｍ^２のオーバーラップ露光エネルギーを受け、隣接する部分領域の材料を焼結して十分に電気的および構造的に連続する層を形成するために１００Ｊ／ｍｍ^２の露光エネルギーの累積量を必要とする。８５Ｊ／ｍｍ^２の露光焼結エネルギーは、８５Ｊ／ｍｍ^２の露光焼結エネルギーの露光領域２０８が隣接する部分領域の中心に位置する、たとえば、隣接する部分領域の中心点上にアライメントされている隣接する部分領域について決定される。

いくつかの実装形態において、光焼結アプリケーション１０８によって、光焼結デバイス１０２による露光シーケンスを焼結領域２０２の複数の部分領域２０６上で最適化する反復プロセスが実行され、それにより、露光シーケンスを通して各部分領域２０２を焼結するのに必要な部分露光エネルギーを送出する。露光シーケンスの最適化は、焼結プロセスを開始する前に、たとえば、シミュレーション環境を使用して実行することができる。

いくつかの実装形態において、複数の部分領域の各部分領域を焼結するための複数回の露光からなる露光シーケンスは、複数の部分領域の部分領域ごとに異なる。たとえば、焼結領域２０４に対して中心位置にある焼結領域２０４の複数の部分領域のうちの第１の部分領域は、６０Ｊ／ｍｍ^２の強度の２回の露光を受けることができるが、部分領域の一部にわたって一定量のオーバーラップ露光を受けた、隣接する部分領域は、以前に露光したオーバーラップ領域を回避する部分領域の一部にわたって、部分領域を焼結するために、最小閾値量、たとえば、１５Ｊ／ｍｍ^２をいぜんとして超えている、光源強度６０Ｊ／ｍｍ^２を有する１回の露光と、３０Ｊ／ｍｍ^２のより低い光源強度の１回の露光を受けることになる。光焼結アプリケーション１０８は、以下の図３を参照しつつさらに詳細に説明されているように、部分領域露光の最適化を実行するためにＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ方式を利用することができる。

いくつかの実装形態において、光源のパルスは、光焼結アプリケーション１０８が、光焼結デバイスによって焼結領域１０７に供給されるパルスの散逸または熱拡散の速度を決定するために焼結領域の層の熱伝導率を追跡するように、十分に長い、たとえば、数マイクロ秒を超える長さである。たとえば、連続モードまたは連続に近いモードで動作する高エネルギー光源の場合、光焼結アプリケーション１０８は、焼結領域１０７に供給される焼結エネルギーの累積量を計算するために焼結領域の層内の熱エネルギー散逸の速度を追加的に追跡し考慮する。

図３は、光焼結システムのための例示的なプロセス３００の流れ図である。焼結領域３０２の画像が取得される（３０２）。焼結領域１０７の画像１２４は、たとえば、ユーザデバイス１０４のカメラ１１２によって、ユーザデバイス１０４のユーザによってキャプチャされ得る。いくつかの実装形態において、光焼結アプリケーション１０８は、焼結領域１０７の画像１２４をキャプチャするためのアプリケーション環境１１０を通じてユーザにガイダンスを提供することができる。たとえば、アプリケーション環境１１０は、焼結領域１０７を画像１２４にキャプチャするためにユーザがカメラ１１２をどのように位置決めすべきかを示すアウトラインおよび／またはアライメントマークを含むことができる。

いくつかの実装形態において、焼結領域１０７の寸法１２６、たとえば、焼結領域１０７の長さＬおよび幅Ｗは、ユーザによって与えられる。ユーザは、寸法の単位、たとえば、インチ、センチメートルなどを指定してよい。光焼結アプリケーション１０８は、アプリケーション環境１１０を通じて１つまたは複数の寸法１２６を入力することをユーザに問い合わせるものとしてよく、この問い合わせは、焼結領域１０７の画像１２４のアップロードに応答するものである。

焼結領域のグリッドが生成され、これは焼結領域に対する複数の部分領域を含み、各部分領域は、長さおよび幅ならびに焼結領域内のそれぞれの位置によって画成される（３０４）。グリッド生成器１１６は、焼結領域１０７の画像１２４および寸法１２６を含む光焼結データ１２２を使用してグリッド１３０を生成することができる。いくつかの実装形態において、グリッドの複数の部分領域の各部分領域１３２は、同じ部分領域寸法１２７、たとえば、Ｗ’およびＬ’を有する。

いくつかの実装形態において、焼結領域の特徴は、画像１２４から決定することができ、グリッド１３０のアライメントポイントとして使用することができる。焼結領域の特徴は、たとえば、ペイントされた回路の１つまたは複数のペイント層の不均一性、ペイントされた回路の箔底接触層上のアライメントマーク、アライメントポイントとして使用されるべきペイントされた層上にユーザによって作られたアライメントマークなどを含むことができる。光焼結アプリケーション１０８は、焼結領域内の複数の特徴を決定し、それらの特徴を使用して、グリッド１３０の複数の部分領域の各部分領域１３２の相対的場所を決定することができる。たとえば、特定の部分領域は、特定の部分領域の左上隅に特徴、たとえば、表面粗さを有すると決定され得る。光焼結システム１０８は、識別された表面粗さを利用して、グリッド１３０内の特定の部分領域１３２の位置を決定することができる。別の例では、特徴は、グリッド１３０の部分領域１３２の場所を識別するために光焼結システム１０８によってアライメントポイントとして利用され得るハッシュマークである。

