(57)【要約】      （修正有）【課題】ＩＶ族物質（例：シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム合金）及び酸化銅等といった金属酸化物を含む薄膜処理を用いた光電物質の製造方法及び構造を提供する。【解決手段】デバイスは、電子収集電極及びホール収集電極間に配置されたナノ構造物質を有する。電子輸送／ホール遮断材料は、電子収集電極とナノ構造物質との間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対し、少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する。【選択図】図１
2014212322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質と、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質間の混合領域と、
前記第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルと、
前記第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第二イオン化ポテンシャルより前記第一イオン化ポテンシャルが小さく、前記第二電子親和力が前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、前記第二ナノ構造物質の特性を示す前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルと、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対して少なくとも１０−３ｃｍ−１の光吸収係数を有する、
光電ナノコンポジット構造を有するナノ構造物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年５月１５日に出願されたＨｏｗａｒｄ  Ｗ．Ｈ．Ｌｅｅ名義の、同一人所有による、米国仮特許出願第６０／８００，８０１号の優先権を主張するものであり、その内容を参照して本願明細書に援用したものである。
【０００２】
本発明は、概して光電材料に関する。より詳細には、本発明はＩＶ族物質（例：シリコン、ゲルマニウム）及び酸化銅等といった金属酸化物を含む薄膜処理を用いた光電物質の製造方法及び構造に関する。単なる例として、この方法及び構造はナノ構造形態を用いて実現されているが、本発明を他の形態により実施することも可能である。
【背景技術】
【０００３】
古代より、人類はエネルギーを利用する方法を見出すため挑戦を続けてきた。エネルギーは、石油化学、水力発電、原子力発電、風力発電、バイオマス発電、太陽光発電から木材や石炭といったより原始的な形態に至るまで、様々な形態で生成される。前世紀から、現代文明は、重要なエネルギー源として石油化学に依存してきた。石油化学エネルギーにはガス及び石油が含まれる。軽いガスにはブタン及びプロパンが含まれ、一般的に住宅での暖房や料理の熱源として使用されている。また、ガソリン、ディーゼル、ジェット燃料といったガスは、一般に交通輸送に使用される。より分子量が大きい石油化学物質もまた、住宅の暖房に使用される場合がある。残念ながら、石油化学エネルギーの量は地球上の可採埋蔵量に制限され、本質的に固定されている。さらに、人類が車の運転に石油化学エネルギーを使うようになったため、将来的には枯渇する希少資源と言える。
【０００４】
近年は、クリーンなエネルギー源が求められている。クリーンなエネルギー源の例としては、水力発電エネルギーが挙げられる。ネバダ州のフーバーダムのような大規模なダムに蓄えられた水の力により発電機を稼働させて水力発電は行われる。発電された電気は、カリフォルニア州ロサンゼルスの大部分に供給されている。他のタイプのクリーンなエネルギーには、太陽エネルギーが含まれる。太陽エネルギーの詳細については、この背景技術及び明細書の以下の部分で説明する。
【０００５】
太陽エネルギーは、一般的に、太陽からの電磁放射を使用可能な形態のエネルギーに変換することにより得られる。他の形態のエネルギーとしては、熱エネルギー及び電力が挙げられる。電力を得るためには、通常太陽電池が使用される。太陽エネルギーはクリーンで、その利用はある程度成功を納めているものの、多くの制約があるため世界で広く使用されるまでに至っていない。たとえば、太陽電池のセルの一種では、半導体物質のインゴットから形成した結晶化物質を使用している。この結晶化物質には、電磁放射を電流に変換するフォトダイオードデバイスが含まれる。結晶化物質は、通常高価で大規模生産は難しい。さらに、この結晶化物質から製造されたデバイスのエネルギー変換効率は低い。他のタイプの太陽電池では、電磁放射を電流に変換するのに使用される感光物質の薄膜を形成するため、「薄膜」技術が使用されている。太陽電池の製造における薄膜技術の利用には、同様の制約がある。つまり、通常効率が低い。また、多くの場合、膜の信頼性が低いため、従来の使用環境においては長期間の利用はできなかった。従来技術における制限の詳細については、この背景技術及び明細書の以下の部分で説明する。
【０００６】
以上より、光電物質の製造及び最終生成物を改良する技術が求められているのは明白である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光電物質に関する技術に関する。より詳細には、ＩＶ族物質（例：シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム合金）及び酸化銅等といった金属酸化物を含む薄膜処理を用いた光電物質の製造方法及び構造を提供する。単なる例として、この方法及び構造はナノ構造形態を用いて実現されているが、本発明を他の形態により実施することも可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を有するナノ構造物質を提供する。特定の実施例においては、この物質は第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。本発明において「第一」及び「第二」は通常の意味であって、限定を意図するものではない。第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により、混合領域が形成される。本発明において「混合領域」は通常の意味であって、それぞれ特に限定されない。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は、第一イオン化ポテンシャルより小さい。この物質はまた、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示し、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【０００９】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を提供する。特定の実施例においては、この物質は第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力は第二電子親和力より小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００１０】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を提供する。この物質は第一ナノ構造物質、第二ナノ構造物質、第三ナノ構造物質を含む。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質、第二ナノ構造物質及び第三ナノ構造物質により、混合領域が形成される。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、第三ナノ構造物質の特性を示す。第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第二電子親和力は第三電子親和力より小さい。第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、第二イオン化ポテンシャルは第三イオン化ポテンシャルより小さい。第三電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質、第二ナノ物質構造及び第三ナノ物質構造の少なくとも一つ、二つまたは三つ全ての特性を示す。
