JP5162578B2 - 光起電力技術のための高忠実度ナノ構造およびアレイならびにそれらを作製する方法 - Google Patents

Description

政府の利益
本発明は、Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ第Ｎ０００１４０２１０１８５号およびＡｇｒｅｅｍｅｎｔ第ＣＨＥ−９８７６６７４号の下、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎのＳＴＣプログラムからの米国政府の支援によってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。

関連出願への相互参照
この出願は、２００６年５月９日に出願された米国仮特許出願第６０／７９８，８５８号；２００６年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７９９，８７６号；および２００６年７月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／８３３，７３６号および２００７年２月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／９０３，７１９号（これらの各々は、その全体が参考として本明細書に援用される）に基づき、これらへの優先権を主張する。

この出願はまた、２００６年６月１９日に出願された米国特許出願第１０／５８３，５７０号（これは、２００３年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／５３１，５３１号、２００４年６月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／５８３，１７０号および２００４年８月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／６０４，９７０号に基づき、それらへの優先権を主張する２００４年１２月２０日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０４／４２７０６号の国内移行である）の一部継続；２００６年６月１９日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０６／２３７２２号（これは、２００５年６月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／６９１，６０７号、２００５年９月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７１４，９６１号、２００５年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７３４，２２８号、２００６年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７６２，８０２号および２００６年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７９９，８７６号に基づき、それらへの優先権を主張する）の一部継続；２００６年９月７日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０６／３４９９７号（これは、２００５年９月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７１４，９６１号、２００５年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７３４，２２８号、２００６年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７６２，８０２号および２００６年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７９９，８７６号に基づき、それらへの優先権を主張する）の一部継続；共に２００６年１１月７日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０６／４３３０５号および米国特許出願第１１／５９４，０２３号（これらは共に、２００５年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７３４，２２８号、２００６年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７６２，８０２号および２００６年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７９９，８７６号に基づき、それらへの優先権を主張する）の一部継続；２００７年１月２９日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００２４７６号（これは、２００６年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７６２，８０２号；２００６年５月９日に出願された米国仮特許出願第６０／７９８，８５８号；２００６年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７９９，８７６号；および２００６年７月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／８３３，７３６号に基づき、それらへの優先権を主張する）の一部継続であり、これらの各々は、その全体が参考として本明細書に援用される。

発明の分野
一般的に、本発明は光起電性デバイスおよびその作製方法に関する。より詳しくは、光起電性デバイスはナノ構造のスケールで作製される。

光起電力技術（ＰＶ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）は、現在利用できる唯ひとつ真にポータブルで再生可能なエネルギー供給源である。典型的には、太陽電池は励起子を介して光エネルギーを電気に変換することで発電する。光が吸収されると、電子は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ：ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）から最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ：ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）に遷移し励起子を形成する。ＰＶ素子では、この過程に続いて励起子が解離し電子とホールが形成されなければならない。電荷の分離が達成されるには、電界の存在下で電子は次に一方の電極に、ホールは他方の電極に到達しなければならない。一般的に、この電界は電極の非対称なイオン化エネルギー／仕事関数により供される。

太陽電池素子の材料と構造は、電荷の分離と励起子の拡散を可能かつ容易にしなければならない。しかし、拡散する励起子の寿命は極端に短く、そのように励起子は、電子が後に残したホールと再結合する前にわずかな距離、すなわち約１０ｎｍ〜約１００ｎｍしか通常は拡散できない。結合相手のホールから電子を引き離すには、電子は、後に残したホールと再結合する前に電子受容材料すなわち電子親和力の大きい材料の接合まで到達しなければならない。このように、電子受容材料は、電子が発生する位置から拡散距離内に配置しなければならない。励起子は主に電極界面で解離するため、このことが素子の実効的な集光層厚を制限し、もし層があまり厚いと有機層の中央部で生成した励起子は決して電極界面に到達しない。むしろ電子は上述のように再結合してポテンシャルエネルギーは失われてしまう。

太陽電池素子の効率は、一般的に、太陽電池を作り上げる材料のナノスケールの構成ないし構造に関係する。低価格の有機太陽電池素子は、ほとんどの有機半導体では励起子が容易に解離しないために効率が低い。励起子が解離しやくするために、電子親和力とイオン化エネルギーが異なる二つの材料を用いるヘテロ接合の概念が提案された。効率的な集光と励起子解離を達成するために、電子供与材料と電子受容材料の相互貫入ネットワークにおいて励起子が発生してから解離する箇所まで拡散しなければならない距離を低減するヘテロ接合（ＢＨＪ：ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）が採用された。しかし、このような概念的な枠組みが技術的に提案されてはきたが、形態学と構造をナノスケールで制御できないために電子供与材料と電子受容材料の分布はランダムとなり、導電経路における電荷トラッピングを招く結果となる。

ＢＨＪをつくるために、例えば、ブレンド形態学の処理条件による制御、電子供与−電子受容共重合体の合成、多孔質の有機膜および無機膜をテンプレートとして使用、自己組織化、さらに傾斜ヘテロ構造と往復する小分子の共昇華など、いくつかの方法が用いられてきた。そのような方法は、さらに以下の文献に記載されている。非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４および非特許文献５。これらは各々、全体が参照として本明細書に援用される。しかし、限られた合成方法と高いコストに加えて固体材料の非混和性のために、これらの方法ではナノスケールの形態学が得られず構造を制御できない。さらに、現在の太陽電池の作製方法ではナノスケールの形態学制御を試みても所望の均一な構造が形成できず、太陽電池セルの全体寸法ないしフットプリントはおよそ１平方ミリメートルに制限され、大面積素子の作製には使うことができない。

このように、意図的ないし所定のナノスケールの形態学を有し、事実上どのような材料からも作製でき、さらに全体寸法が２〜３平方ミリメートルより大きい寸法に作製できる太陽電池が必要とされている。
Ｃ．Ｊ．Ｂｒａｂｅｃ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ（２００４）８３、２７３ Ｈ．Ｓｐａｎｇｇａａｒｄ、Ｆ．Ｃ．Ｋｒｅｂｓ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ（２００４）８３、１２５ Ｆ．Ｙａｎｇ、Ｍ．Ｓｈｔｅｉｎ、Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ、Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（２００５）４、３７ Ｊ．Ｎｅｌｓｏｎ、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ（２００２）６、８７ Ｎ．Ｋａｒｓｉ、Ｐ．Ｌａｎｇ、Ｍ．Ｃｈｅｈｉｍｉ、Ｍ．Ｄｅｌａｍａｒ、Ｇ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ、Ｌａｎｇｕｍｕｉｒ（２００６）２２、３１１８

本発明は、光起電性デバイスの高忠実度のバルクヘテロ構造を含む。バルクヘテロ構造の構成要素は、第１構造の所定のアレイにより構成と寸法が設定された構成要素を含み、ここに第１構造のアレイの各々の第１構造は３次元形状が実質的に等しく、さらに第１構造のアレイの各々の第１構造は実質的に等しい断面寸法を有し、断面寸法は約１００ｎｍより小さい。

ある実施形態では、光起電性デバイスは、実質的に均一なアレイを形成する所定のアレイの隣接する第１構造に対して実質的に等しい配向性を有する第１構造のアレイの各々の第１構造をさらに含む。第１構成要素の第１構造の３次元形状は、ほかの実施形態では、シリンダー、カラム、線形構造ないし円錐であってもよい。ある実施形態では、光起電性デバイスはさらに第２構成要素を含み、該第２構成要素は、第１構成要素の第１構造の所定の３次元形状をもつアレイと係合するように構成と寸法が設定された３次元形状をもつ第２構造のアレイを有する。

ほかの実施形態では、本発明の光起電性デバイスは、約１平方センチメートルより大きい全体寸法、約２．５平方センチメートルより大きい全体寸法、約５平方センチメートルより大きい全体寸法、約１０平方センチメートルより大きい全体寸法、約１５平方センチメートルより大きい全体寸法、ないし約２０平方センチメートルより大きい全体寸法をもち、第１構造の所定のアレイを有する光起電力セルを含む。

さらに別の実施形態では、第１構成要素の第１構造の３次元形状の断面寸法は、約９５ｎｍより小さい、約９０ｎｍより小さい、約８５ｎｍより小さい、約８０ｎｍより小さい、約７５ｎｍより小さい、約７０ｎｍより小さい、約６５ｎｍより小さい、約６０ｎｍより小さい、約５５ｎｍより小さい、約５０ｎｍより小さい、約４５ｎｍより小さい、約４０ｎｍより小さい、約３５ｎｍより小さい、約３０ｎｍより小さい、約２５ｎｍより小さい、約２０ｎｍより小さい、約１５ｎｍより小さい、ないし約１０ｎｍより小さい。

さらに別の実施形態では、第２構成要素の第２構造の３次元形状各々は、約１００ｎｍより小さい、約９０ｎｍより小さい、約８０ｎｍより小さい、約７０ｎｍより小さい、約６０ｎｍより小さい、約５０ｎｍより小さい、約４０ｎｍより小さい、約３０ｎｍより小さい、約２０ｎｍより小さい、ないし約１０ｎｍより小さい断面寸法をもつ。

ある実施形態では、第１構成要素は金属酸化物を含む。ある実施例では、第２構成要素は光吸収材料である。別の実施形態では、第１構成要素は結晶、半結晶、ないし非晶質である。さらに別の実施形態では、第１構成要素はＴｉＯ_２，Ｐ３ＨＴ，ＰＣＢＭ，ＩＴＯ，およびＰＰＶからなる群から選ばれた材料を含む。ある実施形態では、第１構成要素は電子供与材料である。他の実施形態では、バルクヘテロ接合（ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）の第２構成要素は第１構造の所定のアレイのすきま空間内に堆積される。

本発明のある実施形態によれば、光起電性デバイスは、モールドから作製された第１構造の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定されたバルクヘテロ構造の第１構成要素を含み、各々の構造は実質的に３次元形状が等しい。ある実施形態では、モールドはフルオロポリマー、ＰＦＰＥ，またはＰＦＰＥ由来の前駆体である。

本発明の光起電性デバイスのある実施形態では、実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の所定の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定された第１構成要素を含み、実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の所定の実質的に均一なアレイは、実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の所定の実質的に均一なアレイをフルオロポリマーモールド中で鋳造する工程により調製される。

ある実施形態では、光起電性デバイスの形成方法は、実質的に等しい３次元構造をもつ空洞のアレイを規定するフルオロポリマーモールドを提供する工程と、フルオロポリマーモールドの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞に第１材料を導入する工程と、フルオロポリマーモールドの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞中の第１材料を硬化させる工程と、フルオロポリマーモールドの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞から硬化した第１材料を取り外す工程を含む。

ある実施形態では、本発明は、第１構造の所定の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定された活性な電子供与構成要素を有する光起電性デバイスを含み、第１構造のアレイの各々の第１構造は３次元形状が実質的に等しく、第１構造のアレイの各々の第１構造は実質的に均一なアレイの隣接する第１構造に対して実質的に等しい配向性をもち、さらに第１構造のアレイの各々の第１構造は実質的に等しい断面寸法を有する。

ある実施形態によれば、光起電性デバイスは、電子受容材料と電子受容材料の近くに位置するように構成と寸法が設定された電子供与材料を含む。さらに、電子受容材料ないし電子供与材料の少なくともひとつはテンプレートから作製されたナノスケール構造を含み、テンプレートは低表面エネルギーのポリマー材料を含む。

他の実施形態では、光起電性デバイスはナノスケールの凹凸形状をもつ電子伝達材料層を含み、ナノスケールの凹凸形状は低表面エネルギーのポリマー材料からつくられたモールドから鋳造される。