いくつかの実装形態において、複数の部分領域の各部分領域の組成データが得られ、組成データは、部分領域の寸法１２７、たとえば、Ｗ’およびＬ’、部分領域１３２の１つまたは複数のペイントされた層の層厚さ、および部分領域１３２の１つまたは複数のペイントされた層の材料組成を含むことができる。一例において、焼結領域１０７内の隣接する部分領域は、異なる組成データを有することができ、第１の部分領域は、第１の一組の寸法１２７を有することができ、第１の部分領域に隣接する第２の部分領域は、第２の一組の寸法１２７を有することができる。別の例では、２つの隣接する部分領域の間の異なる組成データは、それぞれの部分領域の１つまたは複数のペイントされた層の違いであってよく、たとえば、第１の部分領域は組成Ｘの３つのペイントされた層を含み、第２の部分領域は組成Ｘの３つのペイントされた層と組成Ｙの１つのペイントされた層とを含む。

複数の部分領域のうちの各特定の部分領域について、光焼結システムは、焼結プロセスのための最適化された一組の露光に到達するまで、特定の部分領域についてそれぞれの部分焼結エネルギーが決定されるプロセス（３０８）を繰り返す（３０６）。部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、一部は、部分領域の組成データ、たとえば、部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の材料組成、部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、ならびに／または部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の層厚さに依存し得る。

部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、部分領域の１つまたは複数の層を焼結するのに必要なエネルギーである。部分焼結エネルギーは、一組の特性を達成するために、たとえば、部分領域の１つまたは複数の層をアニーリングし、可能な限り低い表面エネルギーを有する高密度化および粒成長を促進することによって電子的に独立したナノ粒子の薄膜の化学構造を無定形固体に変化させるために、必要なエネルギーの量である。一例では、部分領域１３２は、酸化銅（ＣｕＯ）ナノ粒子の層を含み、部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、ＣｕＯナノ粒子を焼結して電気的および／または物理的に完全な層を形成するのに必要な光焼結エネルギーに対応する。別の例では、部分領域１３２は、ＣｕＯナノ粒子の層、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ナノ粒子の層、光増感色素化合物の層、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）ナノ粒子またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）ナノ粒子の層を含む複数の層を含み、部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、これらの層を焼結して各々電気的および／または物理的に完全な層を形成するのに必要な光焼結エネルギーに対応する。

いくつかの実装形態において、部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは、データベースからのペイント回路データ１３６に基づき決定され得る。ユーザは、ペイントされた回路内の１つまたは複数のペイントされた層を含む特定のペイントされた回路に関係する情報を提供することができ、光焼結システム１０８は、ペイントされた回路データベース１３６を使用して部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーを決定することができる。たとえば、ユーザは、焼結領域１０７が二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ナノ粒子の層を含むペイントされた回路であることを指示することができる。光焼結システム１０８は、提供された層組成に基づいて、データベースからのペイントされた回路データ１３６を使用して、ＴｉＯ_２ナノ粒子を焼結して電気的に連続したＴｉＯ_２層を形成するのに必要な特定の累積露光エネルギーを決定することができる。

特定の部分領域１３２に対して光焼結デバイス１０２をどのように位置決めするかの指示が提供される（３１０）。位置情報の指示は、ユーザデバイス１０４上のアプリケーション環境１１０内の表示を介してユーザに提示され得る。指示は、たとえば、図１を参照しつつ上で説明されているようにアライメントキュー１４０であってよい。

いくつかの実装形態において、アライメントキュー１４０は、焼結されるべき特定の部分領域１３２の視覚的な指示のアウトラインを示す、強調表示する、または他の何らかの形で提供することを含むことができる。矢印または他の方向指示手段は、特定の部分領域に対して光焼結デバイス１０２を位置決めするようにユーザに導くために、アプリケーション環境１１０内で焼結領域１０７の現在のビューを示す画像１２４に重ねて示され得る。

光焼結デバイスに対する現在の位置情報が得られる（３１２）。位置データ１３４は、光焼結デバイス１０２上の近接センサ１０３からのアライメントおよび配向情報を含むことができる。一例では、光焼結デバイスに対する現在の位置情報は、焼結領域１０７の１つまたは複数のエッジに対する光焼結デバイス１０２の場所、焼結領域１０７の表面から光焼結デバイス１０２までの距離、焼結領域１０７の表面に対する光焼結デバイス１０２の傾き／傾斜などを含む。別の例では、光焼結デバイス１０２の現在の位置情報は、カメラ１１２の視野１１４内で光焼結デバイス１０２の少なくとも一部を含むカメラ１１２によってキャプチャされた焼結領域１０７のリアルタイム画像１３４を含む。さらに別の例では、光焼結デバイス１０２の現在の位置情報は、基材上の１つまたは複数のペイントされた層を含む焼結領域１０７の１つまたは複数の画像をキャプチャすることを含む。

光焼結システム１０８は、光焼結デバイスをどのように位置決めするかを示す指示に従って光焼結デバイスが特定の部分領域に対して位置決めされることを現在の位置情報が指示することを決定する（３１４）。光焼結システム１０８は、位置データ１３４とグリッド１３０とに基づき、光焼結デバイス１０２が特定の部分領域１３２を露光させるための正しい位置にあることを決定することができる。一実施例では、指示に従って光焼結デバイスが特定の部分領域１３２に対して位置決めされていることを現在の位置情報が指示すると決定することは、光焼結デバイス１０２上の近接センサ１０３からの近接データに基づき、光焼結デバイス１０２が特定の部分領域１３２に対して平行であることを決定することを含む。

