JP5350587B2 - メッシュ電極を備える光電セル - Google Patents

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Description

本発明は、メッシュ電極を備える光電セルと、関連するシステム、方法、および構成部品とに関する。
光電セルは、光の形態のエネルギーを電気の形態のエネルギーへ変換するために、一般に用いられる。典型的な光電セルには、２つの電極の間に配置された光活性材料が含まれる。一般に、光は一方または両方の電極を通過して、光活性材料と相互作用する。結果として、一方または両方の電極が光（例えば、光活性材料によって吸収される１つ以上の波長の光）を透過させる性能によって、光電セルの総合効率は制限される。半導体材料は導電性材料よりも低い導電性を有する場合があるが、多くの導電性材料よりも光をよく透過させ得るため、多くの光電セルでは、光が通過する電極の形成に半導体材料（例えば、インジウムスズ酸化物）のフィルムが用いられる。
主として、化石燃料を基盤とするエネルギー源の消費およびそれへの依存を低減する要求のため、光電技術の開発における関心は増大している。光電技術は、多くの場合、環境にそぐうエネルギー技術と見なされてもいる。しかしながら、光電技術が商業的に実施可能なエネルギー技術であるためには、光電システム（１つ以上の光電セルを用いて光を電気エネルギーへ変換するシステム）の材料および製造のコストが、相応の期間で償却される必要がある。しかし、一部の場合では、実際に設計された光電システムに伴うコスト（例えば、材料、製造、またはその両方のコスト）のために、その利用可能性および使用は制限されている。
本発明は、メッシュ電極を備える光電セルと、関連するシステム、方法、および構成部品とに関する。メッシュ電極は良好な導電性を与える材料（典型的には導電性材料であるが半導体材料を用いてもよい）から形成され、光電セルが比較的効率的に光を電気エネルギーへ変換するのに充分なだけの光を透過させるために、充分に大きな開口面積を有する。
一態様では、本発明は、２つの電極と、電極の間の活性層とを備える光電セルを特徴とする。電極のうちの少なくとも一方はメッシュの形状である。活性層には、電子受容性材料と電子供与性材料とが含まれる。
別の態様では、本発明は、複数の光電セルを備えるシステムを特徴とし、各々の光電セルは、２つの電極と、電極の間の活性層とを備える。電極のうちの少なくとも一方はメッシュ形状である。活性層には、電子受容性材料と電子供与性材料とが含まれる。幾つかの実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に並列に接続されている。一定の実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に直列に接続されている。一定の実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に並列に接続され、別の２つ以上の光電セルは電気的に直列に接続されている。
さらなる一態様では、本発明は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の活性層と、第１の電極と活性層との間のホール・ブロック層と、メッシュ電極と活性層との間のホール・キャリア層とを備える光電セルを特徴とする。電極のうちの少なくとも一方はメッシュ形状である。活性層には、電子受容性材料と電子供与性材料とが含まれる。
別の態様では、本発明は、複数の光電セルを備えるシステムを特徴とし、各々の光電セルは、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の活性層と、第１の電極と活性層との間のホール・ブロック層と、第２の電極と活性層との間のホール・キャリア層とを備える。電極のうちの少なくとも一方はメッシュ形状である。活性層には、電子受容性材料と電子供与性材料とが含まれる。幾つかの実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に並列に接続されている。一定の実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に直列に接続されている。一定の実施態様では、２つ以上の光電セルが電気的に並列に接続され、別の２つ以上の光電セルは電気的に直列に接続されている。
実施態様には、以下の態様のうちの１つ以上が含まれ得る。
メッシュ電極はカソードまたはアノードであり得る。幾つかの実施態様では、光電セルは、メッシュ・カソードおよびメッシュ・アノードを有する。
メッシュ電極は線材から形成され得る。線材は、導電性の金属、導電性の合金、または導電性のポリマーなど、導電性材料から形成され得る。線材は導電性材料（導電性の金属、導電性の合金、または導電性のポリマー）から成るコーティングを含み得る。