【００１１】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を提供する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料がナノ構造物質の片側に配置される。ホール輸送／電子遮断材料は、電子輸送／ホール遮断材料と反対のナノ構造物質の側に配置される。ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料により、混合領域が形成される。ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料により、混合領域が形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により負電荷キャリアが生成され、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。また、特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により正電荷キャリアが生成され、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【００１２】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を提供する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料がナノ構造物質の片側に配置される。ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料により、混合領域が形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により負電荷キャリアが生成され、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【００１３】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジット構造を提供する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料がナノ構造物質の片側に配置される。ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料により、混合領域が形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により正電荷キャリアが生成され、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【００１４】
さらに、本発明は光電デバイスを提供する。特定の実施例においては、このデバイスは電子収集電極、ホール収集電極、電子収集電極とホール収集電極との間に配置されたナノ構造物質を含む。ナノ構造物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により、混合領域が形成される。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００１５】
さらに、本発明は光電デバイスを提供する。特定の実施例においては、このデバイスは電子収集電極、ホール収集電極、電子収集電極とホール収集電極との間に配置されたナノ構造物質を含む。ナノ構造物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により、混合領域が形成される。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料が電子収集電極とナノ構造物質との間に配置される。ホール輸送／電子遮断材料は、ホール収集電極とナノ構造物質との間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により負電荷キャリアが生成され、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００１６】
さらに、本発明は光電デバイスを提供する。特定の実施例においては、このデバイスは電子収集電極、ホール収集電極、電子収集電極とホール収集電極との間に配置されたナノ構造物質を含む。ナノ構造物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により、混合領域が形成される。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。電子輸送／ホール遮断材料は、特定の実施例においては、電子収集電極とナノ構造物質との間に配置されている。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００１７】
さらに、本発明は光電デバイスを提供する。特定の実施例においては、このデバイスは電子収集電極、ホール収集電極、電子収集電極とホール収集電極との間に配置されたナノ構造物質を含む。ナノ構造物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含む。第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により、混合領域が形成される。第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示す。第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ホール収集電極とナノ構造物質との間に配置されている。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００１８】
さらに、本発明は、電子収集電極とホール収集電極との間に配置された、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といったナノ構造物質で構成される光電デバイスを提供する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子収集電極とナノ構造物質との間に配置される。ホール輸送／電子遮断材料はホール収集電極とナノ構造物質との間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【００１９】
さらに他の実施例においては、本発明は、たとえば太陽電池といった光電デバイスを提供する。このデバイスは電子収集電極とホール収集電極の間に配置されたナノ構造物質を含む。電子輸送／ホール遮断材料は電子収集電極とナノ構造物質との間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長幅の光に対する光吸収係数を有する。
【００２０】
特定の実施例においては、本発明は、電子収集電極とホール収集電極との間に配置されたナノ構造物質から成る光電デバイスを提供する。ホール輸送／電子遮断材料は、ホール収集電極とナノ構造物質との間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数を有する。
【００２１】
さらに他の実施例においては、本発明は、たとえば太陽電池といった光電デバイスを提供する。このデバイスは、基板表面領域を有する基板を含む。このデバイスは、表面領域を被覆する複数のナノ構造を有する。複数のナノ構造の加工寸法は、約１ナノメータ〜２００ナノメータに及ぶ。この加工寸法は、２つ以上の複数のナノ構造間の距離の特性を示す。２つ以上の複数のナノ構造の高さは、約２５ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。半導体材料は複数のナノ構造の表面領域を覆い、２つ以上の複数のナノ構造間のすき間が十分に充填されて、半導体材料層を形成する。このデバイスは、半導体材料層から形成される半導体材料の表面領域を含み、実質的に複数のナノ構造を被覆するため、２つ以上の複数のナノ構造の高さから分離距離を有する。このデバイスの厚さは約５０ｎｍ〜２０００ｎｍに及び、複数のナノ構造と半導体物質から成るサンドイッチ構造の特性を示す。
【００２２】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といったナノコンポジット光電物質の形成方法を提供する。この方法には、複数の第一ナノ構造をその上に有する第一ナノ構造物質の提供が含まれる。この方法には、混合領域を形成するため、複数の第一ナノ構造を、流体特性を有する複数の第二ナノ構造から成る流体に接触させることが含まれる。この混合領域は、第二ナノ構造物質と実質的に接触している複数の第一ナノ構造により特性化されるような流体から成る複数の第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質から生成される。この方法には、混合領域を含む第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の１つ以上の処理を伴う加工工程が含まれる。この処理においては、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、第一ナノ構造物質の特性を示し、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。特定の実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。特定の実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示す。
【００２３】