いくつかの実装形態において、反復プロセスが実行されるものとしてよく、これにより、光焼結デバイス１０２に対する現在の位置情報が取得され、光焼結デバイス１０２が正しい位置にあると決定されるまで、光焼結デバイス１０２をどのように位置決めするかを示す後続の指示が現在の位置情報に応答して提供される。

特定の部分領域に対する露光焼結エネルギーは、特定の部分領域に対する部分焼結エネルギーと、特定の部分領域に以前に照射された焼結エネルギーの累積量との間の差に一部基づき決定される（３１６）。図２を参照しつつ上で説明されているように、特定の部分領域は、隣接する部分領域（たとえば、部分領域２０７）の露光に起因するオーバーラップ露出（たとえば、オーバーラップ２０９ａ）によって部分的または完全に露光され得る。光焼結システム１０８は、たとえば、部分領域は部分領域の材料を焼結するために複数回の露光を必要とし、各露光は部分領域に対する焼結プロセスを引き起こすための最小閾値露光エネルギーを超える場合に、隣接する部分領域からのオーバーラップ露光、さらには特定の部分領域の以前の露光、によって特定の部分領域に以前に照射された焼結エネルギーの累積量を決定することができる。たとえば、部分領域１３２に対する部分焼結エネルギーは１５０Ｊ／ｍｍ^２であり、以前に照射された焼結エネルギーの累積量は１００Ｊ／ｍｍ^２であり、最小閾値エネルギーは６０Ｊ／ｍｍ^２である。したがって、露光焼結エネルギーは、６０Ｊ／ｍｍ^２の最小閾値エネルギーを超え少なくとも焼結エネルギーの累積量に達するために、露光に対して６０Ｊ／ｍｍ^２となる。

光焼結デバイスを位置決めする仕方の指示に従って特定の部分領域への露光焼結エネルギーの露光が開始される（３１８）。光焼結デバイス１０２が指示された位置にあると決定される、たとえば、部分領域の表面の特定の距離内にあり、部分領域の表面と平行に配向されていると決定された後、トリガ信号が光焼結アプリケーション１０８によって光焼結デバイス１０２に送信される。トリガ信号は、部分領域１３２を露光するように光焼結デバイスに指令を送ることができる。部分領域の露光は、露光焼結エネルギーに応じて、たとえば、フラッシュランプ光源の閃光、または特定の持続時間の間の光源のパルスであり得る。

光焼結システム１０１が複数の光焼結デバイス１０２を備える実施形態では、工場環境内の実施形態で上で説明されているように、複数の光焼結デバイス１０２は、同時にまたは順次開始され得る。

いくつかの実装形態において、トリガ信号は、光焼結デバイス１０２が正しく位置決めされているとシステムが決定したときに光焼結システム１０８によって生成される。たとえば、光焼結デバイス１０２は、デバイスが正しく位置決めされた後、部分領域を自動的に露光することができる。

いくつかの実装形態において、トリガ信号は、ユーザデバイス１０４のユーザによって手動で生成され得るか、または光焼結アプリケーション１０８のアプリケーション環境１１０を通じてユーザフィードバックを要求し得る。たとえば、ユーザデバイス１０４のユーザが光焼結システム１０１の「エキスパート」または「手動制御」モードで動作している場合、ユーザは、部分領域１３２を露光させるためにトリガ信号を光焼結デバイス１０３に手動で提供し得る。

いくつかの実装形態において、特定の一組の寸法１２６、たとえば、基本単位幅および基本単位長を有する焼結領域１０７に対して基本単位領域が決定される。焼結されるべき領域、たとえば、ロールツーロールプロセスのための領域は、光焼結システム１０１によって処理される複数の焼結領域１０７が存在するように基本単位よりも大きくすることができる。一例では、基本単位寸法を超える寸法を有する大面積のペイントされた回路は光焼結システム１０１によって処理される。大面積のペイントされた回路は、２つまたはそれ以上の基本単位に分割され、各基本単位は、上記の図３に定義された焼結プロセスに従って焼結される。大面積のペイントされた回路は、基本単位に均等に分割されていなくてもよく、部分基本単位は、部分基本単位領域の特定の寸法１２６を使用して光焼結システム１０１によって処理され得る。

いくつかの実装形態において、図３を参照しつつ説明されているプロセスは、ペイント回路を作製するための複数の他のサブプロセスのサブプロセスである。図４および図５を参照しつつ以下に説明されているように、図３の光焼結プロセスは、焼結プロセスを含むペイントされた回路を作製するための作製プロセス、たとえば、ペイントされた太陽電池を作製するための作製プロセスに組み込まれ得る。

一実施形態において、システムは、ユーザデバイス１０４のユーザが、光焼結システムの様々な態様、たとえば、光焼結デバイス１０２のトリガ、部分焼結エネルギーの露光値の決定、焼結領域１０７に対する層構造の指定、または同様のものを手動で制御することを可能にする「エキスパートモード」または「デバッグ」モードで動作することができる。一例では、ユーザデバイス１０４のユーザは、露光データ１３８を部分領域露光決定器１１８に提供することができる。ユーザ提供露光データ１３８は、露光エネルギー情報、たとえば、光焼結領域を焼結するのに必要なエネルギーの量、焼結領域１０７に対する層情報、および同様のものを含むことができる。