メッシュ電極は、例えば、エキスパンド・メッシュ（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｍｅｓｈ）、またはメッシュ織物（ｗｏｖｅｎ ｍｅｓｈ）であり得る。メッシュは、導電性材料（導電性の金属、導電性の合金、または導電性のポリマー）から形成され得る。メッシュは、導電性材料（導電性の金属、導電性の合金、または導電性のポリマー）から成るコーティングを含み得る。
電子受容性材料は、例えば、フラーレン、無機ナノ粒子、ディスコティック液晶、カーボン・ナノロッド、無機ナノロッド、オキサジアゾール、または電子を受容可能な部位（ｍｏｉｅｔｙ）もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマー）から形成され得る。
電子供与性材料は、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、ポリイソチアナフタレン、またはそれらのうちの１つ以上から形成され得る。幾つかの実施態様では、電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）である。
光電セルにはさらに、活性層とアノード（例えば、メッシュ・アノードまたは非メッシュ・アノード）との間のホール・ブロック層が含まれ得る。ホール・ブロック層は、例えば、ＬｉＦまたは金属酸化物から形成され得る。
光電セルには、活性層とカソード（例えば、メッシュ・カソードまたは非メッシュ・カソード）との間のホール・キャリア層も含まれ得る。ホール・キャリア層は、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、もしくはそれらのうちの１つ以上、またはそれらのポリマーのうちの１つ以上のポリイオンから形成され得る。
幾つかの実施態様では、ホール・キャリア層は、カソードを支持する基板と接触している。
一定の実施態様では、光電セルにはさらに、カソードを支持する基板とホール・キャリア層との間の接着材料が含まれる。一般に接着材料は、光電セルの標準的な動作条件において、接着材料と接触している材料層を接着することが可能である。幾つかの実施態様では、接着材料には、１つ以上の熱可塑性、熱硬化性、または圧力感応性の接着剤が含まれる。
幾つかの実施態様では、光電セルまたは光電システムは、外部の負荷（ｌｏａｄ）に電気的に接続されている。
実施態様では、以下の利点のうちの少なくとも１つが提供され得る。
幾つかの実施態様では、メッシュ電極は、（半導体材料ではなく）導電性材料から形成されているため良好な導電性を与えることが可能であるのと同時に、光電セルがより効率的に光を電気エネルギーへ変換するのに充分な量の光の透過が可能な構造（例えば、メッシュ構造）を有する。
一定の実施態様では、連続的なロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）製造プロセスを用いて光電セルにメッシュ電極を組込むことによって比較的高い処理量で光電セルの製造を可能とするのに充分な可撓性を、メッシュ電極が有することが可能である。
１つ以上のメッシュ電極を用いることによって、光電セルの製造に伴うコスト、複雑さ、またはその両方を低減することが可能である。
１つ以上のメッシュ電極を備える光電セルによって、一定の半導体電極に比較して、より効率的な方式で、光の形態のエネルギーを電気の形態のエネルギーに変換することが可能である。
他の特徴および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかであろう。
図１には、光電セル１００の断面図を示す。光電セル１００は、透明基板１１０、メッシュ・カソード１２０、ホール・キャリア層１３０、光活性層（電子受容性材料および電子供与性材料を含有する）１４０、ホール・ブロック層１５０、アノード１６０、および基板１７０を備える。
一般に、使用中、光は基板１１０の表面に衝突し、基板１１０、カソード１２０の開口部、およびホール・キャリア層１３０を通過する。続いて、光は光活性層１４０と相互作用し、光活性層１４０の電子供与性材料から光活性層１４０の電子受容性材料へと輸送される電子を生じさせる。続いて、電子受容性材料によって、電子はホール・ブロック層１５０を通じてアノード１６０へと伝達され、電子供与性材料によって、ホールはホール・キャリア層１３０を通じてメッシュ・カソード１２０へと輸送される。アノード１６０およびメッシュ・カソード１２０は、アノード１６０から負荷を通じてカソード１２０へと電子が流れるように、外部の負荷を介して電気的に接続されている。
図２，３に示したように、メッシュ・カソード１２０には、中実の領域１２２と、開口領域１２４とが含まれる。一般に、メッシュ・カソード１２０において、開口領域１２４を介して光がメッシュ・カソード１２０を通過し、かつ中実領域１２２を介して電子が伝導されるように、中実領域１２２は導電性材料から形成される。