他の特定の実施例においては、本発明は、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といった光電ナノコンポジットの形成方法を提供する。特定の実施例においては、本発明には表面領域を有する透明基板部材の製造が含まれる。この方法には、表面領域を被覆する透明電極部材の形成が含まれる。また、この方法には、透明電極部材を被覆する第一ナノ構造物質の形成も含まれる。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質は、複数の第一ナノ構造及び第一ナノ構造物質の第一表面領域を有する。また、この方法には、混合領域を形成するため、第一ナノ物質構造の第一表面領域を、流体特性を有する、複数の第二ナノ構造物質から成る１つ以上の流体に接触させることが含まれる。この混合領域は、第二ナノ構造物質と実質的に接触している複数の第一ナノ構造により特性化されるような１つ以上の流体から成る複数の第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質から生成される。特定の実施例においては、混合領域を含む第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の１つ以上の処理を伴う加工工程が含まれる。この処理においては、第一ナノ構造物質は、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルに特性化され、第二ナノ構造物質は、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルに特性化される。好適な実施例においては、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力は第二電子親和力より小さい。また、好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数により特性が示される。この方法は、第二ナノ構造物質を被覆する電極の形成を含む。
【００２４】
特定の実施例においては、上記の特徴を１つ以上含む場合もある。この技術は、ナノテクノロジーに基づき、従来技術に依存する使用が簡便な処理工程を提供する。特定の実施例においては、このナノテクノロジーに基づく物質及び処理工程により、変換効率が高くなり、処理が改善される。いくつかの実施例においては、太陽光を電力に変換する際、この方法により高い効率を得られる。実施例によっては、本発明に基づき製造された太陽電池の効率が約１０％〜２０％以上高くなる場合がある。さらに、この方法は、従来の設備及び加工処理に実質的な変更を加えることなく、従来の加工技術と適合する処理工程を提供する。特定の実施例においては、この方法及び構造は大規模製造技術を用いて提供される場合もあり、光電デバイスの製造コストは削減される。他の特定の実施例においては、この方法及び構造は溶液処理により提供されることもある。実施例によっては、１つ以上のこれらの利点を実現し得る。上記及びその他の利点は、本明細書の以下の部分で説明する。
【００２５】
本発明の種々の追加的な目的、特徴及び効果は、発明の詳細な説明と添付の図面とを参照することにより、より深く理解され得る。
【００２６】
本発明の実施例においては、光電物質に関する技術が提供される。より詳細には、本発明は、ＩＶ族物質（例：シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム合金）、金属酸化物および金属硫化物を含む薄膜処理を用いた光電物質の製造方法及び構造に関する。単なる例として、この方法及び構造はナノ構造形態を用いて実現されているが、本発明は他の形態を有し得ることも認識されるであろう。本発明の実施例の詳細については、明細書の以下の部分で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の簡略図である。
【図１Ａ】本発明の実施例における図１のデバイスの混合領域の簡略図である。
【図２】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法の簡略図である。
【図３】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法の簡略図である。
【図４】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法の簡略図である。
【図５】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法の簡略図である。
【図６】本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法の簡略図である。
【図７】本発明の実施例における光電デバイスの代替的ナノ構造物質の簡略図である。
【図８】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図９】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１０】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１１】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１２】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１３】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１４】本発明の実施例における光電デバイスの代替的ナノ構造物質の簡略図である。
【図１５】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１６】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１７】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１８】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図１９】本発明の実施例における光電デバイスの代替的ナノ構造物質の簡略図である。
【図２０】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２１】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２２】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２３】本発明の実施例における光電デバイスの代替的ナノ構造物質の簡略図である。
【図２４】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２５】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２６】本発明の実施例における光電デバイスの代替的ナノ構造物質の簡略図である。
【図２７】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２８】本発明の代替的実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的製造方法の簡略図である。
【図２９】本発明の実施例におけるナノ構造物質形成方法の簡略図である。
【図３０】本発明の実施例におけるナノ構造物質形成方法の簡略図である。
【図３１】本発明の実施例におけるナノ構造物質形成方法の簡略図である。
【図３２】本発明の実施例におけるナノ構造物質形成方法の簡略図である。
【図３３】本発明の実施例におけるナノ構造物質形成方法の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質１００の簡略図である。この図は単なる例であり、請求項の範囲を不当に限定するものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、光電デバイスは、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といったナノコンポジットのナノ構造物質で製造される。特定の実施例においては、デバイスは基板部材１０１を含む。基板部材の表面領域は、被覆されている。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体又は半導体、これらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均一及び／又は複合物質及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的に、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等といった半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００２９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、基板部材の表面領域を被覆する電極構造を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造される。