ソーラーペイント配合剤を生産するための例示的プロセス
図５を参照しつつ以下に説明されているソーラーペイント回路５００を含むソーラーペイント回路は、ソーラーペイントの複数の層を含む。ソーラーペイントは、特定のソーラーペイントを塗布されたソーラーペイント層に異なる電気的（たとえば、抵抗性／導電性）、反応性（たとえば、光反応性）、誘電性（たとえば、電圧破壊）、および物理的特性（たとえば、粘度）を与えるように選択された様々な配合を含むことができる。いくつかの実装形態において、ペイント配合剤は水性であり、水、溶媒（たとえば、エタノール）、および／または乳化剤を含む。

いくつかの実装形態において、ペイント配合剤は、溶液（たとえば、エタノール、脱イオン水、および界面活性剤）中に分散されたナノ粒子（たとえば、金属または半導体ナノ粒子）を含む。

ソーラーペイントの実装形態は、導電ペイント（たとえば、ｎ型電子伝導ペイント層およびｐ型正孔伝導ペイント層の）を含む。導電ペイントは、溶液中に分散された１つまたは複数の導電性または半導体ナノ材料（たとえば、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子）を含む水性組成物であり得る。好適なナノ材料の例は、アルミニウムドープ酸化亜鉛ナノ粒子、酸化銅ナノ粒子、および炭素系ナノ材料（たとえば、カーボンナノチューブ）を含む。好適な溶液の例は、分散媒（たとえば、ベンゼンスルホン酸またはドデシル硫酸ナトリウム）を有する脱イオン水および変性アルコール（たとえば、変性エタノール）を含む。いくつかの実装形態において、導電性ナノ材料（たとえば、ナノ粒子）は、導電性ナノ材料を含む結果として得られる導電ペイントの透明性に一部基づき選択される。さらに、凝集を防止し、分散したナノ粒子の表面エネルギーを最小化し、ナノ粒子の分散を助け、透明性を改善するために、導電性ナノ材料を含む導電ペイントに、解膠剤（たとえば、ラウリルドデカスルフィドナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｌａｕｒｙｌ ｄｏｄｅｃａｓｕｌｆｉｄｅ）または炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウムのような塩基性塩）が添加され得る。

いくつかの実装形態において、導電ペイントは、塊状ナノ材料を砕くために超音波浴中で処理され、導電ペイント中にナノ材料を完全に分散させるために（たとえば、マイクロファイバー布を通して）濾過される。いくつかの実装形態において、導電ペイントは、ボールミル処理および／または高剪断混合を使用して分散されてもよい。いくつかの実装形態において、導電ペイントを調製して塗布するためにゾル−ゲルプロセスが使用されてよく、たとえば、ゾル−ゲルプロセスは、少なくとも外側透明導電層に使用することができる。

ソーラーペイント回路を生産するための例示的プロセス
図４は、ソーラーペイント回路をペイントするための例示的なプロセス４００の流れ図である。一般に、図４の流れ図に示されているように、プロセス４００に従って、ソーラーペイント回路（たとえば、ソーラーペイント回路５００）が作製され得る。４０２において、基材が提供される。基材は、金属、木材、石膏、布、または同様のものを含み得る。基材は、導電性をもたらすために、基本構造材料に貼り付けられたワイヤメッシュまたは箔をさらに含むことができる。４０４において、１つまたは複数のペイント層が基材の表面に塗布され、各ペイント層は導電ペイント配合剤を含む。いくつかの実装形態において、塗布された各ペイント層は、その後の層の塗布前に乾燥させられる。いくつかの実装形態において、各塗布されたペイント層は、その後の層の塗布の前に蒸発させられる１つまたは複数の溶媒を有する配合剤を含み得る。

導電ペイント配合剤を用いて塗布される導電ペイント層は、導電ペイント配合剤に含まれる導電性材料の抵抗率によって一部定められる抵抗を有する。たとえば、より高い抵抗率を有する第１の導電性材料（たとえば、導電性ナノ材料）を含む導電ペイント配合剤を使用して塗布された導電ペイント層は、より低い抵抗率を有する第２の異なる導電性材料を含む導電ペイント配合剤を使用して塗布された導電ペイント層よりも高い抵抗をもたらす。

いくつかの実装形態において、同じ導電ペイント配合剤の複数のコーティングが所望の厚さの層を形成するように施されてよく、この所望の厚さは、単一の塗布された層の厚さよりも大きい。同じ導電ペイントの各コーティングは、その後の層を塗布する前に乾燥させられ得る。

いくつかの実装形態において、基材（たとえば、アルミニウム箔）の１つまたは複数の寸法は、電荷移動度を最大化するように、および／またはソーラーペイント回路の製造を容易にするように（たとえば、ロールツーロール処理）に選択される。ペイント層は、ペイントの基材への付着性を改善し、基材表面で利用可能な電荷キャリアの数を最大化し、および／または塗布されたペイント層と接触する基材の表面積を増やすために、アルミニウム箔の粗面化された表面に塗布され得る。一例において、基材は、アルミニウム箔の薄細長片である。

いくつかの実装形態において、基材（たとえば、アルミニウム箔）の１つまたは複数の寸法は、ソーラーペイント回路（たとえば、太陽電池）効率に対するコストパーパワー出力を最適化するように選択される。「最適化」という言い回しは、ここでは、コストパーパワー出力が最小化される特定のシナリオに言及して使用されるが、他の「最適化」シナリオは、所望の結果（たとえば、低環境影響、材料の入手性、最小の製造ステップなど）に応じて可能であり得る。したがって、本明細書で使用される「最適化」、「最適」、または他の類似の言い回しの使用は、単一の最適な結果を指すものではない。