メッシュ・カソード１２０において開口領域１２４が占める領域（メッシュ・カソード１２０の開口面積）は、所望の通りに選択可能である。一般に、メッシュ・カソード１２０の開口面積は、メッシュ・カソード１２０の全面積のうちの、約１０％以上（例えば、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上）、約９９％以下（例えば、約９５％以下、約９０％以下、約８５％以下）、またはその両方である。
メッシュ・カソード１２０は、様々な方法で調製可能である。幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０は、中実領域１２２を形成する材料の線材を織ることにより形
成される、メッシュ織物である。例えば、平織り、畳織り（Ｄｕｔｃｈ ｗｅａｖｅ）、綾織り（ｔｗｉｌｌ ｗｅａｖｅ）、綾畳織り、またはそれらの組合せを用いて、線材を織ることが可能である。一定の実施態様では、メッシュ・カソード１２０は、溶接された線材のメッシュから形成される。幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０は、形成されたエキスパンド・メッシュである。エキスパンド・メタル・メッシュは、例えば、材料（例えば、金属などの導電性材料）のシートから開口領域１２４を取除き（例えば、レーザ除去を介して、化学的エッチングを介して、穴開け（ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ）を介して）、続いてシートを伸展する（例えば、シートを２次元に伸展するなど）ことによって、調製可能である。一定の実施態様では、メッシュ・カソード１２０は、開口領域１２４を取除く（例えば、レーザ除去を介して、化学的エッチングを介して、穴開けを介して）ことによって形成される金属シートであり、続いてシートを伸展することはしない。
一定の実施態様では、中実領域１２２は、完全に導電性材料から形成される（例えば、中実領域１２２は導電性の実質的に均一な材料から形成される）。中実領域１２２に用いることが可能な導電性材料の例には、導電性の金属、導電性の合金、および導電性のポリマーが含まれる。例示的な導電性の金属には、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、およびチタンが含まれる。例示的な導電性の合金には、ステンレス鋼（例えば、３３２ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼）、金の合金、銀の合金、銅の合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金の合金、およびチタン合金が含まれる。例示的な導電性のポリマーには、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エテリンジオキシチオフェン（3,4-ethelynedioxythiophene）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン（例えば、ドープしたポリアニリン）、ポリピロール（例えば、ドープしたポリピロール）が含まれる。幾つかの実施態様では、導電性材料の組合せが用いられる。
図４に示したように、幾つかの実施態様では、中実領域１２２は、異なる材料３０４でコーティングされた（例えば、メタライゼーションを用いて、蒸着を用いて）材料３０２から形成される。一般に、材料３０２は任意の所望の材料（例えば、電気絶縁材料、導電性材料、または半導体材料）から形成されることが可能であり、材料３０４は導電性材料である。材料３０２が形成され得る電気絶縁材料の例には、織布、光学繊維材料、ポリマー性材料（例えば、ナイロン）、および天然材料（例えば、亜麻、木綿、羊毛、絹）が含まれる。材料３０２が形成され得る導電性材料の例には、上述の導電性材料が含まれる。材料３０２が形成され得る半導体材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物、および亜鉛酸化物が含まれる。幾つかの実施態様では、材料３０２は繊維の形状であり、材料３０４は材料３０２へコーティングされた導電性材料である。一定の実施態様では、材料３０２はメッシュの形状（上述を参照）であり、メッシュに形成された後に、材料３０４でコーティングされる。一例として、材料３０２はエクスパンド・メタル・メッシュであり、材料３０４はエクスパンド・メタル・メッシュへコーティングされたＰＥＤＯＴである。