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質でもよい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３０】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルトその他好適な金属で、化合物（例：合金）及び多層構造等を含む。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素類であり得る。特定の実施例においては、より低い抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極物質は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３１】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電極部材の表面領域を被覆する第一ナノ構造物質１０５を含む。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質は物理的かつ電気的に電極部材の表面領域と結合されている。また、特定の実施例においては、第一ナノ構造物質を被覆している第二ナノ構造物質１０７をこのデバイスは含む。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は混合領域を形成するが、この混合領域については本明細書の以下の部分で説明する。特定の実施例においては、第二ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質及びこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造から構成される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３２】
特定の実施例においては、各ナノ構造物質は層状物質、傾斜材料等を含む好適な混合物、均一物質又は不均一物質から製造される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質はＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族、これらの化合物等の半導体材料から製造される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体物質及び有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、これらのナノ構造物質の一方又は双方が金属酸化物種から製造され得る。たとえば、第一ナノ構造物質の金属酸化物は、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、これらの化合物等であり得る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質は金属硫化物種であり得る。単なる例であるが、金属硫化物種はＦｅＳ２、ＳｎＳ、Ｃｕ２Ｓ、これらの化合物等であり得る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。金属シリサイドの例としては、ＦｅＳｉ２等がある。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３３】
特定の実施例においては、第二ナノ構造物質はたとえばＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物から成る。代替の実施例においては、第二ナノ構造物質はＳｎＳ２、ＺｎＳといった金属硫化物を含み得る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、これらの化合物等から選択され得る。他の一般的な実施例においては、第一ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２又はＳｎＳといった金属硫化物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、及び代替選択肢が存在し得る。
【００３４】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いた特定の空間形態を有し得る。たとえば、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質から選択されるナノコラム、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、及び金属酸化物等から成る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムから構成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムから成る。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＦｅＳ２、ＳｎＳ、Ｃｕ２Ｓ又はその他のナノ構造金属硫化物を含み得る。代替的に、第一ナノ構造物質はＦｅＳｉ２等のＩＶ族半導体種を含む半導体物質で構成され得る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質及び金属酸化物から選択されたナノチューブから成る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブから成る。他の代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノコラムから成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３５】
他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＺｎＯから成るナノコラムから成る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノチューブから成る。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブから構成される。代替的には、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＳｎＳ２、ＺｎＳといったナノ構造金属硫化物から構成される。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質は無機半導体から成り、第二ナノ構造物質は有機半導体から成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の間に配置され、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含み得る混合領域１１１を有する。実施例によっては、混合領域は特定の空間寸法を有し得る。たとえば、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらに、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合領域の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。代替的には、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１０ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３７】
特定の実施例においては、混合領域は第一及び第二ナノ構造物質を含む界面領域を有する。つまり、特定の実施例においては、図示したとおり、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質と物理的かつ電気的に実質接触している。好適な実施例においては、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質を含む集積構造であり得る。代替的には、代替の実施例においては、界面領域は互いに接触する２つの分離構造であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００３８】
図１Ａに、本発明の実施例における図１の光電デバイスの混合領域を示す。この図は単なる例であり、請求項の範囲を不当に限定するものではない。当業者は種々のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、混合領域１５０は、第一及び第二ナノ構造物質の双方からのナノ構造物質を含む。特定の実施例においては、混合領域は、実際は各ナノ構造物質が混合されたナノ構造を含む。代替的に、特定の実施例においては、混合領域は、各ナノ構造物質を分離する界面領域を含み得る。つまり、特定の実施例においては、混合領域は各ナノ構造物質の１つ以上の部分及び／又は各ナノ構造物質全体を含み得る。当然のことながら、当業者は多くのヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。さらに、ここに説明した混合領域は、本願明細書で説明した１つ以上又は全ての実施例において実現され得る。