コストパーパワー出力に対して最適化され、太陽電池の選択された長さ（たとえば、製造プロセスまたは設置場所の寸法に基づき選択される）に対して最適化された太陽電池設計の一例において、太陽電池の幅は、次の手順を使用して決定され得る。この例では、これらの仕様により製造された太陽電池は一貫した周囲条件（たとえば、吸収可能光エネルギーの通常の量および光エネルギーのスペクトル分布）で使用されることが想定されている。また、シャント抵抗の主要な発生源が太陽電池の透明な外部導電層（たとえば、ｎ型電子伝導層）であること、たとえば、太陽電池を外部回路に接続する電極が高導電性であることも想定される。

幅に依存しない光変換効率は、太陽電池の長さに沿って一貫しており、太陽電池の片側に配置されている頂部シャント電極との電気的接触を含む太陽電池について、頂部シャント電極と平行な不透明バリアで太陽電池を覆い、太陽電池の単位露光表面積当たりの電力出力を測定することによって決定することができる。単位露光表面積当たりの電力出力を、表面積あたりの電力の単位（たとえば、１平方メートル当たりワット数）の入力エネルギー（Ｉ_ｉｎ）で割ると、太陽電池効率が得られる。幅に依存しない光変換効率（ｅ）は、各々異なる幅を持つ複数の太陽電池について求めることができ、単純線形回帰（たとえば、ｅ_{ｔｏｔａｌ}＝ｅ_ｗｉ−ｗｅ_ｌｏｓｓ）を使用して、線形回帰のｙ切片が太陽電池の幅に依存しない光変換効率（ｅｗ_ｉ）となるように単位幅（ｗ）当たりの電力損失を決定することができる。

太陽電池の選択された長さ（たとえば、製造プロセスまたは設置場所の寸法に基づき選択される）、知られている単位面積当たりのコスト（ｃ_ａｒｅａ）、および電極の知られている単位面積当たりのコスト（ｃ_{ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}）について、太陽電池の電力出力当たりのコスト（Ｃ_{ｐｏｗｅｒ}）を最適化するための太陽電池幅は、太陽電池コスト（Ｃ_ｃｅｌｌ）の太陽電池出力（Ｉ_ｏｕｔ）に対する比によって決定され得る。

Ｃ_ｃｅｌｌ（ｗ）＝ｗｌｃ_ａｒｅａ＋ｌｃ_{ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ} （１）

Ｉ_ｏｕｔ（ｗ）＝Ｉ_ｉｎｗｌｅ_ｗｉ−Ｉ_ｉｎｗｅ_ｌｏｓｓ （２）

Ｃ_ｃｅｌｌ（ｗ）およびＩ_ｏｕｔ（ｗ）の微分を求めることができる。

Ｃ_ｃｅｌｌ’（ｗ）＝ｌｃ_ａｒｅａ （５）

Ｉ_ｏｕｔ’（ｗ）＝Ｉ_ｉｎｌｅ_ｗｉ−Ｉ_ｉｎｅ_ｌｏｓｓ （６）

Ｃ_{ｐｏｗｅｒ}’（ｗ）は、最適な太陽電池幅を求めるために定数の知られている値を代入することによってＣ_{ｐｏｗｅｒ}’（ｗ）＝０の正の実数値について代数的に解くことができる。

ステップ４０６において、ペイントされた層の１つまたは複数が焼結される。焼結プロセスは、１つまたは複数のペイント層のナノ粒子が凝集して電気的に連続する層（たとえば、４点プローブまたは他の抵抗測定によって測定されるような）、および／または構造的に連続する層（たとえば、偏光解析法または他の光学的検査によって測定されるような）になるまで光焼結システム、たとえば、光焼結システム１０１と図３を参照しつつ上で説明されているようなプロセスとを使用して１つまたは複数のペイント層を加熱することを含み得る。他の焼結プロセスは、たとえば、炉、急速熱処理１）システム、または他の加熱源を一定期間利用することを含むことができる。焼結プロセスに対する焼結エネルギー、温度、および／または持続時間の組合せの範囲は、電気的に連続する層を形成するために適切であり、使用される焼結プロセスのタイプ（たとえば、ツールまたはシステム）に一部依存し得る。いくつかの実装形態において、１つまたは複数の層に対する焼結プロセスの選択された光焼結エネルギーおよび持続時間は、ソーラーペイント回路内の他のペイント層のコスト考慮事項、機器制限、および／または設計制限（たとえば、サーマルバジェット）に依存する。

いくつかの実装形態において、光焼結アプリケーション１０８は、ユーザデバイス１０４のユーザがソーラーペイント回路、たとえば、図５を参照しつつ以下で説明されているソーラーペイント回路を作製するためのアプリケーション環境１１０を介したステップバイステップのプロセスを含む。アプリケーション環境は、特定のペイントされた回路に対する作製プロセスに従って、たとえば、ペイントされた回路データベース１３６を使用して、１つまたは複数のペイント層の各ペイント層を基材上にペイントする仕方、および１つまたは複数のペイント層を焼結する仕方についてのガイダンスをユーザに提供することができる。たとえば、ステップバイステップのプロセスは、ペイントされた回路が完成するまで、基材、たとえば導電箔を配置構成する仕方、基材を洗浄および／または調製する仕方、１つまたは複数のペイント層を塗布し、たとえば底部導電層を形成する仕方、光焼結システムを使用して１つまたは複数のペイント層を焼結する仕方などについてのインストラクションを含むことができる。