一般に、メッシュ・カソード１２０の最大厚さ（すなわち、基板１１０がメッシュ・カソード１２０と接触している表面に対して実質的に垂直な方向への、メッシュ・カソード１２０の最大厚さ）は、ホール・キャリア層１３０の全厚さ未満である必要がある。典型的には、メッシュ・カソード１２０の最大厚さは、０．１μｍ以上（例えば、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．５μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．７μｍ以上、約０．８μｍ以上、約０．９μｍ以上、約１μｍ以上）、約１０μｍ以下（約９μｍ以下、約８μｍ以下、約７μｍ以下、約６μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下）、またはその両方である。
図２では長方形の形状を有するように示したが、一般に、開口領域１２４は任意の所望の形状を有することが可能である（例えば、正方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円
形、台形、不定形）。幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０において、異なる開口領域１２４は異なる形状を有し得る。
図３では正方形の断面形状を有するように示したが、一般に、中実領域１２２は任意の所望の形状を有することが可能である（例えば、長方形、円形、半円形、三角形、菱形、楕円形、台形、不定形など）。幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０において、異なる中実領域１２２は異なる形状を有し得る。
幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０は可撓性（例えば、連続的なロール・ツー・ロール製造プロセスを用いて光電セル１００に組込まれるのに充分に可撓性）である。一定の実施態様では、メッシュ・カソード１２０は、半剛性または不撓性である。幾つかの実施態様では、メッシュ・カソード１２０において、異なる領域が可撓性、半剛性、または不撓性であることが可能である（例えば、可撓性の１つ以上の領域および半剛性の異なる１つ以上の領域、可撓性の１つ以上の領域および不撓性の異なる１つ以上の領域）。
基板１１０は、一般に透明材料から形成される。本明細書では、光電セル１００に用いる厚さにて、光電セルの動作中に用いられる一定の波長または一定範囲の波長の入射光の約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上）を透過させる材料を、透明材料と称する。基板１１０が形成され得る例示的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリマー性炭化水素、セルロース・ポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、およびポリエーテルケトンが含まれる。一定の実施態様では、ポリマーはフッ素化ポリマーであり得る。幾つかの実施態様では、ポリマー性材料の組合せが用いられる。一定の実施態様では、基板１１０において、異なる領域は異なる材料から形成され得る。
一般に、基板１１０は、可撓性、半剛性、または剛性であることが可能である（例えば、ガラスなど）。幾つかの実施態様では、基板１１０は約５，０００ＭＰａ（メガパスカル）未満の曲げ弾性率を有する。一定の実施態様では、基板１１０において、異なる領域が可撓性、半剛性、または不撓性であることが可能である（例えば、可撓性の１つ以上の領域および半剛性の異なる１つ以上の領域、可撓性の１つ以上の領域および不撓性の異なる１つ以上の領域など）。
典型的には、基板１１０の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約１，０００μｍ以下（例えば、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）、またはその両方である。
一般に、基板１１０は有色または無色であり得る。幾つかの実施態様では、基板１１０のうちの１つ以上の部分は有色であり、基板１１０のうちの異なる１つ以上の部分は無色である。
基板１１０は、１つの平面的な表面（例えば、光が衝突する表面）を有すること、２つの平面的な表面（例えば、光が衝突する表面および反対の表面）を有すること、または平面的な表面を有しないことが可能である。基板１１０の非平面的な表面は、例えば、湾曲していること、または段を有することが可能である。幾つかの実施態様では、基板１１０の非平面的な表面にはパターンが形成されている（例えば、パターンの形成された段を有し、フレネル・レンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）、レンチキュラー・レンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）、またはレンチキュラー・プリズムを形成する）。
ホール・キャリア層１３０は、一般に、光電セル１００に用いる厚さにて、メッシュ・
