JP2022535268A - 高効率グラフェン/ワイドバンドギャップ半導体ヘテロ接合太陽電池セル - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮出願第62/856,698号(出願日:2019年6月3日)、同第62/924,805号(出願日:2019年10月23日)及び同第62/937,938号(出願日:2019年11月20日)に係る利益を主張するものであり、これらの各出願の記載内容は全て、参照により本願の記載内容に含まれるものとする。
Claims (191)
- 少なくとも1つの太陽電池セルを備えた太陽光電池セル装置であって、
前記少なくとも1つの太陽電池セルは、
箔基板を準備するステップと、
水熱合成処理を用いて、酸化亜鉛を含む複数のナノワイヤコアの少なくとも大部分が実質的に整列して前記箔基板に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続するように、当該ナノワイヤコアを前記箔基板に形成すると共に、前記水熱合成処理により、前記箔基板上において酸化亜鉛の前記各ナノワイヤコア間に非導電性材料の実質的に連続したコーティングを形成するステップと、
複数の前記ナノワイヤコアを少なくとも1つの多環芳香族炭化水素により包囲するステップと、
光起電接合部を形成するため、前記多環芳香族炭化水素のうち少なくとも一部を熱変換して、グラフェンをそれぞれ含む複数のシェルを前記各ナノワイヤコアの一部の周囲に密着するように配置するように形成するために十分な条件下に、前記ナノワイヤコア及び前記多環芳香族炭化水素を維持することにより、複数のナノワイヤコアシェル構造を形成するステップと、
前記箔基板に電気的に接続された第1の導電性電極を形成し、前記ナノワイヤコアから離れていく電子の移動を促すための第1の電気経路を設けるステップと、
前記ナノワイヤコアシェル構造の第2端においてグラフェンの前記シェルに接続された第2の導電性電極を形成し、グラフェンの前記シェルから離れていく正電荷の移動を促すための第2の電気経路を設けるステップと、
を含む方法により作製されたことを特徴とする太陽光電池セル装置。 - 前記非導電性材料の実質的に連続したコーティングは酸化亜鉛を含む、
請求項1記載の太陽光電池セル装置。 - 前記少なくとも1つの多環芳香族炭化水素は、コロネン、ナフタレン及びテルフェニルのうち少なくとも1つを含む、
請求項1又は2記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアを前記少なくとも1つの多環芳香族炭化水素により包囲するステップは、前記少なくとも1つの多環芳香族炭化水素を溶媒中に溶解した溶液のスプレーコーティング、ドロップコーティング、ディップコーティング、又はスピンコーティングのうち少なくとも1つを含む、
請求項1から3までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記溶媒は、テトラヒドロフラン及びジメチルスルホキシドのうち少なくとも1つを含む、
請求項4記載の太陽光電池セル装置。 - 前記複数のナノワイヤコアシェル構造を形成するステップは、前記溶媒の実質的に全部を除去して前記多環芳香族炭化水素を熱分解することによりグラフェンを形成するために十分な温度と時間とで行われる、
請求項4記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアを前記少なくとも1つの多環芳香族炭化水素により包囲するステップは化学蒸着を含む、
請求項1から6までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記複数のシェルの各グラフェンシェルは、各ナノワイヤコアの大部分の周囲に密着するように配置される、
請求項1から7までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項1から8までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項9記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約2.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項1から10までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板は、亜鉛、チタン、真鍮、鋼又は銅のうち少なくとも1つを含む、
請求項1から11までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板はほぼ亜鉛から成る、
請求項1から12までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 酸化亜鉛の複数の前記ナノワイヤコアを前記少なくとも1つの多環芳香族炭化水素により包囲するステップの前に、複数の前記ナノワイヤコアに、当該ナノワイヤコアの表面の構造欠陥を低減するための成長後アニール処理が施される、
請求項1から13までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記成長後アニール処理は、酸化亜鉛の前記ナノワイヤを、酸素が少なくとも10%の雰囲気中で少なくとも4時間にわたって約350℃から約450℃の温度まで加熱することを含む、
請求項14記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端においてグラフェンの前記シェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は前記グラフェンを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項1から15までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、グラフェンの実質的に均一な単層を有する、
請求項1から15までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、グラフェンの約3を超える数の層を有しない、
請求項1から16までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、当該ナノワイヤコアシェル構造の長手軸を互いに少なくとも実質的に平行に向けた状態で配置されている、
請求項1から18までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項1から19までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項1から20までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項1から21までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項1から22までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項1から23までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ドーパントは、アルミニウム、インジウム、塩素及びガリウムのうち少なくとも1つを含む、
請求項24記載の太陽光電池セル装置。 - グラフェンの前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項1から25までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項26記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは、前記グラフェンの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために有効な量で前記シェルに含まれる、