例示的ソーラーペイント回路
図５は、例示的なソーラーペイント回路５００のブロック図である。ソーラーペイント回路５００は、基材５０２、ｐ型正孔導電ペイント層５０４、光増感ペイント層５０６、ｎ型電子導電ペイント層５０８、および透明保護ペイント層５１０を含む。いくつかの実装形態において、ソーラーペイント回路５００は、太陽電池である。太陽電池は、光（たとえば、日光）のエネルギーを電気に変換する電気デバイスである。光（たとえば、日光）は、光増感ペイント層５１４に吸収され、電子および正孔の電荷発生が生じる。次いで、発生した電荷は分離され、電子は陰極の方へ移動し、正孔は陽極の方へ移動し、それぞれ、電気を発生する。

ｐ型正孔導電ペイント層５０４は、基材５０２の少なくとも一部（たとえば、木材、金属、漆喰、石材、レンガ、または他のペイント可能な材料からなる表面）にｐ型正孔導電ペイントを塗布することによって形成され得る。いくつかの実装形態において、ｐ型正孔導電ペイント層５０４は、ソーラーペイント回路５００の陽極を形成する。ｐ型正孔導電ペイント層５０４は、溶液中に分散されているｐ型ナノ材料を含む水性ペイント組成物によって形成することができる。ｐ型正孔導電ペイント層５０４のｐ型ナノ材料、たとえばナノ粒子は、たとえば、光焼結デバイス１０１を用いて焼結させて、電気的および／または物理的に連続するｐ型正孔導電ペイント層５０４を形成することができる。

光増感ペイント層５０６は、光子を吸収することができ、ソーラーペイント回路５００内で電荷発生が生じる層を形成する。光増感ペイント層５０６は、電子受容体、染料、および溶液を含むペイント組成物から形成され得る。光増感ペイント層５０６は、ソーラーペイント回路５００内の単一の機能層として示されているが、これは、電子受容体材料を有する半導体ペイント層と光増感色素ペイント層とを含む２つまたはそれ以上の異なるペイント層を塗布することによって形成され得る。

光増感ペイント層５０６の上に、ｎ型電子導電ペイント層５０８が塗布される。いくつかの実装形態において、ｎ型電子導電ペイント層５０８は、ソーラーペイント回路５００の陰極を形成する。ｎ型電子導電ペイント層５０８は、溶液中に分散されているｎ型ナノ材料を含む水性ペイント組成物によって形成することができる。ｎ型電子導電ペイント層５０８は、光が下の光増感ペイント層１０６に到達できるように透明または半透明とすることができる。ｎ型電子導電ペイント層５０８のｎ型ナノ材料、たとえばナノ粒子は、たとえば、光焼結デバイス１０１を用いて焼結させて、電気的および／または物理的に連続するｎ型電子導電ペイント層５０８を形成することができる。いくつかの実装形態において、ソーラーペイント回路５００に対する陰極層として、ｎ型電子導電ペイント層５０８ではなくむしろ、導電性メッシュ（たとえば、ワイヤメッシュ）が使用される。

ｎ型電子導電ペイント層５０８に、透明保護ペイント層５１０が塗布される。透明保護ペイント層５１０は、透明保護コーティングであってよく、電気的に絶縁され得る（たとえば、ラミネート、ポリウレタン仕上げ、シェラック）。いくつかの実装形態において、透明保護ペイント層５１０は、ソーラーペイント回路５００の露光表面の一部または全部を封緘する。透明保護ペイント層５１０は、ソーラーペイント回路５００の一部または全部を覆う保護層を形成し、ソーラーペイント回路５００のペイント層を環境影響（たとえば、紫外線放射、天候、水／湿度）から保護する。いくつかの実装形態において、透明保護ペイント層５１０は、半透明であり、および／または特定の波長範囲のみを透過する（たとえば、可視波長を透過する）。いくつかの実装形態において、透明保護ペイント層５１０は、一部用途および／または環境要因（たとえば、風雨などに曝されるレベル）にもよるが、省かれる。透明保護ペイント層５１０が省かれたときに、ｎ型電子導電ペイント層５０８は、導電保護層（たとえば、インジウムスズ酸化物）として機能し得る。

ソーラーペイント回路５００は、光増感ペイント層５０６内で電子−正孔対が形成され、ｐ型正孔導電ペイント層５０４とｎ型電子導電ペイント層５０８との間で電荷分離が生じるように、光増感ペイント層５０６内で周囲環境（たとえば、太陽光線）からの光子を吸収するように動作する。

いくつかの実装形態において、ソーラーペイント回路５００から分離された電荷は、次に、電池を充電（たとえば、トリクル充電）するために使用される。ソーラーペイント回路５００は、他の回路要素と組み合わせて、太陽光発電光（たとえば、太陽光発電式街灯）を発生することができる。たとえば、ソーラーペイント回路５００は、太陽電池と発光回路とを組み合わせるものとしてよく、ソーラーペイント回路５００は、太陽光から発電して太陽電池を充電（たとえば、トリクル充電）するために使用することができ、これにより、発光回路に電力を供給するために使用できる。次いで、給電された発光回路は、特定の範囲の波長（たとえば、可視光）の光を放射することができる。