カソード１２０へとホールを輸送し、かつメッシュ・カソード１２０への電子の輸送を実質的にブロックする材料から形成される。ホール・キャリア層１３０が形成され得る材料の例には、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタネン（polyisothianaphthanenes ）が含まれる。幾つかの実施態様では、ホール・キャリア層１３０には、ホール・キャリア材料の組合せが含まれ得る。
一般に、ホール・キャリア層１３０の上表面（すなわち、ホール・キャリア層１３０が活性層１４０と接触している表面）と、基板１１０の上表面（すなわち、基板１１０がメッシュ電極１２０と接触している表面）との間の距離は、所望の通りに変更可能である。典型的には、ホール・キャリア層１３０の上表面と、メッシュ・カソード１２０の上表面との間の距離は、０．０１μｍ以上（例えば、約０．０５μｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．５μｍ以上）、約５μｍ以下（例えば、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下）、またはその両方である。幾つかの実施態様では、ホール・キャリア層１３０の上表面と、メッシュ・カソード１２０の上表面との間の距離は、約０．０１μｍ〜約０．５μｍである。
活性層１４０は、一般に電子受容性材料と電子供与性材料とを含有する。
電子受容性材料の例には、フラーレン、オキサジアゾール、カーボン・ナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、セレン化カドミウム、硫化鉛、またはそれらのうちの１つ以上から形成されるナノ粒子）、無機ナノロッド（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、セレン化カドミウム、硫化鉛、またはそれらのうちの１つ以上から形成されるナノロッド）、または電子を受容可能な部位もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーなど）から形成される材料が含まれる。幾つかの実施態様では、電子受容性材料は置換フラーレン（例えば、ＰＣＢＭなど）である。幾つかの実施態様では、活性層１４０は電子受容性材料の組合せを含み得る。
電子供与性材料の例には、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、およびポリイソチアナフタレンが含まれる。幾つかの実施態様では、電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）である。一定の実施態様では、活性層１４０は電子供与性材料の組合せを含み得る。
一般に活性層１４０は、衝突する光子を吸収して対応する電子およびホールを形成する場合に比較的効率的であるために充分に厚く、かつホールおよび電子をそれぞれ層１３０，１５０へ輸送する場合に比較的効率的であるために充分に薄い。一定の実施態様では、層１４０の厚さは、０．０５μｍ以上（例えば、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上）、約１μｍ以下（例えば、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下）、またはその両方である。幾つかの実施態様では、層１４０の厚さは、約０．１μｍ〜約０．２μｍである。
ホール・ブロック層１５０は、一般に、光電セル１００に用いる厚さにて、アノード１６０へ電子を輸送し、かつアノード１６０へのホールの輸送を実質的にブロックする材料から形成される。ホール・ブロック層１５０が形成され得る材料の例には、ＬｉＦおよび金属酸化物（例えば、亜鉛酸化物、チタン酸化物）が含まれる。
典型的には、ホール・ブロック層１５０の厚さは、０．０２μｍ以上（例えば、約０．０３μｍ以上、約０．０４μｍ以上、約０．０５μｍ以上）、約０．５μｍ以下（例えば、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下、約０．１μｍ以下）、また
はその両方である。
アノード１６０は、一般に、上述の導電性材料のうちの１つ以上など、導電性材料から形成される。幾つかの実施態様では、アノード１６０は導電性材料の組合せから形成される。
基板１７０は、透明材料または不透明材料から形成され得る。例えば、使用中にアノード１６０を通過する光を光電セルが用いる実施態様では、基板１７０は透明材料から形成されることが望ましい。
基板１７０が形成され得る例示的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリマー性炭化水素、セルロース・ポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテル、およびポリエーテルケトンが含まれる。一定の実施態様では、ポリマーはフッ素化ポリマーであり得る。幾つかの実施態様では、ポリマー性材料の組合せが用いられる。一定の実施態様では、基板１１０において、異なる領域は異なる材料から形成され得る。