【００３９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、この物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示し、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４０】
特定の実施例においては、光電デバイスは各ナノ構造物質の特性を示す特定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ以上小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ以上小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ以上小さい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４１】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップに特性化される。特定の実施例においては、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４２】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はキャリア移動度も有する。１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４３】
図示したとおり、特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質における光吸収により生成され、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の間の界面で分離する正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質へ、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質へ輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質内では多数キャリアの輸送により輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４４】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第二ナノ構造物質の表面領域を被覆する電極構造１０９を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質でもよい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４５】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルトその他好適な金属で、化合物（例：合金）及び多層構造等であり得る。代替的に、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素類であり得る。特定の実施例においては、より低い抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は所望の値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。本発明のデバイスの製造方法の詳細については、本願明細書の以下の部分で説明する。
【００４６】
本発明の実施例における光電デバイスのためのナノコンポジットのナノ構造物質の形成方法を以下で簡単に説明する。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄する（例：ＲＣＡ、音速、超音速）。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する第一ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
５．第一ナノ構造物質が第二ナノ構造物質と混合されるよう、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質との間に配置される混合領域を形成する。
７．第一ナノ構造物質が第一電子親和力と第一イオン化ポテンシャルであるよう、少なくとも混合領域を加工する。
８．第二ナノ構造物質が第二電子親和力と第二イオン化ポテンシャルであるよう、少なくとも混合領域を加工する（特定の実施例によっては、手順７と８は同時及び／又は重複する場合がある）。
９．第二ナノ構造物質を被覆する電極構造を形成する。
１０．必要に応じて他の手順を実行する。
１１．第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、また、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が少なくとも１０３ｃｍ−１である、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示すような混合領域を有する光電デバイスを提供する。
【００４７】
上記の手順は、本発明の実施例における製造方法を説明したものである。図示したとおり、この製造方法では、本発明の実施例における太陽光発電用のナノコンポジット構造を有するナノ構造物質を形成する複数の手順を用いる。本発明の請求項の範囲内において、手順を加えたり、１つ以上の手順を省略したり、異なる順番で１つ以上の手順を実行することにより、他の代替の選択肢が提供され得る。特定の実施例における本発明の製造方法の詳細については、本願明細書の以下の部分で説明する。
【００４８】
図２乃至図６に、本発明の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の製造方法を簡略化して示す。この図は単なる例であり、請求項の範囲を不当に限定するものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、本発明の製造方法は基板部材２００の準備から始まる。基板部材は、被覆表面領域２０１を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体又は半導体、これらの化合物、複合物及び層状物質であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均一及び／又は複合物質及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的に、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等といった半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００４９】
図２のとおり、この方法は、１つ以上の好適な技術を用いた表面領域の洗浄処理を含む。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤を用いた有機洗浄が挙げられる。洗浄処理は、消イオン水及び／又は実質的にパーティクルが存在しない水といった超清浄水も含み得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、表面領域には実質的に微粒子、有機不純物、金属及びこれらの化合物を含むその他の化学物質は存在しない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００５０】
図３のとおり、この方法は、表面領域を被覆する電極層３０１の形成を含む。いくつかの実施例においては、電極層は、スパッタリング、蒸着、溶液堆積といった従来の堆積方法により形成され得る。図示したとおり、電極層は、基板部材の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【００５１】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、ニッケル、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素類であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は所望の値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００５２】