請求項26記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である、
請求項1から28までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の無機材料である、
請求項29記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の有機材料である、
請求項29記載の太陽光電池セル装置。 - グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な物質が、グラフェンの前記シェルに接触するように配置されている、
請求項1から31までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属を含む、
請求項32記載の太陽光電池セル装置。 - グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項33記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性であると共に、グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属の粒子を含む、
請求項33記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極を構成する材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項35記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫を含む、
請求項36記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、ドロップコーティング、スプレーコーティング又はスピンコーティング技術により形成されている、
請求項36記載の太陽光電池セル装置。 - ほぼ亜鉛から成る箔基板と、
前記箔基板に設けられ、酸化亜鉛を含む複数のナノワイヤコアであって、当該ナノワイヤコアの少なくとも大部分は実質的に整列して前記箔基板に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続されているナノワイヤコアと、
前記箔基板上において前記各ナノワイヤコア間に設けられた酸化亜鉛の実質的に連続したコーティングと、
グラフェンをそれぞれ含む複数のシェルであって、それぞれ前記各ナノワイヤコアの一部の周囲に密着するように配置されて複数のナノワイヤコアシェル構造を形成するシェルと、
前記箔基板に電気的に接続され、前記ナノワイヤコアから離れていく電子の移動を促すための第1の電気経路を設ける第1の導電性電極と、
前記ナノワイヤコアシェル構造の第2端においてシェルに接続され、前記シェルから離れていく正電荷の移動を促すための第2の電気経路を設ける第2の導電性電極と、
を備えている太陽光電池セル装置であって、
前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である材料と、一部が透過性である当該材料の少なくとも一部において前記シェルの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属と、を含む
ことを特徴とする太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、コロネン、ナフタレン及びテルフェニルのうち少なくとも1つを含む少なくとも1つの多環芳香族炭化水素により形成されている、
請求項39記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記シェルの各グラフェンシェルは、各ナノワイヤコアの大部分の周囲に密着するように配置されている、
請求項39又は40記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項39から41までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項42記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約2.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項39から43までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端においてグラフェンの前記シェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は前記グラフェンを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項39から44までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、グラフェンの実質的に均一な単層を有する、
請求項39から45までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項39から46までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項39から47までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項39から48までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項39から49までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項39から50までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ドーパントは、アルミニウム、インジウム、塩素及びガリウムのうち少なくとも1つを含む、
請求項51記載の太陽光電池セル装置。 - グラフェンの前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項39から52までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項53記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは、前記グラフェンの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために有効な量で前記シェルに含まれる、
請求項53記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である、
請求項39から55までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の無機材料である、
請求項56記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の有機材料である、
請求項56記載の太陽光電池セル装置。 - グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項39から58までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極を構成する材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項39から59までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫を含む、