いくつかの実装形態において、電気接点５１２は、ソーラーペイント回路５００に備えられ得る。電気接点は、ｎ型電子導電ペイント層５０８または基材５０２に貼着された第１の接点（たとえば、金属箔、金属メッシュ、冷間溶接接合化合物、ソルダーボール、ワニ口クリップ、または同様のもの）を含み得る。第２の電気接点（たとえば、金属箔、金属メッシュ、冷間溶接接合化合物、ソルダーボール、ワニ口クリップ、または同様のもの）は、ｐ型正孔導電ペイント層５０４に貼着することができる。電気接点は、ソーラーペイント回路５００を外部デバイス（たとえば、携帯電話、コンピュータ、または他の電池駆動式デバイス）に接続するために使用することができる。電気接点５１２は、また、ソーラーペイント回路５００を他の太陽電池回路に接続する、たとえば、一組の太陽電池のペイントされた回路をデイジーチェーンでつなぎ、ユーザデバイス（たとえば、携帯電話もしくはコンピュータ）に給電し、および／もしくは充電するか、または太陽電池を充電するスループットを高めるために使用できる。

本明細書は、多くの特定の実装形態の詳細事項を含んでいるが、これらは、特徴の範囲または請求内容の範囲に対する制限として解釈すべきではなく、むしろ説明されているペイントされた回路およびペイントされた回路要素の特定の実施形態に特有の特徴の説明として解釈すべきである。ペイントされた回路およびペイントされた回路要素の例は、本明細書において、特定の層構造を有するものとして説明されているけれども、それらは限定するものとして読まれるべきではない。たとえば、ペイントされた回路およびペイントされた回路要素は、最上層がデバイスの一番上であるようにデバイスが層ごとにペイントされる「トップダウン」方式で動作するように説明されている。プロセスは特定の順序で図面に示されているが、そのようなプロセスは、望ましい結果を達成するために、示される特定の順序でもしくは順番に実行される必要があると、またはすべての図示されているプロセスが実行される必要があると、理解されるべきではない。たとえば、ペイントされた回路およびペイントされた回路要素の例は、また、デバイスの機能がその作製順序に対して上側である「ボトムアップ」方式でペイントされてもよい。それに加えて、２つの基材が個別にペイント層とともにペイントされ、次いで、組み合わされる「フリップチップ」構成も企図され得る。

他の複雑なペイントされた回路要素は、本明細書で説明されている技術および組成物を使用して製作することができる。たとえば、ペイントされたアンテナ要素。それに加えて、複数のより小さい部分要素（たとえば、埋め込まれたペイントされた回路要素）のアクティブマトリクスが、本明細書において説明されている技術および組成物を使用して作製することができる。

こうして、主題の特定の実施形態が説明された。他の実施形態は、次の特許請求の範囲内に収まる。いくつかの場合において、請求項に記載されている動作は、異なる順序で実行されてもよく、しかも望ましい結果を達成することができる。それに加えて、添付図面に示されているプロセスは、必ずしも、望ましい結果を達成するために、図示されている特定の順序、または順番を必要としない。いくつかの実装形態では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。

１００ 動作環境
１０１ 光焼結システム
１０２ 光焼結デバイス
１０３ 近接センサ
１０４ ユーザデバイス
１０６ データ通信リンク
１０７ 焼結領域
１０８ 光焼結アプリケーション
１１０ アプリケーション環境
１１２ カメラ
１１４ 視野、正面図
１１６ グリッド生成器
１１８ 部分領域露光決定器
１２０ 露光インストラクション生成器
１２２ 光焼結領域データ
１２４ 画像
１２６ 寸法
１２７ 寸法
１２８ 露光ビーム
１３０ グリッド
１３２ 部分領域
１３４ 位置データ、リアルタイム画像
１３６ ペイントされた回路データ
１３８ 露光データ
１４０ アライメントキュー
１４１ 露光領域
１４２ アライメントキュー
２００ ブロック図
２０２ グリッド、部分領域
２０４ 焼結領域
２０６ 部分領域
２０７ 部分領域
２０８ 露光領域
２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ 重なり合う部分領域
２１０ 高エネルギー露光領域
２１２ 低エネルギー露光領域
３００ プロセス
４００ プロセス
５００ ソーラーペイント回路
５０２ 基材
５０４ ｐ型正孔導電ペイント層
５０６ 光増感ペイント層
５０８ ｎ型電子導電ペイント層
５１０ 透明保護ペイント層
５１２ 電気接点
５１４ 光増感ペイント層

Claims (20)