任意であるが、本発明の方法は電極層形成後の洗浄処理を含み得る。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤を用いた有機洗浄が挙げられる。洗浄は、消イオン水及び／又は実質的にパーティクルの存在しない水といった超清浄水も含む。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガスを用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、表面領域には実質的に微粒子、有機不純物、金属及びこれらの化合物を含むその他の化学物質等が存在しない。好適な実施例においては、この方法では、電極層が汚染される前に続けて堆積処理を行う。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。
【００５３】
特定の実施例においては、この方法は、電極層を被覆する第一ナノ構造物質４０１を形成する。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質は電極層と物理的かつ電子的に接触している。図５のとおり、この方法は、第一ナノ構造物質が第二ナノ構造物質と混合されるよう、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質５０１（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質その他）を形成する。
【００５４】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は特定の幾何学的形状及び／又は寸法を有し得る。この物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質、これらの化合物等を含み得る。特定の実施例においては、この方法は、ナノポーラス、ナノコラム、ナノチューブ、ナノ粒子又はこれらの化合物その他といった特定のカテゴリーのナノ構造物質を形成する。このナノ構造物質の形成方法の詳細については、本明細書の以下の部分で説明する。
【００５５】
図５のとおり、この方法は、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の間に配置された混合領域５０３を形成する。特定の実施例においては、混合領域は、第一ナノ構造物質が第一電子親和力と第一イオン化ポテンシャルであり、第二ナノ構造物質が第二電子親和力と第二イオン化ポテンシャルであるよう加工される。実施例によっては、この方法は、第一電子親和力が第二電子親和力より小さくなるような混合領域を含む光電デバイスを提供するため、これらの２つの構造を別個又は同時に加工する。好適な実施例においては、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。さらに、好適な実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示し、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。
【００５６】
図６のとおり、この方法は、第二ナノ構造物質を被覆する電極層６０１を形成する。図示したとおり、電極構造は第二ナノ構造物質の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造される。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【００５７】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素類であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。実施例によっては、他の手順が実行され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００５８】
本発明の実施例においては、この方法は、上記の一連の手順により提供される。図示したとおり、本発明の実施例においては、この方法では、太陽光発電用のナノコンポジット構造を有するナノ構造物質を形成する複数の手順を用いる。本発明の請求項の範囲内において、手順を加えたり、１つ以上の手順を省略したり、異なる順番で１つ以上の手順を実行することにより、他の代替の選択肢が提供され得る。代替の実施例における本発明の方法及び構造の詳細については、本明細書の以下の部分で説明する。
【００５９】
図７は、本発明の実施例における光電デバイスの代替的なナノ構造物質７００の簡略図である。この図は単なる例であり、請求項の範囲を不当に限定するものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、光電デバイスは、たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質といったナノ構造物質で製造される。特定の実施例においては、デバイスは基板部材７０１を含む。基板部材は、被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体又はこれらの化合物等を含む半導体であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの等方性及び／又は混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的に、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等といった半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６０】
特定の実施例においては、光電デバイスは、基板部材の表面領域を被覆する電極構造７０３を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６１】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散を防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物、その他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６２】
好適な実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断被覆物質７０５を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子輸送を促進し、ホール輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は電極７０３を被覆しており、透明であることが望ましい。さらに、特定の実施例においては、基板も透明である。代替的には、電極及び基板は透明ではなく、反射物質を含み得る。特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物、層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、その他金属酸化物等が含まれるがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６３】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料７０５を被覆する第一ナノ構造物質７５１を含む。混合領域７０９を拡大した参照番号７５０も参照されたい。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質は電極部材の表面領域と電気的に結合している。特定の実施例においては、光電デバイスは第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質７５３も含む。特定の実施例においては、第一及び第二ナノ構造物質は混合領域を形成し、この混合領域については、本願明細書で後述する。特定の実施例においては、第二ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質及びこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造から成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６４】
特定の実施例においては、各ナノ構造物質は層状物質、傾斜材料等を含む好適な化合物、等方性の物質又は不均一物質から製造される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族の物質、これらの化合物等の半導体物質から成る。実施例によっては、半導体物質は無機半導体物質又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、一方又は双方のこれらのナノ構造物質は金属酸化物種から製造され得る。たとえば、第一ナノ構造物質で使用される金属酸化物は、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、これらの化合物等であり得る。代替的には、第一ナノ構造物質は金属硫化物種から製造され得る。たとえば、金属硫化物種はＦｅＳ２、Ｃｕ２Ｓ、ＳｎＳ、これらの化合物等であり得る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質は、たとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種を含む半導体物質であり得る。当然のことながら、ヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６５】