ほかの実施形態では、光起電性デバイスの作製方法は、低表面エネルギーのポリマー材料から作製されたモールドを提供する工程を含み、モールドはその中に形成されたナノスケールのリセスを含む。次に、第１の光起電力物質がナノスケールのリセスに入るように第１の光起電力物質をモールドの表面に導入する。その次に、第１の光起電力物質をリセス中で固化させ、リセス中の固化した第１の光起電力物質をベース層に結合する。次に、固化した第１の光起電力物質をリセスから取り外し、電子相補的な第２の光起電力物質を固化した第１の光起電力物質に電気的に近接させて導入する。

ある実施形態によれば、ナノ粒子ないしナノ構造をモールドから収穫する方法は、低表面エネルギーのポリマー材料から作製したモールドを提供する工程を含み、モールドはナノスケールのリセスを含む。モールドのリセス中に物質を導入し、モールドのリセス中にある物質を固化させてナノ粒子を形成する。次に、ナノ粒子が少なくとも一部リセスから押し出されるようにリセスの体積を減少させる。

他の実施形態では、ナノ粒子を収穫する方法は、低表面エネルギー材料でできたモールド中に形成された粒子が、モールドの低表面エネルギー材料に付着するよりさらに強固にＰＤＭＳに付着するようにＰＤＭＳと接触させることと、粒子がモールドから引き離されるようにＰＤＭＳを低表面エネルギー材料でできたモールドとの接触から引き離すことを含む。

本発明で開示される主題について新規な特長と利点を明らかにすべく、実施形態を説明するための添付図面を参照する。

したがって、本発明は以下の項目を提供する：
（項目１）
光起電性デバイスであって、この光起電性デバイスは、
バルクヘテロ接合の第１構成要素を含み、この第１構成要素は第１構造の所定のアレイにより構成と寸法が設定され、
第１構造のこのアレイの各第１構造は３次元形状が実質的に等しく、
第１構造のこのアレイの各第１構造は実質的に等しい断面寸法を有し、この断面寸法が約１００ｎｍより小さい、光起電性デバイス。
（項目２）
実質的に均一なアレイを成す上記所定のアレイの隣接する第１構造に対して実質的に等しい配向性を有する、第１構造の上記アレイの各第１構造をさらに含む、項目１の光起電性デバイス。
（項目３）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状がシリンダーを構成する、項目１の光起電性デバイス。
（項目４）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状がカラムを構成する、項目１の光起電性デバイス。
（項目５）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状が線形構造を構成する、項目１の光起電性デバイス。
（項目６）
第２構成要素をさらに含み、この第２構成要素は上記第１構成要素の上記第１構造の所定の３次元形状をもつ上記アレイと係合するように構成と寸法が設定された３次元形状を有する第２構造のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目７）
第１構造の上記所定のアレイが約１平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目８）
第１構造の上記所定のアレイが約２．５平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目９）
第１構造の上記所定のアレイが約５平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目１０）
第１構造の上記所定のアレイが約１０平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目１１）
第１構造の上記所定のアレイが約１５平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目１２）
第１構造の上記所定のアレイが約２０平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定のアレイを含む項目１の光起電性デバイス。
（項目１３）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約９５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１４）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約９０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１５）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約８５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１６）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約８０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１７）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約７５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１８）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約７０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目１９）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約６５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２０）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約６０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２１）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約５５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２２）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約５０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２３）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約４５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２４）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約４０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２５）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約３５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２６）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約３０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２７）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約２５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２８）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約２０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目２９）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約１５ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目３０）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状の上記断面寸法が約１０ｎｍより小さい項目１の光起電性デバイス。
（項目３１）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約１００ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３２）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約９０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３３）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約８０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３４）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約７０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３５）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約６０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３６）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約５０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３７）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約４０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３８）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約３０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目３９）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状各々が約２０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目４０）
上記第２構成要素の上記第２構造の上記３次元形状が各々約１０ｎｍより小さい断面寸法をもつ項目６の光起電性デバイス。
（項目４１）
上記第１構成要素が金属酸化物を含む項目１の光起電性デバイス。
（項目４２）
上記第２構成要素が光吸収材料である項目６の光起電性デバイス。
（項目４３）
上記第１構成要素が結晶、半結晶、ないし非晶質である項目１の光起電性デバイス。
（項目４４）
上記第１構成要素がＴｉＯ _２ 、Ｐ３ＨＴ、ＰＣＢＭ，ＩＴＯ，およびＰＰＶからなる群から選ばれる材料を含む項目１の光起電性デバイス。
（項目４５）
上記第１構成要素が電子供与材料を含む項目１の光起電性デバイス。
（項目４６）
バルクヘテロ接合の第２構成要素をさらに含み、この第２構成要素は第１構造の上記所定のアレイのすきま空間内に堆積される項目１の光起電性デバイス。
（項目４７）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状が円錐を構成する、項目１の光起電性デバイス。
（項目４８）
光起電性デバイスであって、この光起電性デバイスは、
バルクヘテロ接合の第１構成要素を含み、この第１構成要素がモールドから作製された第１構造の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定されてなり、各々の構造の３次元形状が実質的に等しい、光起電性デバイス。
（項目４９）
上記モールドがフルオロポリマーを含む項目４８の光起電性デバイス。
（項目５０）
上記フルオロポリマーがＰＦＰＥまたはＰＦＰＥ由来の前駆体を含む項目４９の光起電性デバイス。
（項目５１）
上記第１構成要素の上記第１構造の上記３次元形状がシリンダー、カラム、ないし線形構造を構成する、項目４８の光起電性デバイス。
（項目５２）
第１構造の上記実質的に均一なアレイが約１平方センチメートルより大きい、約２．５平方センチメートルより大きい、約５平方センチメートルより大きい、約１０平方センチメートルより大きい、約１５平方センチメートルより大きい、または約２０平方センチメートルより大きい全体寸法を有する所定の実質的に均一なアレイを含む項目４８の光起電性デバイス。
（項目５３）
光起電性デバイスであって、この光起電性デバイスは、
実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の所定の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定された第１構成要素を含み、実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造のこの所定の実質的に均一なアレイは、
実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造のこの所定の実質的に均一なアレイをフルオロポリマーモールド中で鋳造する工程により調製される、光起電性デバイス。
（項目５４）
光起電性デバイスの形成方法であって、
実質的に等しい３次元構造をもつ空洞のアレイを規定するフルオロポリマーモールドを提供する工程と、
このフルオロポリマーモールドのこの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞に第１材料を導入する工程と、
このフルオロポリマーモールドのこの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞中のこの第１材料を硬化させる工程と、および
このフルオロポリマーモールドのこの実質的に等しい３次元構造をもつ空洞からこの硬化した第１材料を取り外す工程
を含む、方法。
（項目５５）
上記フルオロポリマーモールドがペルフルオロポリエーテルないしペルフルオロポリエーテルの前駆体を含む項目５４の方法。
（項目５６）
上記実質的に等しい構造をもつ空洞が約１００ｎｍより小さい断面寸法をもつ空洞を含む項目５４の方法。
（項目５７）
実質的に等しい構造をもつ空洞の上記アレイが約１平方センチメートルより大きい全体寸法を含む項目５４の方法。
（項目５８）
実質的に等しい構造をもつ空洞の上記アレイが約５平方センチメートルより大きい全体寸法を含む項目５４の方法。
（項目５９）
実質的に等しい構造をもつ空洞の上記アレイが約１０平方センチメートルより大きい全体寸法を含む項目５４の方法。
（項目６０）
実質的に等しい構造をもつ空洞の上記アレイが約２０平方センチメートルより大きい全体寸法を含む項目５４の方法。
（項目６１）
光起電性デバイスであって、この光起電性デバイスは、
第１構造の所定の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定された活性な電子供与構成要素を含み、
第１構造のこのアレイの各第１構造は３次元形状が実質的に等しく、
第１構造のこのアレイの各第１構造はこの実質的に均一なアレイの隣接する第１構造に対して実質的に等しい配向性を有し、
第１構造のこのアレイの各第１構造は実質的に等しい断面寸法を有する光起電性デバイス。

光起電性デバイス
本発明の実施形態によれば、ナノスケールの構造とナノスケールのアレイは、高効率の太陽電池素子を形成するために導電材料ないし半導体材料から作製される。構造および構造のアレイは、低表面エネルギーのポリマー材料でつくられた所定のナノスケールのモールドを用いて作製される。ある実施形態では、ナノスケールの構造の所定のナノスケールの配列および／または形状は、約１ｎｍから約２００ｎｍの間のサイズをもつ。他の実施形態では、ナノスケールの構造は約１ｎｍから約１００ｎｍの間のサイズをもつ。また別の実施形態では、ナノスケールの構造は約１ｎｍから約５０ｎｍの間のサイズをもつ。ある実施形態では、ナノスケールの構造はジグザグパターン、オフセット、ないしこれらの組み合わせで対称的に編成することができるアレイに配列してもよい。ある実施形態では、ナノスケールの構造のアレイは、各々のアレイ内で分類された様々な凹凸、サイズ、形状、構成などを有してもよく、例えば、あるナノスケールの構造は約１ｎｍと約２０ｎｍの間で寸法であってもよく、同じアレイの他のナノスケールの構造は寸法が約２５ｎｍから約２００ｎｍの間のサイズであってもよい。

一般的に、有機太陽電池素子は電子供与型構成要素（ｐ型導電材料）と電子受容型構成要素（ｎ型導電材料）からなる相互貫入型のポリマーネットワークを含み、これはしばしばバルクヘテロ接合と呼ばれる。本発明のある実施形態では、電子供与体は、所定の高忠実度の３次元構造の所定の第１構造をもつアレイ層中に構成される。ある実施形態では、電子受容材料は、第１構造をもつアレイ層の所定の３次元構造の間のすきまスペースに充填される。他の実施形態では、さらに電子受容体は、所定の高忠実度の３次元構造の所定の第２構造をもつアレイ層中に構成される。いずれか一方ないし両方の層が、特定の応用の要求によって構造をもつ層として構成できることは想起すべきである。

ある実施形態では、ポリマーのネットワークはポリマー／フラーレン混合物、ハロゲン添加有機結晶および色素増感された個体素子を含むことができるが、それらには限定されない。導電性ポリマーは、例えば、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ：ｐｏｌｙ‐（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））誘導体ないしＣ６０粒子を含むことができるが、それらには限定されない。さらに、ポリマー系材料、例えばここに開示される材料などは、例えば、発光ディスプレイ（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）と電界効果トランジスター（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような他の有機エレクトロニクスに利用することができる。ここに記載されるかかる半導体ポリマーやその作製方法は、発光ディスプレイ（ＬＥＤ）、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）、およびＰＶセルに活用できる。ポリマー光起電性デバイスにおいては、両方の活物質は高い光吸収係数を示すことができ、太陽光スペクトルの相補う部分をカバーすることができる。ある実施形態によれば、本発明のポリマー系光起電性デバイスはフレキシブル、軽量、フットプリントが大きい、高忠実度の構造をもつ層、半透明、低生産コスト、高スループット生産、低温プリント技術、有機材料の調節可能な特性などを太陽電池素子に提供する。

ある実施形態によれば、ナノスケールの構造および構造のアレイは、例えば金属、半導体、導電性ないし半導体ポリマー、ここに開示される他の材料、それらの組み合わせなどからつくることができるが、それらには限定されない。