1. １つまたは複数のプロセッサによって、焼結領域の画像を取得するステップと、
   前記１つまたは複数のプロセッサによって、前記焼結領域に対する複数の部分領域を含む前記焼結領域のグリッドを生成するステップであって、各部分領域は長さおよび幅ならびに前記焼結領域内のそれぞれの位置によって画成される、ステップと、
   前記複数の部分領域の各特定の部分領域について、
   前記特定の部分領域に対するそれぞれの部分焼結エネルギーを決定するステップと、
   前記特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップと、
   前記光焼結デバイスに対する現在の位置情報を取得するステップと、
   前記光焼結デバイスを位置決めする仕方の前記指示に従って前記光焼結デバイスが前記特定の部分領域に対して位置決めされていることを前記現在の位置情報が示唆すると決定するステップと、
   前記特定の部分領域に対する露光焼結エネルギーを、前記特定の部分領域に対する前記部分焼結エネルギーと、前記特定の部分領域に以前に照射された焼結エネルギーの累積量との間の差に一部基づき決定するステップと、
   前記光焼結デバイスを位置決めする仕方の前記指示に従って前記特定の部分領域への前記露光焼結エネルギーの露光を開始するステップとを含む方法。
2. 前記焼結領域の画像を取得するステップは、モバイルデバイスのカメラで前記焼結領域の画像をキャプチャするステップを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記現在の位置情報を取得するステップは、前記モバイルデバイスの前記カメラから、前記焼結領域の１つまたは複数の画像を受信するステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記焼結領域の画像を取得するステップは、基材上の１つまたは複数のペイントされた層の１つまたは複数の画像を取得するステップを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記焼結領域の組成データを取得するステップをさらに含み、前記組成データは、ｉ）前記１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、ｉｉ）前記１つまたは複数のペイントされた層の層厚さ、またはｉｉｉ）前記１つまたは複数のペイントされた層の材料組成のうちの１つまたは複数を含む請求項４に記載の方法。
6. 前記焼結領域の前記組成データに一部基づき前記焼結領域に対する全焼結エネルギーを決定するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 前記焼結領域に対する前記全焼結エネルギーは、前記焼結領域の前記１つまたは複数のペイントされた層を焼結するのに必要なエネルギーの量に対応する請求項６に記載の方法。
8. 前記複数の部分領域の各部分領域の組成データを取得するステップをさらに含み、各部分領域の前記組成データは、ｉ）前記部分領域内の１つまたは複数のペイントされた層の幅および長さ、ｉｉ）前記部分領域内の前記１つまたは複数のペイントされた層の層厚さ、またはｉｉｉ）前記部分領域内の前記１つまたは複数のペイントされた層の材料組成のうちの１つまたは複数を含む請求項１に記載の方法。
9. 前記複数の部分領域のうちの各部分領域に対する前記それぞれの部分焼結エネルギーを、前記複数の部分領域のうちの前記部分領域の組成データに一部基づき決定するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記光焼結デバイスを位置決めする仕方の前記指示に従って前記光焼結デバイスが前記特定の部分領域に対して位置決めされていることを前記現在の位置情報が示唆すると決定するステップは、前記光焼結デバイス上の１つまたは複数の近接センサからの近接データに基づき、前記光焼結デバイスが前記部分領域に対して平行であると決定するステップを含む請求項１の方法。
11. 前記特定の部分領域に対して前記光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップは、モバイルデバイスのディスプレイに位置情報を表示するステップを含む請求項１に記載の方法。
12. 前記特定の部分領域に対して前記光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップは、前記特定の部分領域に対する前記光焼結デバイスの相対的位置を制御して前記特定の部分領域に対する前記光焼結デバイスの配向を変更するインストラクションを自動化デバイスに伝送するステップを含む請求項１に記載の方法。
13. 光焼結システムであって、
    光源と複数の近接センサとを備える光焼結デバイスと、
    データ通信リンクと、
    前記データ通信リンク上で前記光焼結デバイスとデータ通信を行う１つまたは複数のプロセッサであって、
    １つまたは複数のプロセッサによって、焼結領域の画像を取得するステップと、
    前記１つまたは複数のプロセッサによって、前記焼結領域に対する複数の部分領域を含む前記焼結領域のグリッドを生成するステップであって、各部分領域は長さおよび幅ならびに前記焼結領域内のそれぞれの位置によって画成される、ステップと、
    前記複数の部分領域の各特定の部分領域について、
    前記特定の部分領域に対するそれぞれの部分焼結エネルギーを決定するステップと、
    前記特定の部分領域に対して光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップと、
    前記光焼結デバイスに対する現在の位置情報を取得するステップと、
    前記光焼結デバイスを位置決めする仕方の前記指示に従って前記光焼結デバイスが前記特定の部分領域に対して位置決めされていることを前記現在の位置情報が示唆するか決定するステップと、
    前記特定の部分領域に対する露光焼結エネルギーを、前記特定の部分領域に対する前記部分焼結エネルギーと、前記特定の部分領域に以前に照射された焼結エネルギーの累積量との間の差に一部基づき決定するステップと、
    前記光焼結デバイスを位置決めする仕方の前記指示に従って前記特定の部分領域への前記露光焼結エネルギーの露光を開始するステップと
    を含む動作を実行するように動作可能である、１つまたは複数のプロセッサとを備える光焼結システム。
14. 前記光源はフラッシュランプである請求項１３に記載の光焼結システム。
15. カメラを備えるモバイルデバイスをさらに備える請求項１３に記載の光焼結システム。
16. 前記特定の部分領域に対して前記光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップは、前記モバイルデバイスのディスプレイに位置情報を表示するステップを含む請求項１５に記載の光焼結システム。
17. 前記焼結領域の画像を取得するステップは、前記モバイルデバイスの前記カメラで前記焼結領域の画像をキャプチャするステップを含む請求項１５に記載の光焼結システム。
18. 前記現在の位置情報を取得するステップは、前記モバイルデバイスの前記カメラから、前記焼結領域の１つまたは複数の画像を受信するステップを含む請求項１７に記載の光焼結システム。
19. 前記焼結領域の画像を取得するステップは、基材上の１つまたは複数のペイントされた層の１つまたは複数の画像を取得するステップを含む請求項１８に記載の光焼結システム。
20. 前記特定の部分領域に対する前記光焼結デバイスの相対的位置を制御して前記特定の部分領域に対する前記光焼結デバイスの配向を変更する自動化デバイスをさらに備え、前記特定の部分領域に対して前記光焼結デバイスを位置決めする仕方を指示するステップは、前記自動化デバイスにインストラクションを伝送するステップを含む請求項１３に記載の光焼結システム。

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