一般に、基板１７０は、可撓性、半剛性、または剛性であることが可能である。幾つかの実施態様では、基板１７０は約５，０００ＭＰａ未満の曲げ弾性率を有する。一定の実施態様では、基板１７０において、異なる領域が可撓性、半剛性、または不撓性であることが可能である（例えば、可撓性の１つ以上の領域および半剛性の異なる１つ以上の領域、可撓性の１つ以上の領域および不撓性の異なる１つ以上の領域）。一般に、基板１７０は実質的に非散乱性である。
典型的には、基板１７０の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約２００μｍ以下（例えば、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）、またはその両方である。
一般に、基板１７０は有色または無色であり得る。幾つかの実施態様では、基板１７０のうちの１つ以上の部分は有色であり、基板１７０のうちの異なる１つ以上の部分は無色である。
基板１７０は、１つの平面的な表面（例えば、使用中にアノード１６０を通過する光を光電セル１００が用いる実施態様で、基板１７０において光が衝突する表面）を有すること、２つの平面的な表面（例えば、使用中にアノード１６０を通過する光を光電セル１００が用いる実施態様で、基板１７０において光が衝突する表面および基板１７０の反対の表面）を有すること、または平面的な表面を有しないことが可能である。基板１７０の非平面的な表面は、例えば、湾曲していること、または段を有することが可能である。幾つかの実施態様では、基板１７０の非平面的な表面にはパターンが形成されている（例えば、パターンの形成された段を有し、フレネル・レンズ、レンチキュラー・レンズ、またはレンチキュラー・プリズムを形成する）。
図５には、光電セル４００の断面図を示す。光電セル４００には、基板１１０とホール・キャリア層１３０との間の接着層４１０が含まれる。
一般に、接着層４１０には、メッシュ・カソード１２０を定位置に保持することが可能な任意の材料が用いられ得る。一般に、接着層４１０は、光電セル４００に用いる厚さにて透明な材料から形成される。接着剤の例には、エポキシおよびウレタンが含まれる。接着層４１０に用いられ得る市販の材料の例には、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社のＢｙｎｅｌ（商標）接着剤およびスリーエム（３Ｍ）社の６１５接着剤が含まれる。幾つかの実施態様では、接着層４１０にはフッ素化接着剤が含まれ得る。一定の実施態様では、接着層４１０は導電性接着剤を含有する。導電性接着剤は、例えば、上述の導電性ポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ）など、本質的に導電性のポリマーから形成され得る。導電性接着剤は、１つ以上の導電性材料（例えば、導電性粒子）を含むポリマー（例えば、本質的に導電性でないポリマー）からも形成され得る。幾つかの実施態様では、接着層４１０は、１つ以上の導電性材料を含む、本質的に導電性のポリマーを含有する。
幾つかの実施態様では、接着層４１０の厚さ（すなわち、基板１１０が接着層４１０と接触している表面に対して実質的に垂直な方向への、接着層４１０の厚さ）は、メッシュ・カソード１２０の最大厚さ未満である。幾つかの実施態様では、接着層４１０の厚さは、メッシュ・カソード１２０の最大厚さの約９０％以下（例えば、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下）である。しかしながら、一定の実施態様では、接着層４１０の厚さは、メッシュ・カソード１２０の最大厚さとほぼ同じか、またはメッシュ・カソード１２０の最大厚さより大きい。
一般に、メッシュ・カソードを有する光電セルを、所望の通りに製造することが可能である。
幾つかの実施態様では、光電セルは以下のように調製され得る。従来技術を用いて電極１６０を基板１７０上に形成し、ホール・ブロック層１５０を電極１６０上に形成する（例えば、真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスまたは溶液コーティング・プロセスを用いて）。活性層１４０をホール・ブロック層１５０上に形成する（例えば、スロット・コーティング、スピン・コーティング、またはグラビア・コーティングなど、溶液コーティング・プロセスを用いて）。ホール・キャリア層１３０を活性層１４０上に形成する（例えば、スロット・コーティング、スピン・コーティング、またはグラビア・コーティングなど、溶液コーティング・プロセスを用いて）。メッシュ・カソード１２０をホール・キャリア層１３０に部分的に配置する（例えば、ホール・キャリア層１３０の表面にメッシュ・カソード１２０を配置し、メッシュ・カソード１２０をプレス加工することによって）。続いて、従来の方法を用いて、基板１１０をメッシュ・カソード１２０およびホール・キャリア層１３０上に形成する。