図１を参照すると、本発明の例となる太陽電池光起電性デバイス１００が示されている。光起電性デバイス１００は、例えば高仕事関数電極１０２、高仕事関数電極１０２と接触できる第１界面層１０４、ナノ構造１０６および電子受容材料１０８を含むことができる電子供与材料１０６からなる第１ナノ構造を有するアレイ、低仕事関数電極１１２と接触できる第２界面層１１０、ならびに低仕事関数電極１１２のようないくつかの構成要素を含むこともできる。ある実施形態では、高仕事関数電極１０２はガラス上のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）であってもよいが、それには限定されない。高仕事関数電極１０２は、例えば、電極表面に反対向きの電気双極子をもつ分子をグラフティングすることにより修飾することができる。ある実施形態では、グラフト分子は一端に電子供与基、他端には電子受容基を備えた短い共役コアであってもよいが、それらには限定されない。この分子は、電子供与基として働くことのできる反応基を通じて電極表面に付着させることができる。反応基は酸、シラン、チオール、それらの組み合わせなどであってもよいが、それらには限定されない。グラフト分子は自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：ｓｅｌｆ‐ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成でき、それは電子供与材料／電子受容材料からなるパターンをもつ２次元アレイを電極上に直接付着させたり、ないしは電子供与体／電子受容体構造からなる２次元アレイのエンボス膜を電極上に直接付着させるのに役立つことができる。ある実施形態では、高仕事関数電極１０２は、電極上にナノ構造のアレイが形成しやすいように修飾してもよい。

本発明のある実施形態によれば、第１界面層１０４は高仕事関数電極１０２と接触させて作製することもできる。第１界面層１０４はインジウムと酸素の拡散を最小限にとどめ、起伏のある高仕事関数電極１０２（ＩＴＯ）表面を均し、ショートを防ぎ、ないしシャント抵抗を与える界面ホール輸送層であってもよいが、それには限定されない。ホール輸送層は、ポリスチレンスルフォンアイクドを添加したポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ：ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｉｃｄ）であってもよいが、それには限定されない。ほかの実施形態では、第１界面層１０４は自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）であってもよい。ＳＡＭは、高仕事関数電極１０２（ＩＴＯ）ないし低仕事関数電極１１２いずれかの表面を修飾するためのフッ素化ＳＡＭと反応性ＳＡＭを混合したものであってもよいが、それらには限定されない。さらにＳＡＭ層は、ナノスケール構造をもつ凹凸形状が関係するばりないしスカム層の有無に関わらず電子供与材料／電子受容材料からなるアレイをつくるのに役立つことができる。さらに別の実施形態によれば、第１界面層１０４は、それには限定されないがＩＴＯ粒子をポリマー樹脂、例えばウレタン、に混ぜ込んでつくられたＩＴＯ透明樹脂から作製できるエンボスないしモールド膜であってもよい。さらに別の実施形態では、第１界面層１０４は上述した層の組み合わせであってもよい。

本発明のある実施形態によれば、第２界面層１１０は低仕事関数電極１１２と接触して作製することもできる。ほかの実施形態では、第２界面層１１０は作製した後で低仕事関数電極１１２に接触させて配置してもよい。第２界面層１１０は、それらには限定されないが次のものであってもよい、すなわちエキシトンを阻止し電子伝導層として機能する界面層であり、この層はそれには限定されないがバソキュプロイン（ＢＣＰ：ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）からつくることができる。

ほかの実施形態では、第２界面層１１０は、それらには限定されないが低仕事関数電極１１２の表面を修飾するためにフッ素化ＳＡＭと反応性ＳＡＭを混合してつくることができる層ないし自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）であってもよい。この層は、ナノスケール構造をもつ凹凸形状が関係するばり層の有無に関わらず電子供与材料／電子受容材料からなる２次元アレイをつくるのに役立つこともできる。もう一つの実施形態では、第２界面層１１０は上述した層の組み合わせであってもよい。

本発明のある実施形態によれば、低仕事関数電極１１２は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、それらの組み合わせなどであってもよいが、それらには限定されない。低仕事関数電極１１２は、それらには限定されないが反対向きの双極子をもつ分子を表面にグラフティングすることにより修飾することができる。ある実施形態では、グラフト分子は電子供与基を一端付近に、電子受容基を他端に向かって備えた短い共役コアであってもよいが、それらには限定されない。この分子は電子供与基として働くことのできる反応基を通じて電極表面に付着させることができる。反応基は、酸、シラン、チオール、それらの組み合わせなどであってもよいが、それらには限定されない。グラフト分子は自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を形成でき、それらは電子供与体／電子受容体構造（１０６，１０８）からなるナノスケールパターンをもつアレイを直接電極に付着させたり、ないしは電子供与体／電子受容体（１０６，１０８）からなるアレイを有する膜を直接電極に付着させるのに役立つことができる。ある実施形態によれば、低仕事関数電極１１２は、例えば電子受容材料１０８のようなナノ粒子ないしナノ構造のアレイが電極上のばり層の有無に関わらず形成しやすくなるように修飾することができる。

ある実施形態によれば、ナノスケールのアレイ層（１０６，１０８）のナノスケールの構造は、図１に示すようにマトリックス中に配列されたカラムないし柱として形成できるが、それらには限定されない。ほかの実施形態では、ナノスケールの凹凸形状をもつアレイ（１０６，１０８）は、球、回転楕円体、台形、シリンダー、正方形、長方形、円錐、ピラミッド、不定形、矢形、線ないしグリッド、一定太さの線、太さが変わる線、連続線、それらの組み合わせなどとして形成できるが、それらには限定されない。

アレイの形状は、ある実施形態では、均一な配向性と規則的な構造間の間隔とをもつことができる。他の実施形態では、アレイの形状は、交互に変わる形状、サイズ、および配向性、ないし不定な形状、サイズ、および配向性などをもってもよい。他の実施形態では、アレイの形状は高さが変化してもよい。ひとつの望ましい実施形態は、構造化された層の表面積が最大になるようにアレイ中でデザインと配向性とが設定された構造をもつ構造化された構成要素の層を含む。ある実施形態では、ナノスケールの粒子からなる構造間の距離は約１ｎｍから約５００ｎｍの間にある。ほかの実施形態では、ナノスケールの粒子からなる構造間の距離は約１ｎｍから約１００ｎｍの間にある。別の実施形態では、ナノスケール粒子からなる構造間の距離は約５ｎｍから約５０ｎｍの間にある。さらに別の実施形態では、ナノスケールの粒子からなる構造間の距離は約５ｎｍから約２０ｎｍの間にある。ナノスケールの粒子からなる構造間の望ましい距離は一般的に、電子供与材料１０６および電子受容材料１０８として使われることになる所定の材料に対して、励起された電子がそれぞれのホールと再結合する前に走行するであろう距離として決めることができる。太陽電池素子１００の電子供与材料１０６と電子受容材料１０８の界面は、電子供与材料１０６の最も遠くにある電子から見て、電子がフォトンで励起された時に走行できる距離より遠く離れていないことが望ましいであろう。結果として、光エネルギーで励起された電子は電子受容層１０８に輸送されるはずであり、有用なエネルギーが生成される。

高忠実度の光起電性デバイスの作製
本発明の電子供与性および電子受容性の構成要素は、本発明およびいずれも公開済の２００６年６月１７日出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０６／２３７２２、２００６年９月７日出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０６／３４９９７、２００６年８月９出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０６／３１０６７、これらは参照によりここに組み込まれる、においてより詳細に記載されている方法と材料から作製される低表面エネルギーのポリマーからなるテンプレートを用いてナノスケールの鋳造技術により構造がつくられる。ある実施形態では、モールドは、例えば、それらには限定されないが、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）（Ｌｉｑｕｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）、ペルフルオロポリエーテル材料の前駆体、およびここに記載されるペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）材料のような低表面エネルギーポリマー材料から作製される。本発明のナノスケールの鋳造技術は、ある実施形態では、例えばフォトリソグラフィーないしエッチングにより所定のパターンを調整したシリコンウェーハの複製鋳造から始めることができる。エッチングしたシリコンウェーハに次に低表面エネルギーのポリマー材料を導入し、キュア、活性化、ないし硬化させて、シリコンウェーハの複製モールドを形成する。ほかの実施形態では、他の材料でも、硬化したモールド材料の表面エネルギーがモールドの空洞に導入される材料の表面エネルギーより小さければ、本発明のモールドに使うことができる。

ナノスケールの構造をもつ層は、エッチングしたシリコンウェーハのサイズをなぞった全体サイズないしフットプリントを有し、シリコンウェーハのエッチングを複製したナノスケールの構造を含むことができる。典型的なシリコンウェーハは２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ（５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、および３００ｍｍウェーハ）の範囲の直径を有する。したがって、ある実施形態では、構造をもつ層ないし構成要素（１０６，１０８）の全体サイズないしフットプリントは、エッチングされたウェーハのサイズをなぞることができ、フットプリントが２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ直径の範囲の光起電力セルが提供できる。しかし、当然のことながら、本発明は２インチ、４インチ、６インチ、８インチ直径のフットプリントには制限されない。むしろ、本発明の光起電力セルは、マスターテンプレート（例えば、シリコンウェーハ、石英シート、ガラスシート、ロール状ニッケル、他のパターンをもつ表面）を作製できるいかなるサイズおよび／ないし形状にも作製できる。ある実施形態では、マスターテンプレートは連続工程で作製でき、実際の製造上の制約だけが制限となる長さと幅をもつことができる。ある実施形態では、光起電力セルは、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、２４インチ、３６インチ、ないし４８インチの幅で、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、２４インチ、３６インチ、４８インチ、６０インチ、７２インチ、８４インチ、９６インチ、ないし連続的な長さをもつシートに作製できる。作製後には、シートは特定の応用に必要なサイズおよび／または形状に切断できる。通常の当業者であれば、ナノ構造１０６がつくり込める形状および／ないしサイズの範囲を正しく評価するであろう。

複製技術を用いた光起電性デバイスの作製
図２を参照して、パターンをもつナノ構造はＰＲＩＮＴ（商標）法により、さらに先に参照した公開済の国際出願に開示されているように作製できる。図２によれば、基板２０２はナノ構造２１４のための裏打ちないしベースとして供される。ベース２０２は、例えば、導電材料、半導体、非導電材料、生体適合材料、溶解性材料、ポリマー、セラミック、金属、それらの組み合わせなどであってもよい。第１物質２０４が次にベース２０２上に堆積される。ある実施形態によれば、第１物質は電子供与材料ないし電子受容材料とすることができる。第１物質は液体であるか、ないしは処理用に実質的に液体状態のように扱えることが望ましいが、しかし、第１物質は必ずしも液体である必要はない。次に、パターンが上についたパターン付きテンプレート２０６を第１物質２０４に接触させる。パターン付きテンプレート２０６は、ベース２０２と実質的に接触させることが望ましく、それによりパターンの突起２１６がパターン付きテンプレート２０６から突き出したところで第１物質２０４を排除する。図２の概略図Ｂに示すように、パターン付きテンプレート２０６をベース２０２に対して配置した時、第１物質はパターン付きテンプレート２０６のリセス内に分配される。ほかの実施形態では、パターン付きテンプレート２０６はベース２０２との間に隙間があってもよく、それにより第１物質は繋がった状態に保たれる。

もう一つの実施形態によれば、例えば図２の第１物質２０４のような液体は、一滴ないしそれ以上の液滴を基板上に堆積することにより、テンプレートと基板の間に配置される。その後、テンプレートによる液体との接触がなされて液体が基板表面上に展開され、次いでそこにパターンが記録される。他の実施形態では、液体はリセス内で発生する力でパターン付きテンプレートのリセス部に入り込む。ここでそのような力は大気圧などを含むことができるが、それらには限定されない。液滴は手作業で基板上に配置したり、ないしはモールドされるべき液体の溶液を表面に噴霧し、溶媒を蒸発させ堆積量を制御してもよい。