特定の実施例においては、第二ナノ構造物質は、たとえばＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物から成る。代替の実施例においては、第二ナノ構造物質は、たとえばＳｎＳ２、ＺｎＳ等といった金属硫化物を含み得る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、これらの化合物等から選択され得る。他の一般的な実施例においては、第一ナノ構造物質は、たとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳといった金属硫化物から選択される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質は、たとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種半導体であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６６】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いた特定の空間形態を有し得る。たとえば、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質及び金属酸化物等から選択される。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されたナノコラムから成る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されたナノコラムから成る。第一ナノ構造物質は、ＦｅＳ２、Ｃｕ２Ｓ、ＳｎＳといったナノ構造金属硫化物を含み得る。代替的には、第一ナノ構造物質はＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。さらなる他の実施例においては、第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、及び金属酸化物から選択されるナノチューブから成る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブから成る。他の代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノコラムから成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６７】
他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＺｎＯから成るナノコラムから成る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノチューブから成る。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブから成る。代替的には、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＳｎＳ２、ＺｎＳといったナノ構造金属硫化物から成る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質は無機半導体から成り、第二ナノ構造物質は有機半導体から成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６８】
特定の実施例においては、デバイスは混合領域７０７を有し、この混合領域は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質を含み得、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の間に提供される。実施例によっては、混合領域は特定の空間寸法を有し得る。例として、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらに、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。代替的には、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜１０ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、混合領域の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、混合の特性を示す空間距離は約１ｎｍ〜５ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００６９】
特定の実施例においては、混合領域７０７は第一及び第二ナノ構造物質を含む界面領域を有する。つまり、特定の実施例においては、図示したとおり、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質と物理的かつ電気的に実質接触している。好適な実施例においては、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質を含む集積構造であり得る。代替的には、代替の実施例においては、界面領域は互いに接触する２つの分離構造であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７０】
特定の実施例においては、デバイスはまた、第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、この物質は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示し、少なくとも１０３ｃｍ−１である、波長が約４００〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７１】
特定の実施例においては、光電デバイスは各ナノ構造物質を特性化する一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ以上小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ以上小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ以上小さい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７２】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、少なくとも一方又は双方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７３】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はキャリア移動度も有する。特定の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【００７４】
図示したとおり、特定の実施例においては、デバイスは、ナノ構造物質における光吸収により生成され、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の間の界面で分離される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質へ、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質へ輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質内での多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【００７５】