請求項39から60までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、ドロップコーティング、スプレーコーティング又はスピンコーティング技術により形成されている、
請求項39から61までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 箔基板と、
前記箔基板に設けられ、ワイドバンドギャップ材料を含む複数のナノワイヤコアであって、当該ナノワイヤコアの少なくとも大部分は実質的に整列して前記箔基板に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続されているナノワイヤコアと、
前記箔基板上において前記各ナノワイヤコア間に設けられた非導電性材料の実質的に連続したコーティングと、
グラフェン材料をそれぞれ含む複数のシェルであって、それぞれ前記各ナノワイヤコアの一部の周囲に密着するように配置されて複数のナノワイヤコアシェル構造を形成するシェルと、
前記箔基板に電気的に接続され、前記ナノワイヤコアから離れていく電子の移動を促すための第1の電気経路を設ける第1の導電性電極と、
前記ナノワイヤコアシェル構造の第2端においてシェルに接続され、前記シェルから離れていく正電荷の移動を促すための第2の電気経路を設ける第2の導電性電極と、
を備えている太陽光電池セル装置であって、
前記第2の導電性電極は、グラフェン材料の前記シェルに接触したときに当該シェルの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの材料を含む
ことを特徴とする太陽光電池セル装置。 - 前記シェルの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの材料は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項63記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、前記ナノワイヤコアシェル構造の前記第2端において前記太陽電池セルの表面積の一部と接触すると同時に、当該表面積の他の一部を太陽光に対して露出させる、
請求項63又は64記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、互いに離隔した長辺状のストリップの形態である、
請求項65記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である材料をさらに含み、
前記シェルの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、一部が透過性である当該材料の少なくとも一部にある、
請求項63から66までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、グラフェンの前記仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの材料が、前記一部が透過性である材料中に分散された粒子の形態である、
請求項67記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極の前記一部が透過性である材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項67記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫を含む、
請求項67記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、前記シェルの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために有効なものである、
請求項63から70までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアの前記ワイドバンドギャップ材料は、ホウ素、鉄、チタン、亜鉛及び炭素のうち少なくとも1つを含む、
請求項63から71までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ワイドバンドギャップ材料はさらに、ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物及び硫化物のうち少なくとも1つを含む、
請求項71記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアの前記ワイドバンドギャップ材料は、ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物及び硫化物のうち少なくとも1つを含む、
請求項63から73までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアの前記ワイドバンドギャップ材料は、酸化亜鉛及び酸化チタンのうち少なくとも1つを含む、
請求項63から74までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記各シェルは、各ワイドバンドギャップ材料コアの大部分の周囲に密着するように配置されている、
請求項63から75までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板は、亜鉛、チタン、真鍮、鋼又は銅のうち少なくとも1つを含む、
請求項63から76までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端において前記シェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は前記シェルを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項63から77までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、グラフェンの実質的に均一な単層を有する、
請求項63から78までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、グラフェンの約3を超える数の層を有しない、
請求項63から79までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、当該ナノワイヤコアシェル構造の長手軸を互いに少なくとも実質的に平行に向けた状態で配置されている、
請求項63から80までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項63から81までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項63から82までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項63から83までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項63から84までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項63から85までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ドーパントは、アルミニウム、インジウム、塩素及びガリウムのうち少なくとも1つを含む、
請求項86記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項63から87までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項88記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは、前記シェルの前記グラフェン材料の仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために十分な量で前記シェルに含まれる、