次に、この組み合わせに処理２０８を施し、それにより第１物質２０４を活性化、重合、蒸発、固化、あるいは硬化させて固体ないし半固体に変える。処理２０８は、例えば溶剤注入および硬化工程、ならびにここに記載されるがそれらには限定されない技術、例えば光硬化、熱硬化、蒸発、およびそれらの組み合わせなど、いかなる処理であってもよい。処理２０８が終わった後に、パターン付きテンプレート２０６は第１物質２０４とベース２０２の組み合わせから取り外される。

次に、第２物質２１０がパターン付きテンプレート２０６を取り外した後に残されたウェルないしリセスパターンを満たすように、第２物質２１０を第１物質２０４とベース２０２の組み合わせに導入する。第２物質２１０はいかなる物質、ポリマー、液体、半固体、ペースト、電子供与材料、電子受容材料、導体、半導体、活性、生物活性、薬剤、抗生物質、それらの組み合わせなどであってもよい。第１物質２０４、ベース２０２、および第２物質２１０の組み合わせに第２処理２１２を施す。第２処理２１２は、どのような処理であってもよいが、しかし特に、例えば、光硬化、熱硬化、融解処理、蒸発、それらの組み合わせなど、ここにより詳しく開示される処理であってもよい。第２処理２１２は、第２物質にきっかけを与えて固体ないし半固体材料に硬化させ、第２物質２１０と第１物質２０４がお互いを化学的および／ないし物理的に固定するように、第２物質２１２を活性化して第１物質２０４と結合させることができる。

ある実施形態によれば、ナノ構造２１４が光起電性デバイスを形成するように、第１物質２０４は電子供与材料とすることができ、第２物質２１０は電子受容材料とすることができる。そのような素子では、電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約１ｎｍから約１００ｎｍの間より遠く離れていないことが望ましい。光起電性デバイスでは、電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約５ｎｍから約５０ｎｍより遠く離れていないことがさらに望ましい。電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約５ｎｍから約２５ｎｍより遠く離れていないことがさらになお望ましい。

図３によれば、個々の所定の粒子ないし構造３１４のアレイは、ＰＲＩＮＴ（商標）法で作製できる。ある実施形態では、パターン付きテンプレート３０２が取り外された時に粒子ないし構造５０１４はパターン付きテンプレート３０２中に残る。いくつかの実施形態によれば、第１物質２０４が、これは例えば光起電性デバイスの電子供与材料ないし電子受容材料であってもよいが、ベース２０２上に堆積される。次に第１物質２０４がパターン付きテンプレート３０２のナノスケールのリセス３１０と相互作用するようにパターン付きテンプレート３０２が配置されて第１物質２０４が係合される。ほかの実施形態では、第１物質２０４はまた、蒸着、エレクトロスピン、それらの組み合わせなどによりパターン付きテンプレート３０２中に堆積してもよい。次に処理３１２が施されて第１物質２０４は硬化あるいは固化ないし半固化され、パターン付きテンプレート３０２のナノスケールのリセス３１０形状をなぞった粒子ないしナノ構造３１４になる。処理３１２は、例えば光硬化、熱硬化、蒸発、融解処理、それらの組み合わせなど、ここで開示されるいかなる処理であってもよい。粒子ないしナノ構造３１４はその時パターン付きテンプレート３０２に保持される。ほかの実施形態では、パターン付きテンプレート３０２が取り外された時に、粒子ないし構造３１４がパターン付きテンプレート３０２中での作製の結果ベース２０２上に残る。このような方法によれば、ベース２０２は光起電性デバイスの構成要素となってもよく、ないしは粒子３１４は光起電性デバイスにさらに移すための膜に移してもよく、ないしはベース２０２から直接光起電性デバイスの層に移してもよい。

次に、本発明の実施形態により光起電性デバイスを形成するために、図３の粒子ないしナノ構造３１４は、例えば、高ないし低仕事関数電極ないし電子供与材料ないし電子受容材料であるベース物質に移したり、ないしは結合させたりできる。図４を参照して、ベース物質４０２はベース２０２上に配置される。ベース物質４０２は、例えば、フッ素化層、接着層、反応層、ないしそれらの組み合わせなどの界面層ないしＳＡＭ層であってもよいが、それらには限定されない。ベースは向きが反対の双極子をもつ分子を電極の表面にグラフティングすることにより修飾することができるが、それには限定されない。グラフト分子は一端に電子供与基を、他端に電子受容基をもつ短い共役コアであってもよいが、それらには限定されない。この分子は、電子供与基として働くことのできる反応基を介して電極表面に付着される。反応基は酸、シラン、チオール、それらの組み合わせなどであってもよいが、それらには限定されない。グラフト分子は自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成でき、それは電子供与体／電子受容体からなるパターンをもつ２次元アレイを直接電極上に付着させたり、ないしは電子供与体／電子受容体の２次元アレイのエンボス膜を直接電極上に付着させるのに役立つことができるが、それらには限定されない。次に、パターン付きテンプレート３０２により保持された粒子３０８の２次元アレイをベース物質２０２と接触するように再配置し、処理を施してベース物質４０２を硬化、キュア、活性化、或いは固化する。この処理は、構造３１４をベース物質４０２に結びつける処理であってもよい。構造３１４は、ベース物質４０２と取り外せるように結合させたり、ベース物質４０２と化学結合させたりなどできる。ある実施形態では、ベース物質４０２は固化するための処理を必要としない。ある実施形態では、構造３１４は電子供与材料ないし電子受容材料を形成でき、ベース物質４０２は光起電性デバイスの高ないし低仕事関数電極を形成できる。

パターンをもつ物質粒子３１４を構成要素の層ないし物質２０２と結合させた後、隣接する構造３１４に対して意図的かつ所定の配置に形状と配向性とが設定されたナノ構造３１４を用いて光起電性デバイスのためのナノ構造をもつ構成要素の層を作製する。

ある実施形態では図５に示すように、粒子ないしナノ構造３１４とベース物質４０２との組み合わせに第２物質５０２を導入する。第２物質５０２の組成は、電子供与性ないし電子受容性の点で粒子３１４の組成とコンプリメント（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔ）であることが望ましい。したがって、仮に粒子３１４が電子供与材料であれば、第２物質５０２は電子受容材料とすることができる。第２物質５０２は、パターン付きテンプレート３０２を取り外したことで粒子３１４の間に残されたすきまスペースを第２物質５０２が埋めるように、粒子３１４とベース物質４０２の組み合わせに導入することができる。第２物質５０２は液体ないし実質的に液体として導入できるが、しかし、第２物質５０２は必ずしも液体である必要はない。さらに第２物質５０２は、蒸着、エレクトロスピン、融解処理ないし他の方法により導入することができる。第２物質５０２はいかなる物質、ポリマー、液体、半固体、ペースト、電子供与材料、電子受容材料、導体、半導体、活性、生物活性、薬剤、抗生物質、それらの組み合わせなどであってもよい。

第２物質５０２を構造３１４の間のスペースに導入した後、第２処理５０４を粒子３１４、ベース物質４０２、および第２物質５０２の組み合わせに施すことができる。第２処理５０４はいかなる溶剤蒸発工程、融解工程、硬化処理、特にここにより詳しく開示される、例えば、光硬化、熱硬化、それらの組み合わせなどの硬化処理であってもよい。第２処理５０４は第２物質５０２にきっかけを与えて固体ないし半固体に硬化させることができ、第２物質５０２と構造３１４がお互いに化学的に結び付きないし固定するように第２物質５０２を活性化して構造３１４ないし第１物質と結合させることができる。ある実施形態では、第２物質５０２が繋がるように追加の第２物質５０２を導入してもよい。さらに追加の第２物質５０２は、界面層ないし低または高仕事関数電極層のひとつであってもよいがそれらには限定されない第２ベース層５０６を形成できる。ある実施形態によれば、第２物質５０２は、構造が材料の層から突き出したナノスケールパターンの構造の第１の２次元アレイに導入できる。第２物質５０２を粒子３１４とベース物質４０２の組み合わせに導入することについて記載したのと同様の技術を用いて、図５に示すように、第２物質５０２をナノスケールパターンをもつ構造の間のスペースに導入することができる。

ある実施形態によれば、組み合わせたナノ構造が光起電性デバイスを形成するように、第１物質２０４ないし構造３１４は電子供与材料とすることができ、第２物質５０２は電子受容材料とすることができる。そのような素子では、電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約１ｎｍから約１００ｎｍより遠く離れていないことが望ましい。光起電性デバイスでは、電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約５ｎｍから約５０ｎｍより遠く離れていないことがさらに望ましい。電子供与材料／電子受容材料のいかなる接合も、電子供与材料のいかなる電子からも約５ｎｍから約２５ｎｍより遠く離れていないことがさらになお望ましい。そのような素子では、生成した励起子は電子供与／電子受容材料の接合から約１ｎｍから約１００ｎｍより遠く離れていないことが望ましい。光起電性デバイスでは、生成した励起子は電子供与材料／電子受容材料の接合から約５ｎｍから約５０ｎｍより遠く離れていないことがさらに望ましい。生成した励起子は電子供与／電子受容材料の接合から約５ｎｍから約２５ｎｍより遠く離れていないことがさらになお望ましい。一実施形態によれば、各々のナノ構造１０６は約２５０ｎｍより小さい断面直径をもつ。他の実施形態によれば、各々のナノ構造は約２２５ｎｍ、２００ｎｍ、１７５ｎｍ、１５０ｎｍ、１４０ｎｍ、１３０ｎｍ、１２０ｎｍ、および１１０ｎｍより小さい断面直径をもつ。より望ましい一実施形態によれば、各々のナノ構造１０６は約１００ｎｍより小さい断面直径をもつ。ほかのより望ましい実施形態によれば、各々のナノ構造１０６は約９５ｎｍより小さい、約９０ｎｍより小さい、約８５ｎｍより小さい、約８０ｎｍより小さい、約７５ｎｍより小さい、約７０ｎｍより小さい、約６５ｎｍより小さい、約６０ｎｍより小さい、約５５ｎｍより小さい、約５０ｎｍより小さい、約４５ｎｍより小さい、約４０ｎｍより小さい、約３５ｎｍより小さい、約３０ｎｍより小さい、約２５ｎｍより小さい、約２０ｎｍより小さい、約１５ｎｍより小さい、約１０ｎｍより小さい、約７ｎｍより小さい、約５ｎｍより小さい、ないし約２ｎｍより小さい断面直径をもつ。