一定の実施態様では、光電セルは以下のように調製され得る。従来技術を用いて電極１６０を基板１７０上に形成し、ホール・ブロック層１５０を電極１６０上に形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティング・プロセスを用いて）。活性層１４０をホール・ブロック層１５０上に形成する（例えば、スロット・コーティング、スピン・コーティング、またはグラビア・コーティングなど、溶液コーティング・プロセスを用いて）。ホール・キャリア層１３０を活性層１４０上に形成する（例えば、スロット・コーティング、スピン・コーティング、またはグラビア・コーティングなど、溶液コーティング・プロセスを用いて）。従来技術を用いて接着層４１０をホール・キャリア層１３０上に配置する。メッシュ・カソード１２０を接着層４１０およびホール・キャリア層１３０に部分的に配置する（例えば、接着層４１０の表面にメッシュ・カソード１２０を配置し、メッシュ・カソード１２０をプレス加工することによって）。続いて、従来の方法を用いて、基板１１０をメッシュ・カソード１２０および接着層４１０上に形成する。
先述のプロセスには、メッシュ・カソード１２０をホール・キャリア層１３０に部分的に配置する工程が含まれるが、幾つかの実施態様では、図に示した開口構造を有する電極を与えるように、キャリア層１３０または接着層４１０の表面にカソード材料を印刷することによって、メッシュ・カソード１２０を形成する。例えば、メッシュ・カソード１２０は、インクジェット印刷機、スクリーン印刷機、またはグラビア印刷機を用いて印刷可能である。加熱または放射（例えば、紫外線放射、可視光放射、赤外線放射、電子ビーム放射など）により固化するペーストに、カソード材料を配置することも可能である。カソ
ード材料は、例えば、スクリーンを通してメッシュのパターンに真空蒸着することも可能であり、蒸着後にフォトリソグラフィーによってパターンを形成されてもよい。
複数の光電セルを電気的に接続し、光電システムを形成することが可能である。一例として、図６には、光電セル５２０を含むモジュール５１０を有する光電システム５００の概略図を示す。光電セル５２０は電気的に直列に接続されており、システム５００は負荷に電気的に接続されている。図７には、光電セル６２０を含むモジュール６１０を有する光電システム６００の概略図を示す。光電セル６２０は電気的に並列に接続されており、システム６００は負荷に電気的に接続されている。幾つかの実施態様では、光電システムにおける一部（例えば、全て）の光電セルは、１つ以上の共通の基板を有することが可能である。一定の実施態様では、光電システムにおける一部の光電セルは電気的に直列に接続されており、その光電システムにおける光電セルのうちの一部は電気的に並列に接続されている。
一定の実施態様を開示したが、他の実施態様もまた可能である。
メッシュから形成されるカソードを開示したが、別の例として、幾つかの実施態様ではメッシュ・アノードを用いることが可能である。これは例えば、アノードが伝達した光を用いる場合に所望され得る。一定の実施態様では、メッシュ・カソードおよびメッシュ・アノードの両方が用いられる。これは例えば、カソードおよびアノードの両方が伝達した光を用いる場合に所望され得る。
一般にセルのカソード側を介して透過する光を用いる実施態様を説明したが、一例として、一定の実施態様ではセルのアノード側が伝達した光を用いる（例えば、メッシュ・アノードを用いる場合）。幾つかの実施態様では、セルのカソード側およびアノード側の両方が伝達した光を用いる（メッシュ・カソードおよびメッシュ・アノードを用いる場合）。
電極（例えば、メッシュ電極、非メッシュ電極）を導電性材料から形成されるものとして説明したが、さらなる一例として、幾つかの実施態様では半導体材料から形成される１つ以上の電極（例えば、１つ以上のメッシュ電極、１つ以上の非メッシュ電極）を光電セルが備えてもよい。半導体材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物、および亜鉛酸化物が含まれる。
さらなる一例として、幾つかの実施態様では１つ以上の半導体材料がメッシュ電極の開口領域に配置され得る（例えば、メッシュ・カソードの開口領域、メッシュ・アノードの開口領域、メッシュ・カソードの開口領域およびメッシュ・アノードの開口領域）。半導体材料の例には、スズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物、および亜鉛酸化物が含まれる。典型的には、メッシュ電極の開口領域に配置される半導体材料は、光電セルに用いる厚さにて透明である。