請求項88記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項63から66までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項63から66までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約2.5V~3.6Vの開路電圧を有する、
請求項63から92までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 太陽電池セルを形成するための方法であって、
上面及び下面を有する下部の銅箔を設けるステップと、
上面及び下面を有する亜鉛箔であって、当該亜鉛箔の下面の表面積のうち少なくとも一部の全体が前記銅箔の上面と接触する亜鉛箔と、
水熱合成処理を用いて、酸化亜鉛を含む複数のナノワイヤコアの少なくとも大部分が実質的に整列して前記箔に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続するように、当該ナノワイヤコアを前記亜鉛箔の上面に形成すると共に、前記水熱合成処理により、酸化亜鉛の前記各ナノワイヤコア間に酸化亜鉛の実質的に連続したコーティングを形成するステップと、
前記ナノワイヤコアの表面の構造欠陥を低減するための成長後アニール処理で前記ナノワイヤコアを処理するステップと、
前記ナノワイヤコアの少なくとも一部にグラフェン材料を堆積させるステップと、
ことを特徴とする方法。 - 前記箔基板上の非導電性材料の実質的に連続したコーティングは酸化亜鉛を含む、
請求項94記載の方法。 - 複数の前記シェルの各還元酸化グラフェンシェルが、前記各ナノワイヤコアの大部分の周囲に密着するように配置される、
請求項94又は95記載の方法。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~約3.6Vの開路電圧を有する、
請求項94から96までのいずれか1項記載の方法。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項97記載の方法。 - 前記箔基板は、亜鉛、チタン、真鍮、鋼又は銅のうち少なくとも1つを含む、
請求項94から98までのいずれか1項記載の方法。 - 前記箔基板はほぼ亜鉛から成る、
請求項94から99までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアは、表面アニール処理されたナノワイヤコアを含む、
請求項94から100までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端において還元酸化グラフェンの前記シェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は前記還元グラフェンシェルを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項94から101までのいずれか1項記載の方法。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、2~10層の還元酸化グラフェンを含む、
請求項94から102までのいずれか1項記載の方法。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、2~5層の還元酸化グラフェンを含む、
請求項94から103までのいずれか1項記載の方法。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、1層のグラフェンを含む、
請求項94から104までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、当該ナノワイヤコアシェル構造の長手軸を互いに少なくとも実質的に平行に向けた状態で配置されている、
請求項94から105までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項94から106までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項94から107までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項94から108までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項94から109までのいずれか1項記載の方法。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項94から110までのいずれか1項記載の方法。 - 前記ドーパントは、アルミニウム、インジウム、塩素及びガリウムのうち少なくとも1つを含む、
請求項111記載の方法。 - 還元グラフェンの前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項94から112までのいずれか1項記載の方法。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項113記載の方法。 - 前記n型ドーパントは、前記還元酸化グラフェンの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために有効な量で前記シェルに含まれる、
請求項114記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である、
請求項94から115までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の無機材料である、
請求項116記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の有機材料である、
請求項116記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、酸化インジウム錫、グラフェン、又は還元酸化グラフェンのうち少なくとも1つを含む、
請求項117記載の方法。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な物質を、還元酸化グラフェンの前記シェルに接触させる、
請求項93から119までのいずれか1項記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属を含む、
請求項120記載の方法。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項121記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性であると共に、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属の粒子を含む、
請求項121記載の方法。 - 前記第2の導電性電極を構成する材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項123記載の方法。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫を含む、
請求項123記載の方法。 - 少なくとも1つの太陽電池セルを備えた太陽光電池セル装置であって、
前記少なくとも1つの太陽電池セルは、
箔基板を準備するステップと、
水熱合成処理を用いて、酸化亜鉛を含む複数のナノワイヤコアの少なくとも大部分が実質的に整列して前記箔基板に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続するように、当該ナノワイヤコアを前記箔基板に形成すると共に、前記水熱合成処理により、前記箔基板上において酸化亜鉛の前記各ナノワイヤコア間に非導電性材料の実質的に連続したコーティングを形成するステップと、