電子受容材料と電子供与材料
本発明のある実施形態によれば、太陽電池素子１００の電子供与材料１０６と電子受容材料１０８は以下のものを含むことができるが、それらには限定されない。すなわち、低仕事関数材料、高仕事関数材料、求電子材料、量子ドット、ナノ粒子、ミクロ粒子、共役ポリマー、導電性ポリマー、複合材料、混合材料、電子的にドーピングされた材料、ナノコンポジット材料、電子輸送材料、ホール輸送材料、光透過材料、ナノ構造材料、メソ構造材料、有機材料、共役分子、無機材料、ナノロッド、ナノワイヤー、ナノ結晶、ナノ材料、カーボンナノチューブ、Ｃ_６０、フラーレン、Ｃ_６０誘導体、ＴｉＯ_２、ＩＴＯ、ＴＴＦ ＣｄＳｅナノ粒子、酸化スズ、亜鉛フタロシアニン、銅フタロシアニン、鉄フタロシアニン、ペリレンテトラカルボン酸ビスベンゾイミダゾール、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸、２，９−ジメチル−アントラ（２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ’）ジイソキノリン‐１，３，８，１０‐テトラオン、フリベースフタロシアニン、バソクプロイン、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホナート）、ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ポリ（フェニレンビニレン）、（２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ＰＣＢＭ＝（６，６）−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル）、ポリ（３−（４’−（１”，４”，７”−７”−トリオキサオクチル）フェニル）チオフェン）、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（３−フェニル−アゾ−メチン−チオフェン），ポリビニル（Ｎ−カルバゾール）、ジシアノビニル−クアテルチフェン、１，１’−ジアリル置換４，４’−ジピリジン、ポリ（フェニルキノキサリン）、１，４−ジアミノアントラキノン、ポリ（１，６−ヘプタジエン）、ポリ（１，４−ピリジルビニレン）、ポリフルオレン含有材料、ポリ（アニリン）、セレン化物ナノ粒子、硫化物ナノ粒子、テルル化ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、酸化タングステンナノ粒子、酸化亜鉛ナノ粒子、酸化ジルコニウムナノ粒子、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、ピロール、キサンチン、テトラチアフルバレン、窒素含有材料、イオウ含有材料、カリックスアレーン、キノン、二価および三価金属、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、鉄遷移金属錯体、電解質レドックス系、高分子電解質、感光剤、シリコンナノ粒子、シリコン含有材料、ゲル電解質、励起子ブロッキング層、それらの組み合わせなど。

本発明に役立つ一つの固体材料種は導電性ポリマーである。これらのポリマーは、典型的にはポリマー構造を通して電子が行き交いやすくする不飽和度を有する有機構造を含む。ポリマーは一般的にモノマー構成要素から合成されるので、導電性ポリマーの導電性の設計は、モノマー構成要素が所望の特徴を持つように制御することで促進できる。さらに、有機および金属イオンの両構成要素を含むポリマーは、様々な数の金属イオンを組み込むことで有機系ポリマーよりも多くの多様性を提供できる。様々な合成方策が多くの先行技術に関する参考文献に記載されているが、それら各々は、以下に簡潔に記載され、参照により全体がここに組み込まれる。Ｚｏｔｔｉらは、フェロセンペンダント基でレドックス修飾したいくつかのポリピロールとポリチオフェンのｉｎ−ｓｉｔｕ導電率について開示している。導電性ポリマーの主鎖を通過する電子のホッピング速度がフェロセン‐主鎖間距離の減少およびフェロセンと主鎖そのものとの共役により増加することが明らかにされている。「ケミストリー・オブ・マテリアルズ（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」１９９５年，７巻，ｐ．２３０９でキャメロン（Ｃａｍｅｒｏｎ）らはルテニウム錯体とポリマー間の直接の電子通過をもたらす配位［Ｒｕ（ｂｐｙ）_２］^２＋、部分、をもつベンゾイミダゾール系共役ポリマーについて記載している。「ケミストリー・オブ・マテリアルズ（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」１９９７年，ｐ．３０３でオーデベルト（Ａｕｄｅｂｅｒｔ）らは単環の銅（ＩＩ）、コバルト（ＩＩ）、ニッケル（ＩＩ）、および亜鉛（ＩＩ） の錯体をベースとした金属サレンを用いた一連の導電性ポリマーについて報告している。

注意深く選んだ条件下では、厚い電気活性なポリマー堆積物が溶液中においてモノマーが電気化学的に酸化する時に形成される。「ニュー・ジャーナル・オブ・ケミストリー（Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」１９９２年，１６巻，ｐ．６９７でセガワ（Ｓｅｇａｗａ）らは、オリゴチオフェンで架橋され逐次秩序化された１次元ないし２次元の金属ポルフィリンポリマーの構築を通じて、一連の高秩序導電性ポリマーについて記載している。１次元のリン（Ｖ）ポルフィリンポリマーはポルフィリン環の軸方向に連結され、一方で２次元の金属ポルフィリンポリマーはオリゴチエニル基で赤道方向に結合される。両方のポリマーのタイプは電気化学重合技術で調整された。米国特許第５５４９８５１号はアミノ化合物を混合したシリコン含有ポリマーについて論じている。高導電性のポリマー組成は酸化性ドーパント、典型的にはヨウ素と塩化第二鉄をドーピングして形成される。この組成により賦形性が向上し、高導電性の膜形成ないしコーティングに容易に応用できる。米国特許第４８３９１１２号はオルガノ大員環を共平面状に重畳することにより、望ましくはフタロシアニンを共平面状に重畳することにより低次元で電気伝導性をもつ物質を作製する方法を開示している。強いブレンステッド酸中で共平面状に重畳された組成物は、例えばファイバーないし膜のような所望の形につくられる。導電性ポリマー骨格にレセプターを組み込むと、標的分析物が結合した時に物理特性が変化する材料ができることが示されている。すなわち、デヴィンク（Ｄｅｖｙｎｃｋ）らは、Ｃｏ（ＩＩＩ） ポルフィリン部位を含む材料について記載している。ピリジンに暴露した時、さらにピリジン量を変えた時にＣｏ（ＩＩＩ）／Ｃｏ（ＩＩ） レドックス対に変化が見られる。米国特許第５２５０４３９号は、有機導電性ポリマー層の導電率の変化を測定することにより試験サンプル中の所定の分析物の存在ないし濃度を決める導電性センサーの利用について報告している。導電率の変化は、ドーパント化合物が発生して導電性センサーの検出領域まで移動し、導電性ポリマー層にドーピングする結果として生じる。一つの例は、ドーパント化合物が、ヨウ化物イオン間の反応で形成されるヨウ素分子、グルコースの存在ないし濃度を決めるために素子の反応ゾーンにあるペルオキシダーゼ酵素ないしモリブデン（ＶＩ）触媒を含むと記載している。米国特許第４９９２２４４号は、ラングミュア‐ブロジェット技術を使って作製された化学マイクロセンサーを開示している。この化学マイクロセンサーは、特定のガスないし蒸気およびその濃度に暴露した時に電流が異なる度合いの変化を示すジチオレン遷移金属錯体を用いた膜である。スウェイジャー（Ｓｗａｇｅｒ）らの米国特許第６３２３３０９号は、導電性ポリマーと金属錯体の複合材料について記載している。スウェイジャー（Ｓｗａｇｅｒ）により記載された材料は以下のものを含むが、それらには限定されない。すなわち、５‐（トリブチルスタンニル）‐２，２‐ビチオフェン、５，５‐ビス（５‐ビ（２，２’‐チエニル））‐２，２’‐ビピリジン、２−（トリブチルスタンニル）‐３，４−エチレンジオキシチオフェン、５，５’‐ビス（３，４−エチレンジオキシチエニル）‐２，２’‐ビピリジン、５，５’‐ビス（２−（５‐ブロモ‐３，４−エチレンジオキシチエニル））‐２，２’‐ビピリジン、５，５’‐ビス（５‐（２，２’‐ビ（３，４−エチレンジオキシチエニル）‐２，２’‐ビピリジン、Ｒｏｔ（１，Ｚｎ）（ＣｌＯ_４）_２、Ｒｏｔ（１，Ｃｕ）（ＢＦ_４）、Ｒｏｔ（３，Ｚｎ）（ＣｌＯ_４）_２、Ｒｏｔ（２，Ｚｎ）（ＣｌＯ_４）_２、Ｒｏｔ（２，Ｃｕ）（ＢＦ_４）、３，４‐エチレンジオキシ‐２，２’‐ビチオフェン、２‐トリブチルスタンニル‐３，４‐エチレンジオキシチオフェン、５‐（２‐チエニル）サリチルアルデヒド、５‐（２‐（３，４‐エチレンジオキシ）チエニル）サリチルアルデヒド、Ｎ，Ｎ’‐エチレンビス（５‐（２‐チエニル）サリチリデンイミン）、Ｎ，Ｎ’‐エチレンビス（５‐（２‐（３，４‐エチレンジオキシ）チエニル）サリチリデンイミン）、Ｎ，Ｎ’‐エチレンビス（５‐（２‐チエニル）サリチリデンイミナト）コバルト（ＩＩ）、Ｎ，Ｎ’‐エチレンビス（５‐（２‐（３，４‐エチレンジオキシ）チエニル）サリチリデンイミナト）コバルト（ＩＩ）（６）、それらの組み合わせなど。

粒子ないしナノ構造がパターン付きテンプレート中に個々に別れたナノ粒子として作製される本発明の実施形態では、パターン付きテンプレートの空洞から収穫しないと、ナノ粒子を光起電性デバイスに使用ないし応用できないことがよくある。ナノ粒子を収穫する方法は、ここに参照される本出願者の同時に係属する公開された国際特許出願に記載された方法を含む。ある方法によれば、図６に示すように、個々のナノ粒子６０６は、ここに記載されるようにモールド６０２中に作製される。ナノ粒子６０６を固化する処理の前ないし後に、粒子６０６に対して親和性をもつ収穫層６０４を粒子６０６と接触させ、一方で粒子６０６はモールド６０２との繋がりを保つ。収穫層６０４は一般的に粒子６０６に対して、モールド６０２と粒子６０６との間の親和性より高い親和性を有する。図６Ｄにおいて、収穫層６０４をモールド６０２から分離することにより、粒子６０６は収穫層６０４に付着したままモールド６０２から引き離される。

一実施形態では、収穫層６０４は粒子６０６に対して親和性をもつ。例えば、ある実施形態では、収穫層６０４はモールド６０２に宛がわれた時に粘着性ないし付着しやすい表面を含む。他の実施形態では、収穫層６０４はモールド６０２と接触させた後に変形を生じる。ある実施形態では、その変形は収穫層６０４の本来備わった特性である。他の実施形態では、収穫層６０４は変形を引き起こすように処理される。例えば、一実施形態では、収穫層６０４はモールド６０２と接触させた後に硬化するエポキシである。したがって、モールド６０２を硬化したエポキシから鳴り響いた時に、粒子６０６はモールド６０２ではなくエポキシに契合されたまま残る。他の実施形態では、収穫層６０４は冷やして氷にする水である。したがって、モールド６０２を氷から剥がした時、粒子６０６はモールド６０２ではなく氷と繋がった状態で残る。一実施形態では、粒子を含んだ氷を溶かしてある濃度の粒子６０６を含む液体をつくることができる。ある実施形態では、収穫層６０４は、限定なしに、炭水化物、エポキシ、ワックス、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ブチル、ポリシアノアクリラートおよびポリメタクリル酸メチルのひとつないしそれ以上を含む。ある実施形態では、収穫層６０４は、限定なしに、液体、溶液、粉体、粒状材料、半固体材料、懸濁液、それらの組み合わせなどの一つないしそれ以上を含む。

粒子ないしナノスケールの構造は、例えば図６に示すようにＰＤＭＳ層に付着させるなど、移動過程によりパターン付きテンプレート６０２から収穫できる。ＰＤＭＳ層６０４は、粒子６０６を含むパターン付きテンプレートのモールド６０２にゆっくりと押し付けられ、次にＰＤＭＳ層６０４はすばやく取り外される。ＰＤＭＳ層６０４は粒子に付着し、それらをモールド６０２から引き離す。