別の例として、一定の実施態様では一方または両方の基板に保護層が適用され得る。保護層は、例えば、汚染物質（例えば、塵埃（ｄｉｒｔ）、水分、酸素、化学物質）を光電セルの中に入れないため、セルの耐久性を高めるため、またはその両方のために用いられ得る。一定の実施態様では、保護層はポリマー（例えば、フッ素化ポリマー）から形成され得る。
１つ以上のメッシュ電極を備える一定の種類の光電セルを説明したが、さらなる一例として、他の種類の光電セルにも１つ以上のメッシュ電極（メッシュ・カソード、メッシュ・アノード、メッシュ・カソードおよびメッシュ・アノード）を用いることが可能である。そのような光電セルの例には、アモルファス・シリコン、セレン化カドミウム、テルル
化カドミウム、銅インジウム硫化物、および銅インジウムガリウム砒化物から形成される活性材料を含む光電セルが含まれる。
材料３０２，３０４が異なる材料から形成されるものとして説明したが、さらなる一例として、幾つかの実施態様では材料３０２，３０４は同じ材料から形成される。
図４では中実領域１２２が別の材料へコーティングされた１つの材料から形成されるように示したが、別の例として、幾つかの実施態様では中実領域１２２は２つ以上のコーティングされた材料（例えば、３つのコーティングされた材料、４つのコーティングされた材料、５つのコーティングされた材料、６つのコーティングされた材料）から形成され得る。
他の実施態様は特許請求の範囲にある。
光電セルの一実施態様の断面図。 メッシュ電極の一実施態様の正面図。 図２のメッシュ電極の断面図。 メッシュ電極の一部分の断面図。 光電セルの別の実施態様の断面図。 電気的に直列に接続された複数の光電セルを含むシステムの概略図。 電気的に並列に接続された複数の光電セルを含むシステムの概略図。

Claims (17)

  1. 第１の電極と、
    開口領域と導電性材料を含有する中実領域とを有する、メッシュ電極と、
    前記第１の電極と前記メッシュ電極との間に位置し、かつ電子受容性材料および電子供与性材料を含有する活性層と、
    前記第１の電極と前記活性層との間のホール・ブロック層と、
    前記活性層と前記メッシュ電極との間のホール・キャリア層とを備える光電セルであって、
    前記光電セルを前記ホール・キャリア層において基板に接着する接着材料をさらに備え、
    前記接着材料と、前記ホール・キャリア層のうちの少なくとも一部とは、前記メッシュ電極の開口領域内に配置されている、光電セル。
  2. 前記メッシュ電極はカソードである請求項１に記載の光電セル。
  3. 前記導電性材料は金属、合金、ポリマー、およびそれらの組合せから選択される請求項１に記載の光電セル。
  4. 前記メッシュ電極は線材を含む請求項１に記載の光電セル。
  5. 前記線材は導電性材料を含む請求項４に記載の光電セル。
  6. 前記導電性材料は金属、合金、ポリマー、およびそれらの組合せから選択される請求項５に記載の光電セル。
  7. 前記線材は導電性材料を含有するコーティングを含む請求項４に記載の光電セル。
  8. 前記導電性材料は金属、合金、ポリマー、およびそれらの組合せから選択される請求項７に記載の光電セル。
  9. 前記メッシュ電極はエキスパンド・メッシュを含む請求項１に記載の光電セル。
  10. 前記メッシュ電極はメッシュ織物を含む請求項１に記載の光電セル。
  11. 前記電子受容性材料はフラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボン・ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマー、およびそれらの組合せから選択される材料を含む請求項１に記載の光電セル。
  12. 前記電子受容性材料は置換フラーレンを含む請求項１に記載の光電セル。
  13. 前記電子供与性材料はディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、およびポリイソチアナフタレンから選択される材料を含む請求項１に記載の光電セル。
  14. 前記電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含む請求項１に記載の光電セル。
  15. 前記ホール・ブロック層はＬｉＦ、金属酸化物、およびそれらの組合せから選択される材料を含む請求項１に記載の光電セル。
  16. 前記ホール・キャリア層はポリチオフェン、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタネン、およびそれらの組合せから選択される材料を含む請求項１に記載の光電セル。
  17. 前記第１の電極は別のメッシュ電極から成る請求項１に記載の光電セル。
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