酸化亜鉛の複数のナノワイヤコアを酸化グラフェンにより包囲するステップと、
光起電接合部を形成するため、前記酸化グラフェンのうち少なくとも一部を熱還元して、還元酸化グラフェンをそれぞれ含む複数のシェルを前記各ナノワイヤコアの一部の周囲に密着するように配置するように形成するために十分な条件下に、酸化亜鉛の前記ナノワイヤコア及び前記酸化グラフェンを維持することにより、複数のナノワイヤコアシェル構造を形成するステップと、
前記箔基板に電気的に接続された第1の導電性電極を形成し、前記ナノワイヤコアから離れていく電子の移動を促すための第1の電気経路を設けるステップと、
前記ナノワイヤコアシェル構造の第2端において還元酸化グラフェンの前記シェルに接続された第2の導電性電極を形成し、還元酸化グラフェンの前記シェルから離れていく正電荷の移動を促すための第2の電気経路を設けるステップと、
を含む方法により作製されたことを特徴とする太陽光電池セル装置。 - 前記非導電性材料の実質的に連続したコーティングは酸化亜鉛を含む、
請求項126記載の太陽光電池セル装置。 - 前記複数のシェルの各還元酸化グラフェンシェルは、各ナノワイヤコアの大部分の周囲に密着するように配置される、
請求項126又は127記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~約3.6Vの開路電圧を有する、
請求項126から128までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項129記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板は、亜鉛、チタン、真鍮、鋼又は銅のうち少なくとも1つを含む、
請求項126から130までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板はほぼ亜鉛から成る、
請求項126から131までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンへの酸化グラフェンの熱還元は、酸素を少なくとも10%含む雰囲気中で行われる、
請求項126から132までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンへの酸化グラフェンの熱還元は、約250℃~350℃の温度で行われる、
請求項133記載の太陽光電池セル装置。 - 酸化亜鉛の複数の前記ナノワイヤコアを酸化グラフェンにより包囲するステップの前に、複数の前記ナノワイヤコアに、当該ナノワイヤコアの表面の構造欠陥を低減するための成長後アニール処理が施される、
請求項126から134までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記前記成長後アニール処理は、酸化亜鉛の前記ナノワイヤを、酸素が少なくとも10%の雰囲気中で少なくとも4時間にわたって約350℃から約400℃の温度まで加熱することを含む、
請求項135記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアを酸化グラフェンにより包囲するステップは、コーティング技術を含む、
請求項1から11までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記コーティング技術は、ドロップコーティング、ディップコーティング又はスピンコーティングのうち少なくとも1つである、
請求項137記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端において還元酸化グラフェンの前記シェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は還元酸化グラフェンの前記シェルを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項126から138までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、2~5層の還元酸化グラフェンを含む、
請求項126から139までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、当該ナノワイヤコアシェル構造の長手軸を互いに少なくとも実質的に平行に向けた状態で配置されている、
請求項126から140までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項126から141までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項126から142までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項126から143までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項126から144までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項126から145までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンの前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項126から146までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項147記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは、前記還元酸化グラフェンの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために十分な量で前記シェルに含まれる、
請求項147記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である、
請求項126から149までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の無機材料である、
請求項126から150までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の有機材料である、
請求項126から151までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、酸化インジウム錫、グラフェン、又は還元酸化グラフェンのうち少なくとも1つを含む、
請求項126から152までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な物質が、還元酸化グラフェンの前記シェルに接触するように配置されている、
請求項126から153までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属を含む、
請求項154記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項155記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性であると共に、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属の粒子を含む、
請求項155記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極を構成する材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項157記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫である、