さらにもう一つの実施形態では、粒子および／またはパターンをもつアレイの構造は、分解のはやい基板、シート、ないしフィルム上に収穫される。フィルム形成剤は、プルラン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、ポリエチレングリコール、キサンタンゴム、トラガカントゴム、グァーゴム、アカシアゴム、アラビアゴム、ポリアクリル酸、メチルメタクリレート共重合体、カルボキシビニルポリマー、アミロース、高アミロース澱粉、ヒドロキシプロピル化高アミロース澱粉、デキストリン、ペクチン、キチン、キトサン、レバン、エルシナン、コラーゲン、ゼラチン、ゼイン、グルテン、大豆タンパク質分離物、乳清タンパク質分離物、カゼイン、それらの組み合わせなどが含むことができるが、それらには限定されない。

ある実施形態では、方法は、粒子の収穫ないし収集を含む。ある実施形態では、粒子の収穫ないし収集は、ドクターブレードによるこすり取り、ブラッシング処理、溶解処理、超音波処理、メガソニック処理、静電処理、および磁気処理を含む群から選ばれる処理を含む。ある実施形態では、粒子の収穫ないし収集は、材料が粒子に対して親和性をもつ粒子の表面の少なくとも一部に材料を当てることを含む。ある実施形態では、材料は付着性ないし粘着性の表面を含む。ある実施形態では、材料は、限定なしに、炭水化物、エポキシ、ワックス、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ブチル、ポリシアノアクリラート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチルの一つないしそれ以上を含む。ある実施形態では、粒子の収穫ないし収集は、（例えば、粒子と接触させた状態で）水を冷却して氷を形成することを含む。ある実施形態では、ここに開示される主題は、ここに記載された方法により形成される一つないし複数の粒子について記載する。ある実施形態では、複数の粒子は複数の単分散粒子を含む。ある実施形態では、一つないし複数の粒子は、半導体素子、結晶、薬物送達ベクター、遺伝子送達ベクター、疾病検出素子、疾病位置検出素子、光起電性デバイス、ポロゲン、化粧品、エレクトレット、添加剤、触媒、センサー、解毒剤、ＣＭＰのような研磨剤、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、細胞担体、タガント、薬剤、バイオマーカーを含む群から選ばれる。ある実施形態では、一つないし複数の粒子は自立した構造を含む。

マイクロおよびナノ構造と粒子
ある実施形態によれば、ここに開示される方法と技術により形成される構造、構造をもつ層、ないし粒子は、所望の形状と配置をもつモールドに対応した形状をもつことができる。他の実施形態によれば、多くの所定の規則的および所定の不規則な形状とサイズの構成をもつナノ粒子ないしナノ構造およびパターンをもつアレイは、ここに開示された主題の材料と方法を用いてつくることができる。ここに開示された主題の材料と方法を用いてつくることができる代表的な粒子および／またはアレイ構造の形状の例は、非球状、球状、ウイルス形状、バクテリア形状、細胞形状、ロッド状（例えば、ロッドは直径が約２００ｎｍより小さい）、キラル形状、直角三角形状、フラット形状（例えば、厚さが約２ｎｍ、厚さが約２ｎｍより大きいディスク形状など）、ブーメラン形状、それらの組み合わせなどを含むが、それらには限定されない。図７を参照して、マスターテンプレートの断面ＳＥＭ像が高さ１００ｎｍ、２００ｎｍ、および４００ｎｍのサイズで示されている。図７にやはり示すのは、ほかのマスターからモールドされた複製の構造アレイであり、本発明の材料と方法により得られた高忠実度の所定の構造のサイズ、形状、および配置が示されている。５０ｎｍより小さい構造のサイズで複製鋳造された構造が図２５および図２６に示されている。図２５および図２６によれば、本発明のＴｉＯ_２材料は、本発明のいくつかの実施形態により、高忠実度の所定の形状、サイズ、および配向性を有する構造に複製鋳造されていることがわかる。

構造および／または構造のアレイを形成する材料
ある実施形態では、粒子を形成する材料は、限定なしに、一つないしそれ以上のポリマー、液体ポリマー、溶液、モノマー、複数のモノマー、重合開始剤、重合触媒、無機前駆体、有機材料、電子供与材料、電子受容材料、光起電力材料、天然物、金属前駆体、磁性材料、常磁性材料、超常磁性材料、荷電種、それらの組み合わせなどを含む。

代表的な超常磁性ないし常磁性材料は、Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｆｅ_３Ｏ_４，ＦｅＰｔ，Ｃｏ，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＣｕＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４および光磁気応用のためにＭｎをドーピングしたＺｎＳ、光応用のためのＣｄＳｅ，ホウ素中性子捕捉処理のためのホウ酸塩を含むが、それらには限定されない。ある実施形態では、液体材料は、レジストポリマーと低誘電率誘電体のうちの一つから選ばれる。ある実施形態では、液体材料は撥水材料を含む。

ある実施形態では、モノマーは、ブタジエン、スチレン、プロペン、アクリレート、メタクリレート、ビニルケトン、ビニルエステル、ビニルアセテート、塩化ビニル、フッ化ビニル、ビニルエーテル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド酢酸アリル、フマル酸エステル、マレイン酸エステル、エチレン、プロピレン、テトラフルオロエチレン、エーテル、イソブチレン、フマロニトリル、ビニルアルコール、アクリル酸、アミド、炭水化物、エステル、ウレタン、シロキサン、ホルムアルデヒド、フェノール、尿素、メラミン、イソプレン、イソシアネート、エポキシド、ビスフェノールＡ、アルコール、クロロシラン、ジハライド、ジエン、アルキルオレフィン、ケトン、アルデヒド、塩化ビニリデン、無水物、サッカリド、アセチレン、ナフタレン、ピリジン、ラクタム、ラクトン、アセタール、チイラン、エピスルフィド、ペプチド、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせを含む。

また他の実施形態では、ポリマーは、ポリアミド、タンパク質、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリケトン、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリシラン、セルロース、アミロース、ポリアセタール、ポリエチレン、グリコール、ポリ（アクリル酸エステル）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（エチレングリコール）、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（プロピレン）、ポリ（乳酸）、ポリイソシアネート、ポリカーボネート、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリスルフィド、ポリイミド、液晶ポリマー、複素環ポリマー、ポリペプチド、ポリアセチレンを含む導電性ポリマー、ポリキノリン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ‐フェニレン）、デンドリマー、フルオロポリマー、それらの誘導体、それらの組み合わせを含む、
さらに別の実施形態では、粒子を形成する材料は撥水剤を含む。もう一つの実施形態によれば、材料は単一相の液体材料である。他の実施形態では、液体材料は複数相を含む。ある実施形態では、液体材料は、限定なしに、一つないしそれ以上の複数の液体、複数の非混和性液体、界面活性剤、分散液、エマルション、マイクロエマルション、ミセル、粒子状物質、コロイド、ポロゲン、活性成分、それらの組み合わせなどを含む。

ある実施形態では、粒子を機能化するために、ナノスケールの粒子ないし構造を構成する材料に追加の構成要素が含まれる。これらの実施形態によれば、追加の構成要素は、孤立した構造に包み込まれる、孤立した構造に部分的に包み込まれる、孤立した構造の外表面上に置かれる、それらの組み合わせなどとしてもよい。追加の構成要素は、電子受容材料、電子供与材料、導電材料、生物材料、金属、半導体材料、絶縁材料、それらの組み合わせなどを含むことができるが、それらには限定されない。

多層構造の形成
本発明は、多層ナノ粒子、多層電子受容材料および／ないし電子供与材料、多層光起電力構造などを含む多層構造を形成する方法を含む。ある実施形態では、多層構造は、ここに記載されるいずれかの方法を用いて、非混和性液体および／または溶液の多層薄膜を基板上に堆積しナノ粒子ないしナノ構造をつくることにより形成される。液体の非混和性は、密度、極性、揮発性、およびそれらの組み合わせを含むがそれらには限定されない物理的な特性に基づいてもよい。可能な形態学の例は、多相サンドイッチ構造、コアシェル粒子、内部エマルション、マイクロエマルションおよび／またはナノサイズのエマルション、それらの組み合わせなどを含むが、それらには限定されない。

より詳しくは、ある実施形態では、方法は、多層構造、例えば多層ナノ構造を形成するために、複数の非混和性液体をパターン付きテンプレートと基板の間に配置することを含む。ある実施形態では、多層構造は、多層からなる個々の所定のナノ粒子ないしナノ構造である。ある実施形態では、多層構造は、多相サンドイッチ構造、コアシェル粒子、内部エマルション、ミクロエマルション、およびナノサイズのエマルションを含む群から選ばれる構造を含む。

ある実施形態によれば、本発明の材料と方法から作製される粒子ないしナノスケールのアレイの構造は、予め粒子を収穫するよりむしろ、構成品ないし複合化した完成品に直接供することができる。そのような方法によれば、粒子を作製するための本発明の工程の後で、粒子は一般的にアドレス可能な２Ｄアレイをなしており、物理的に分離している。粒子がパターン付きテンプレートから引き離された直後に概して均一に分離している間に、粒子を完成品に直接組み込むことができ太陽電池素子における凝集の問題を低減できる。

ここに引用される個々の参照文献は、それぞれのなかで引用される個々の参照文献を含めて、参照によりその全体が開示に含まれる。

（実施例１）
一般的なポリマー‐ポリマーＢＨＪ ＰＶセルの作製
パターン付きペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｅｔｈｅｒ）モールドは、７０ｎｍ間隔で分離された１４０ｎｍラインのパターンをもつシリコン基板上に１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを含むＰＦＰＥ‐ジメタクリレート（ＰＦＰＥ‐ＤＭＡ）を注ぐことにより生成できる。液体のＰＦＰＥ‐ＤＭＡを所望の領域に限定するためにポリジメチルシロキサンモールドを使うことができる。

それから、窒素パージしながら１０分間、試料にＵＶ光（λ＝３６５ｎｍ）を当てることができる。次に、十分に硬化したＰＦＰＥ‐ＤＭＡモールドをシリコンマスターから引き離す。別に、ＩＴＯガラス基板をアセトンとイソプロパノールを用いて超音波槽中で前処理してから酸素プラズマで１０分間クリーニングする。ＩＴＯ基板を次に撥水性シラン剤と接着促進剤で処理する。

続いて、電子供与材料を光開始剤と混合し、サンプルを処理したＩＴＯ基板上に配置し、その上にパターン付きＰＦＰＥモールドを配置する。その後、基板を鋳造装置に入れ、確実にコンフォーマに接触させて余剰の電子供給材料を押し出すために小さい圧力をかける。それから、窒素パージしながら装置全体にＵＶ光を当てる。次に、処理したＩＴＯ基板からＰＦＰＥモールド分離することができる。それから、電子受容材料の溶液を電子供与材料上にスピンコートすることができ、続いて電子受容材料上に金属陰極を堆積する。

電子供与材料は、光ないし熱いずれかで硬化できることが望ましい。さらに、電子受容材料は、使用する溶剤が電子供与材料を分解ないし膨潤させずに電子供与体の凹凸形状の上に溶液としてスピンコートできることが望ましい。

（実施例２）
ナノ構造をもつＢＨＪを得るためのＯＶＰＤを用いたＰＶセルの作製
パターン付きペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）モールドは、７０ｎｍ間隔で分離された１４０ｎｍラインのパターンをもつシリコン基板上に１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを含むＰＦＰＥ‐ジメタクリレート（ＰＦＰＥ‐ＤＭＡ）を注ぐことにより生成できる。液体のＰＦＰＥ‐ＤＭＡを所望の領域に限定するためにポリジメチルシロキサンモールドを使うことができる。

それから、窒素パージしながら１０分間、試料にＵＶ光（λ＝３６５ｎｍ）を当てることができる。次に、十分に硬化したＰＦＰＥ‐ＤＭＡモールドをシリコンマスターから引き離す。別に、ＩＴＯガラス基板をアセトンとイソプロパノールを用いて超音波槽中で前処理してから酸素プラズマで１０分間クリーニングする。有機気相堆積法（ＯＶＰＤ：ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ‐ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、凹凸形状が満たされてＣｕＰｃの均一層で各々の凹凸形状が繋がるようにＰＦＰＥ‐ＤＭＡモールド上に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を堆積することができる。ＩＴＯ基板を次に接着促進剤で処理することができ、エンボス加工された膜がモールドから基板上に移される。次に、ＯＶＰＤを用いてＣｕＰｃの凹凸形状の上に３，４，９，１０‐ペリレンテトラカルボン酸ビスベンゾイミダゾール（ＰＴＣＢＩ：３，４，９，１０‐ｐｅｒｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｂｉｓ‐ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）を堆積する。注：両方の堆積は不活性雰囲気中で行う。次に、１００オングストローム厚のバソクプロイン（ＢＣＰ）の励起子ブロッキングかつ電子伝導の層と１０００オングストローム厚の銀陰極とを従来の真空熱蒸着で成長して光起電力セルを完成する。

（実施例３）
マイクロエレクトロニクスのための２００ｎｍのユーロピウムをドーピングした酸化チタン構造の作製
パターン付きペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）モールドは、７０ｎｍ間隔で分離された１４０ｎｍラインのパターンをもつシリコン基板上に１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを含むＰＦＰＥ‐ジメタクリレート（ＰＦＰＥ‐ＤＭＡ）を注ぐことにより生成される。液体のＰＦＰＥ‐ＤＭＡを１０の所望の領域用に３６５ｎｍに限定するためにポリジメチルシロキサンモールドを用いる。それから、窒素パージしながらλ分、試料にＵＶ光を当てる。次に、十分に硬化したＰＦＰＥ‐ＤＭＡモールドをシリコンマスターから引き離す。別に、１ｇのＰｌｕｒｏｎｉｃＰ１２３と０．５１ｇのＥｕＣｌ３・６Ｈ２Ｏ を１２ｇの無水エタノールに溶解する。その溶液を２．７ｍＬの濃塩酸と３．８８ｍＬのチタン（ＩＶ）エトキシドからなる溶液に加えた。シリコン／シリコン酸化膜ウェーハを“ｐｉｒａｎｈａ”溶液（１：１ 濃硫酸：過酸化水素３０％水溶液）で処理して乾燥することにより平坦で均一な表面が生成される。これに続いて、５０μＬのゾルゲル溶液を処理したシリコンウェーハ上に配置し、その上にパターン付きＰＦＰＥモールドを配置する。その後、基板を鋳造装置に入れ、余剰のゾルゲル前駆体を押し出すために小さい圧力をかける。それから、装置全体をゾルゲル前駆体が固化するまで放置しておく。ＰＦＰＥモールドと処理したシリコンウェーハを分離させた後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で酸化物の構造が観察される。

（実施例４）
マイクロエレクトロニクスのための孤立した“ばりのない”凹凸形状の作製
パターン付きのペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）のモールドは、７０ｎｍ間隔で分離された１４０ｎｍラインのパターンをもつシリコン基板上に１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを含むＰＦＰＥ‐ジメタクリレート（ＰＦＰＥ‐ＤＭＡ）を注ぐことにより生成される。液体のＰＦＰＥ‐ＤＭＡを所望の領域用に３６５ｎｍに限定するためにポリジメチルシロキサンモールドを用いる。それから、窒素パージしながら試料にＵＶ光λ１０分を当てる。次に、十分に硬化したＰＦＰＥ‐ＤＭＡモールドをシリコンマスターから引き離す。別に、ＴＭＰＴＡを１重量％の光開始剤、１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと混合する。レジスト材料に付着することのできる平坦で均一な撥水性の表面は、シリコンウェーハを“ｐｉｒａｎｈａ”溶液（１：１濃硫酸：過酸化水素３０％水溶液）で清浄化し、そのウェーハを接着促進剤、（トリメトキシシリルプロピルメタクリレート）と撥水性シラン剤（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ‐ペルフルオロオクチルトリメトキシシラン）の混合液で処理することにより生成される。混合液は、接着促進剤１００％から撥水性シラン剤１００％までの範囲であってもよい。これに続いて、５０μＬのＴＭＰＴＡを処理したシリコンウェーハ上に配置し、その上にパターン付きＰＦＰＥモールドを配置する、その後、基板を鋳造装置に入れ、確実にコンフォーマルに接触させて余剰のＴＭＰＴＡを押し出すために小さい圧力をかける。それから，窒素パージしながら１０分間、装置全体にＵＶ＝３６５ｎｍを当てる。凹凸形状は、ＰＦＰＥモールドと処理したシリコンウェーハを分離させた後に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察される光λである。

（実施例５）
ＴｉＯ_２のゾル前駆体は次の手順で調整した。攪拌子を備えた丸底（ＲＢ）フラスコを使用前に１１０℃の炉で乾燥させた。ＲＢをゴム隔膜でキャップし、窒素でパージした。窒素を流しながらチタン‐ｎ‐ブトキシド（５ｍＬ）をＲＢに加えた。アセチルアセトン（３．５ｍＬ）を反応用フラスコに滴下して加え、次にイソプロパノール（４ｍＬ）を加えた。酢酸（０．１２ｍＬ）を窒素雰囲気下で滴下して加え、きれいな黄色の混合液を形成した。ゾル前駆体を使用前に室温で３時間攪拌した。パターンをもつＴｉＯ_２をつくるために、一定分量のゾル前駆体をＩＴＯないしＦＴＯ被覆した基板上に加えた。２００ｎｍ×２００ｎｍの 凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドをゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１１０℃の炉中に３時間置いた。冷えた後、ＴｉＯ_２前駆体はＴｉＯ_２キセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図８はこの工程で調整されたパターンをもつＴｉＯ_２キセロゲルのＳＥＭ像を示す。ＴｉＯ_２をアナターゼ型に変えるために、パターンをもつＴｉＯ_２キセロゲルを有するＩＴＯ／ＦＴＯ基板を加熱速度４ ℃／分で４５０℃まで加熱し、４５０℃で１時間保持した。焼成したＴｉＯ_２の結晶形はＸＲＤで確認した。図９は焼成後のパターンをもつアナターゼ型ＴｉＯ_２のＳＥＭ像を示す。

（実施例６）
ＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、７．１９ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、室温で１時間ないし均質な溶液ができるまで攪拌した。パターンをもつＺｎＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２ミクロンの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＺｎＯの結晶形はＸＲＤで確認した。

（実施例７）
ＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、７．１９ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、室温で１時間ないし均質な溶液ができるまで攪拌した。パターンをもつＺｎＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２００ｎｍ×２００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＺｎＯの結晶形はＸＲＤで確認した。図１１は実施例７の焼成後のパターンをもつＺｎＯのＳＥＭ像を示す。

（実施例８）
ＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、５．７ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、６０℃で３０分間攪拌し澄んだ溶液を形成する。パターンをもつＺｎＯをつくるために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。３ミクロンの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をこのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＺｎＯの結晶形は図１２に示すようにＸＲＤで確認した。

（実施例９）
ＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、５．７ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、６０℃で３０分間攪拌して澄んだ溶液を形成する。パターンをもつＺｎＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＺｎＯの結晶形は図１３のようにＸＲＤで確認した。

（実施例１０）
ＩｎをドーピングしたＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、７．１９ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、室温で１時間攪拌する。塩化インジウム（３ｇ）を次にＺｎＯ前駆体に加え、その混合液を均質な溶液になるまで攪拌した。パターンをもつＩｎ：ＺｎＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２ミクロンの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、Ｉｎ：ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＩｎ：ＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。Ｉｎ：ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＩｎ：ＺｎＯの結晶形は図１４に示すようにＸＲＤで確認した。

（実施例１１）
インジウムをドーピングしたＺｎＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶中で、７．１９ｍＬの２‐メトキシエタノールと０．２７ｍＬのモノエタノールアミンを混ぜ、混合液を攪拌して無色の溶液を形成する。この混合溶液に１ｇの酢酸亜鉛・二水和物を加え、室温で１時間攪拌する。次に、塩化インジウム（３ｇ）をＺｎＯゾル前駆体に加え、その混合液を均質な溶液になるまで攪拌した。パターンをもつＩｎ：ＺｎＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、１００℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、Ｉｎ：ＺｎＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。図１０はこの工程で調整されたパターンをもつＩｎ：ＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。Ｉｎ：ＺｎＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＩｎ：ＺｎＯキセロゲルを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で５００℃まで加熱し、５００℃で１時間保持した。焼成したＩｎ：ＺｎＯの結晶形は図１５に示すようにＸＲＤで確認した。

（実施例１２）
ＩＴＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶Ａ中で、２．０５ｇの硝酸インジウム五水和物、０．１５ｇの塩化スズ五水和物、３．１６ｇのアセチルアセトンと０．００９ｇの水を加え、その混合液を５０℃で２時間攪拌する。小瓶Ｂ中で、０．８５１４ｇのベンゾイルアセトンと２０ｇの２‐メトキシエタノールを混ぜて室温で２時間攪拌する。次に、小瓶Ａと小瓶Ｂの溶液を混ぜ、使用前に室温で少なくても８時間攪拌する。パターンをもつＩＴＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。３ミクロンの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、９０℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＩＴＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。ＩＴＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＩＴＯを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で６００℃まで加熱し、６００℃で１時間保持した。焼成したＩＴＯの結晶形はＸＲＤで確認した。図１６はこの実施例で作製したパターンをもつＩＴＯの焼成前後のＳＥＭ像を示す。

（実施例１３）
ＩＴＯのゾル前駆体を次の工程で調整した。小瓶Ａ中で、２．０５ｇの硝酸インジウム五水和物、０．１５ｇの塩化スズ五水和物、３．１６ｇのアセチルアセトン、および０．００９ｇの水を加え、その混合液を５０℃で２時間攪拌する。小瓶Ｂ中で、０．８５１４ｇのベンゾイルアセトンと２０ｇの２‐メトキシエタノールを混ぜて室温で２時間攪拌する。次に、小瓶Ａと小瓶Ｂの溶液を混ぜ、使用前に室温で少なくても８時間攪拌する。パターンをもつＩＴＯを形成するために、一定分量のゾル前駆体をガラス基板上に加えた。２００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をそのゾル溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、９０℃の炉中に２時間置いた。冷えた後、ＩＴＯ前駆体はキセロゲルに変わっており、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外した。ＩＴＯを結晶形に変えるために、パターンをもつＩＴＯを有するガラス基板を加熱速度１０℃／分で６００℃まで加熱し、６００℃で１時間保持した。焼成したＩＴＯの結晶形はＸＲＤで確認した。図１７はこの実施例により作製したパターンをもつＩＴＯの焼成前後のＳＥＭ像を示す。

（実施例１４）
クロロホルム中にＴｉＯ_２ナノロッド（アナターゼ型）を分散させた一定分量をガラス基板上に加えた。２００ｎｍ×２００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその分散液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶剤が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、アナターゼ型のＴｉＯ_２ナノロッドを、図１８のＳＥＭ像に示すように、外径約２００ｎｍ、内径５０〜１００、高さ５０〜８０ｎｍの空洞構造から取り外した。

（実施例１５）
クロロホルム中にＴｉＯ_２ナノロッド（アナターゼ型）を分散させた一定分量をガラス基板上に加えた。２００ｎｍ×６００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその分散液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶剤が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、アナターゼのナノロッドを、図１９のＳＥＭ像のように、外径約２００ｎｍ、内径５０〜１００、高さ１５０〜２００ｎｍの空洞構造から取り外した。