請求項158記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、ドロップコーティング、スプレーコーティング又はスピンコーティング技術により形成されている、
請求項159記載の太陽光電池セル装置。 - 箔基板と、
前記箔基板に設けられ、酸化亜鉛を含む複数のナノワイヤコアであって、当該ナノワイヤコアの少なくとも大部分は実質的に整列して前記箔基板に対して概ね垂直に延在し、当該ナノワイヤコアの第1端が前記箔基板に電気的に接続されているナノワイヤコアと、
前記箔基板上において酸化亜鉛の前記各ナノワイヤコア間に設けられた非導電性材料の実質的に連続したコーティングと、
還元酸化グラフェンをそれぞれ含む複数の還元酸化グラフェンシェルであって、それぞれ前記各ナノワイヤコアの一部の周囲に密着するように配置されて複数のナノワイヤコアシェル構造を形成する還元酸化グラフェンシェルと、
前記箔基板に電気的に接続され、前記ナノワイヤコアから離れていく電子の移動を促すための第1の電気経路を設ける第1の導電性電極と、
前記ナノワイヤコアシェル構造の第2端において前記還元酸化グラフェンシェルに接続され、前記還元酸化グラフェンシェルから離れていく正電荷の移動を促すための第2の電気経路を設ける第2の導電性電極と、
を備えていることを特徴とする太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板上の前記非導電性材料の実質的に連続したコーティングは酸化亜鉛を含む、
請求項161記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記シェルの各還元酸化グラフェンシェルが、前記各ナノワイヤコアの大部分の周囲に密着するように配置される、
請求項161又は162記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに約1.5V~約 Vの開路電圧を有する、
請求項161から163までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記太陽光電池セルは、AM1.5G照射の1KW/m2で照射されたときに少なくとも1mA/cm2の短絡電流密度を有する、
請求項164までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板は、亜鉛、チタン、真鍮、鋼又は銅のうち少なくとも1つを含む、
請求項161から165までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記箔基板はほぼ亜鉛から成る、
請求項161から166までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアは、表面アニール処理されたナノワイヤコアを含む、
請求項161から167までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第1の電極は前記ナノワイヤコアの前記第1端において前記還元酸化グラフェンシェルに電気的に接続されておらず、かつ、前記第2の電極は前記還元グラフェンシェルを介して前記ナノワイヤコアに電気的に接続されていない、
請求項161から168までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、2~10層の還元酸化グラフェンを含む、
請求項161から169までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記シェルは、少なくとも大部分において、2~5層の還元酸化グラフェンを含む、
請求項161から170までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、当該ナノワイヤコアシェル構造の長手軸を互いに少なくとも実質的に平行に向けた状態で配置されている、
請求項161から171までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造の長さは、少なくとも約5μm~約25μmの範囲である、
請求項161から172までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアの径は500nmを超えない、
請求項161から173までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10~約250のアスペクト比を特徴とする、
請求項161から174までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 複数の前記ナノワイヤコアシェル構造は、約10%~約80%の空間的密度を特徴とする、
請求項161から175までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ナノワイヤコアは、当該ナノワイヤコアの長手面の少なくとも一部に沿ってドーパントを含む、
請求項161から176までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記ドーパントは、アルミニウム、インジウム、塩素及びガリウムのうち少なくとも1つを含む、
請求項177記載の太陽光電池セル装置。 - 還元グラフェンの前記シェルはn型ドーパントを含む、
請求項161から178までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは窒素を含む、
請求項179記載の太陽光電池セル装置。 - 前記n型ドーパントは、前記還元酸化グラフェンの仕事関数を少なくとも0.5V減少させるために有効な量で前記シェルに含まれる、
請求項180記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性である、
請求項161から181までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の無機材料である、
請求項182記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、導電性の有機材料である、
請求項182記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、酸化インジウム錫、グラフェン、又は還元酸化グラフェンのうち少なくとも1つを含む、
請求項183記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な物質が、還元酸化グラフェンの前記シェルに接触する、
請求項161から185までのいずれか1項記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な少なくとも1つの金属を含む、
請求項186記載の太陽光電池セル装置。 - 還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属は、銀、アルミニウム及び銅のうち1つ又は複数を含む、
請求項187記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、少なくとも一部が太陽光に対して透過性であると共に、還元酸化グラフェンの仕事関数を減少させるために有効な前記少なくとも1つの金属の粒子を含む、
請求項187記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極を構成する材料は、前記各ナノワイヤコア間に散在する、
請求項189記載の太陽光電池セル装置。 - 前記第2の導電性電極は、銀の粒子を含む酸化インジウム錫を含む、
請求項189記載の太陽光電池セル装置。
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