（実施例１６）
１０．８ｍｇのＰ３ＨＴを０．６ｍＬのクロロホルム中に加えて均質な溶液を形成した。一定分量のＰ３ＨＴ溶液をガラスないしＰＥＴ基板上に加えた。２ミクロン、２００ｎｍ×２００ｎｍ、ないし２００ｎｍ×６００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶剤が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、パターンをもつＰ３ＨＴが基板上に形成された。図２０はこの実施例のかかる溶液工程によるパターンをもつＰ３ＨＴのＳＥＭ像を示す。

（実施例１７）
１０．８ｍｇのＰ３ＨＴを０．６ｍＬのクロロホルム中に加えて均質な溶液を形成した。一定分量のＰ３ＨＴ溶液をガラスないしＰＥＴ基板上に加えた。７０ｎｍないし４０ｎｍの細孔直径をもつＡＡＯテンプレートからつくったＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその溶液上に配置した。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶剤が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、パターンをもつＰ３ＨＴが基板上に形成された。図２１はこの実施例のかかる溶液工程によるパターンをもつＰ３ＨＴのＳＥＭ像を示す。

（実施例１８）
１２ｍｇのＰ３ＨＴを０．６ｍＬのクロロホルム中に加えて均質な溶液を形成した。マイヤーロッドを使ってＰ３ＨＴ溶液の均一層を展開することによりガラスないしＰＥＴ基板上の薄層Ｐ３ＨＴを形成し、溶媒の蒸発を待つ。２００ｎｍ×２００ｎｍないし２００ｎｍ×６００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をガラスないしＰＥＴ基板上のＰ３ＨＴ層と接触させ、万力に圧力を加えて保持した。試料全体を２００℃の炉中に１５分間置いた。冷えた後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを取り外し、パターンをもつＰ３ＨＴが基板上に形成された。図２２はこの実施例のガラスないしＰＥＴ基板上の熱的にパターン化したＰ３ＨＴのＳＥＭ像を示す。

（実施例１９）
２２ｍｇのＰＣＢＭを０．６５ｍＬのクロロホルム中に加えて均質な溶液を形成した。一定分量のＰＣＢＭ溶液をガラスないしＰＥＴ基板上に加えた。２ミクロン、２００ｎｍ×２００ｎｍないし２００ｎｍ×６００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその溶液上に置いた。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶媒が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、パターンをもつＰＣＢＭが基板上に形成された。図２３はこの実施例のかかる溶液工程によるパターンをもつＰＣＢＭのＳＥＭ像を示す。

（実施例２０）
ＰＣＢＭ‐Ｐ３ＨＴ活性層
２２ｍｇのＰＣＢＭを０．６５ｍＬのクロロホルム中に加えて均質な溶液を形成した。一定分量のＰＣＢＭ溶液をガラスないしＰＥＴ基板上に加えた。２００ｎｍ×６００ｎｍの凹凸形状をもつＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドの１片をその溶液上に置いた。試料を万力に圧力を加えて保持し、室温で１時間置いた。溶媒が蒸発した後、ＦＬＵＯＲＯＣＵＲ（商標）モールドを基板から取り外し、パターンをもつＰＣＢＭが基板上に形成された。

１１ｍｇのＰ３ＨＴを０．６ｍＬのクロロホルム中に溶かして均質な溶液を形成した。マイヤーロッドを使ってＰ３ＨＴ溶液の均一層を展開することによりＰＥＴ基板上にＰ３ＨＴの薄層を形成し、溶媒の蒸発を待った。Ｐ３ＨＴを被覆したＰＥＴ基板をパターン付きＰＣＢＭに接触させ、万力に圧力を加えて保持した。試料全体を２００℃の炉中に１５分間置いた。冷えた後、ＰＥＴ基板を取り外し、パターンをもつＰＣＢＭとＰ３ＨＴはインターデジタイズ状ネットワークを形成する。図２４はこの実施例から作製されたネットワークの断面ＳＥＭ像を示す。

本発明の一実施形態によるアレイ化したナノスケールの構造から作製される太陽電池を示す。 本発明の一実施形態による光起電性デバイスの作製方法を示す。 本発明の一実施形態によるナノスケールの構造を作製するもう一つの方法を示す。 本発明の一実施形態によるナノスケールの構造をベース物質に結合する方法を示す。 本発明の一実施形態による光起電性デバイスの作製方法を示す。 本発明の一実施形態によるナノスケールの構造を収穫するもう一つの方法を示す。 本発明の実施形態により作製されたマスターテンプレートとナノ構造のアレイ状ポリマーの断面図を示す。 本発明の一実施形態によるパターンをもつＴｉＯ_２キセロゲルの１１０℃熱処理後の異なる倍率でのＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態によるパターンをもつＴｉＯ_２（アナターゼ型）の４５０℃焼成後の異なる倍率でのＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態による１００℃熱処理後のＺｎＯキセロゲルのＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態による焼成後のパターンをもつＺｎＯのＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態により実施例８にしたがって調製された焼成後のＺｎＯの結晶形を異なる倍率で示す。 本発明の一実施形態により実施例９にしたがって調製された焼成したＺｎＯの結晶形を二つの異なる倍率で示す。 本発明の一実施形態により実施例１０に詳述した工程で形成された焼成後のＩｎ：ＺｎＯの結晶形を示す。 本発明の一実施形態により実施例１１にしたがって調製された焼成後のＩｎ：ＺｎＯの結晶形を異なる倍率で示す。 本発明の一実施形態により実施例１２にしたがって調製されたパターンをもつＩＴＯの焼成前後を二つの異なる倍率で示す。 本発明の一実施形態により実施例１３にしたがって調製されたパターンをもつＩＴＯの焼成前後を二つの異なる倍率で示す。 外径約２００ｎｍ、内径５０〜１００、および高さ５０〜８０ｎｍの中空構造からのアナターゼ型ＴｉＯ_２のナノロッドを示す。アナターゼ型ＴｉＯ_２のナノロッドは本発明の一実施形態により実施例１４の工程から形成される。 外径約２００ｎｍ、内径５０〜１００、および高さ１５０〜２００ｎｍの中空構造からのアナターゼ型ＴｉＯ_２のナノロッドを示す。この構造は本発明の一実施形態により実施例１５の工程にしたがって形成される。 本発明の一実施形態により実施例１６に開示されたかかる溶液工程によるパターンをもつＰ３ＨＴのＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態により実施例１７に記載されたかかる溶液工程によるパターンをもつＰ３ＨＴのＳＥＭ像を示す。 ガラスないしＰＥＴ基板上の熱的にパターン化されたＰ３ＨＴの異なる倍率のＳＥＭ像を示す。この構造は本発明の一実施形態により実施例１８の方法にしたがって形成される。 本発明の一実施形態により実施例１９に記載されたかかる溶液工程でパターン形成したＰＣＢＭの複数のＳＥＭ像を示す。 本発明の一実施形態により実施例２０の工程と手順にしたがって作製されたＰＣＢＭ−Ｐ３ＨＴ活性層ネットワーク間界面の断面を示す。 本発明の一実施形態によりｐＡＡＯテンプレートから複製された約５０ｎｍより小さい凹凸形状をもつＴｉＯ_２レプリカを示す。 図２６Ａは、５０ｎｍより小さい構造をもつマスターテンプレートを示す。図２６Ｂは、図２６ＡのマスターテンプレートのＴｉＯ_２複製を示す。マスターとテンプレートは本発明の一実施形態により５０ｎｍより小さい構造を有する。

Claims (18)

1. 光起電性デバイスであって、該光起電性デバイスは、
   バルクヘテロ接合の第１構成要素を含み、該第１構成要素は第１構造の所定のアレイにより構成と寸法が設定され、
   第１構造の該アレイの各第１構造は３次元形状および断面寸法が実質的に等しく、各第１構造は、断面において正方形または長方形の形状を含み、
   第１構造の該アレイの各第１構造は、実質的に等しい配向性を有し、かつ該所定のアレイの隣接する第１構造から約５００ｎｍ未満離れ、それによって実質的に均一なアレイを形成する、光起電性デバイス。
2. 前記第１構成要素が金属酸化物を含む請求項１に記載の光起電性デバイス。
3. 前記第１構成要素が結晶質、半晶質、ないし非晶質である請求項１に記載の光起電性デバイス。
4. 前記第１構成要素がＴｉＯ_２、Ｐ３ＨＴ、ＰＣＢＭ，ＩＴＯ，およびＰＰＶからなる群から選ばれる材料を含む請求項１に記載の光起電性デバイス。
5. 前記第１構成要素が電子供与材料または電子受容材料を含む請求項１に記載の光起電性デバイス。
6. バルクヘテロ接合の第２構成要素をさらに含み、該第２構成要素は第１構造の前記所定のアレイのすきま空間内に堆積される請求項１に記載の光起電性デバイス。
7. 第２構成要素をさらに含み、該第２構成要素は、前記第１構成要素の３次元形状を有する第１構造の前記アレイと係合するように構成と寸法が設定された３次元形状を有する第２構造のアレイを含む、請求項１に記載の光起電性デバイス。
8. 前記第２構成要素が光吸収材料である請求項７に記載の光起電性デバイス。
9. 第１構造の前記所定のアレイが、約１５０ｍｍより大きい外径を有する所定のアレイを含む請求項１に記載の光起電性デバイス。
10. 第１構造の前記アレイの各第１構造が、約２００ｎｍ未満、隣接する第１構造から間隔を置かれている、請求項１に記載の光起電性デバイス。
11. 光起電性デバイスの構成要素の形成方法であって、
    実質的に等しい３次元構造をもつ空洞のアレイを規定するポリマーモールドを提供する工程と、
    該モールドの該実質的に等しい３次元構造をもつ空洞に第１材料を導入する工程と、
    該モールドの該実質的に等しい３次元構造をもつ空洞中の該第１材料を硬化させる工程と、
    該モールドから該硬化した第１材料を取り外し、光起電性デバイスの第１構成要素を形成する工程と
    を含み、
    該第１構成要素は、断面において正方形または長方形の形状を含む、方法。
12. 前記ポリマーモールドがフルオロポリマーを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記ポリマーモールドがペルフルオロポリエーテルないしペルフルオロポリエーテルの前駆体を含む請求項１１に記載の方法。
14. 実質的に等しい構造をもつ空洞の前記アレイが、約５００ｎｍ未満の、隣接する空洞の間の間隔を含む、請求項１１に記載の方法。
15. 実質的に等しい構造をもつ空洞の前記アレイが、約２００ｎｍ未満の、隣接する空洞の間の間隔を含む、請求項１１に記載の方法。
16. 実質的に等しい構造をもつ空洞の前記アレイが、約１５０ｎｍ径より大きい全フットプリント面積を含む、請求項１１に記載の方法。
17. 光起電性デバイスであって、該光起電性デバイスは、
    実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の所定の実質的に均一なアレイにより構成と寸法が設定された第１構成要素を含み、各第１構造は、断面において正方形または長方形の形状を含み、該実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造は、約５００ｎｍ未満離れ、実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の該所定の実質的に均一なアレイは、ポリマーモールド中で実質的に同様な３次元形状をもつ第１構造の該所定の実質的に均一なアレイを鋳造する工程により調製される、光起電性デバイス。
18. 前記ポリマーモールドがフルオロポリマーまたはペルフルオロポリエーテルを含む請求項１７に記載の光起電性デバイス。

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