好適な実施例においては、光電デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質７０９を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。特定の実施例においては、図示したとおり、ホール輸送／電子遮断材料は混合領域、とりわけ第二ナノ構造物質を被覆している。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体、混合物及び／又は層状物質であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ、混合物及び／又は層状物質等であり得るこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７６】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造物質及び以下の部分で説明する電子収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内を輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質及び以下の部分で説明するホール収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７７】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造７１１を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物により製造され得る。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００７８】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。本発明のデバイスの製造方法の詳細については、本願明細書の以下の部分で説明する。
【００７９】
本発明の代替の実施例における光電デバイスで使用されるナノコンポジット物質の形成方法を以下に簡単に説明する。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄する（例：ＲＣＡ、音速、超音速）。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する電子輸送／ホール遮断材料を形成する。
５．電子輸送／ホール遮断材料を被覆する第一ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．第一ナノ構造物質が第二ナノ構造物質と混合されるよう、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
７．第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質間に配置される混合領域を形成する。
８．第一ナノ構造物質が第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルであるよう、少なくとも混合領域を加工する。
９．第二ナノ構造物質が第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルであるよう、少なくとも混合領域を加工する（実施例によっては、手順８及び９は同時及び／又は重複し得る）。
１０．第二ナノ構造物質を被覆するホール輸送／電子遮断材料を形成する。
１１．第二ナノ構造物質を被覆する電極構造を形成する。
１２．必要に応じて他の手順を実行する。
１３．第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が少なくとも１０３ｃｍ−１である、第一ナノ構造物質及び第二ナノ物質構造の少なくとも一方又は双方の特性を示すような混合領域を有する光電デバイスを提供する。
【００８０】
上記の一連手順は、本発明の実施例における方法を提供する。図示したとおり、この方法では、本発明の実施例における太陽光発電用のナノコンポジット構造のナノ構造物質及びホール輸送／遮断物質及び電子輸送／遮断物質を形成する複数の手順を用いる。本発明の請求項の範囲内において、手順を加えたり、１つ以上の手順を省略したり、異なる順番で１つ以上の手順を実行することにより、他の代替の選択肢も提供され得る。特定の実施例における本発明の方法の詳細については、本願明細書の以下の部分で説明する。
【００８１】
図８乃至図１３に、本発明の代替の実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的な製造方法を簡略化して示す。この図は単なる例であり、請求項の範囲を不当に限定するものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、この方法は基板部材８００の準備から始まる。基板部材は、被覆表面領域８０１を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物若しくは層状物質でよい。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック、又は他のタイプの等方性及び／又は複合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的に、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質といった半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００８２】
図８のとおり、この方法は、１つ以上の好適な技術を用いた表面領域の洗浄処理を含む。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。湿式洗浄技術の例には、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤を用いた有機洗浄が挙げられる。洗浄処理は、純水及び／又は実質的にパーティクルが存在しない水といった超清浄水の使用を含み得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、表面領域には実質的に微粒子、有機不純物、金属及びこれらの化合物を含むその他の化学物質は存在しない。当然のことながら、当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。
【００８３】
図９のとおり、この方法は表面領域を被覆する電極層９０１の形成を含む。いくつかの実施例においては、電極層は、スパッタリング、蒸着、溶液堆積といった従来の堆積方法により形成され得る。図示したとおり、電極構造は基板部材の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物から生成され得る。好適な物質は、金属、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００８４】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又はより高い抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物、その他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００８５】
任意であるが、本発明の製造方法は電極層形成後の洗浄処理を含み得る。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤を用いた有機洗浄がある。洗浄処理は、純水及び／又は実質的にパーティクルが存在しない水といった超清浄水の使用も含み得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、表面領域から実質的に微粒子、有機不純物、金属及びこれらの化合物を含むその他の化学物質は存在しない。好適な実施例においては、この製造では、電極層が汚染される前に続けて堆積処理を行う。当然のことながら、当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。
【００８６】
図１０のとおり、好適な実施例においては、この方法は、電子輸送／ホール遮断材料１００１を形成する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子輸送を促進し、ホール輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は電極９０１を被覆しており、透明であることが望ましい。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得、したがって、特定の実施例においては、光電物質の活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物、層状物質等を含むその他の好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。
【００８７】
図１１のとおり、特定の実施例においては、この方法は、電極層を被覆する第一ナノ構造物質１１０１（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）が形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質は電極層の上部にあり、物理的かつ電気的に結合されている。図１２のとおり、この方法は、第一ナノ構造物質が第二ナノ構造物質と混合されるよう、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質１２０１（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
【００８８】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は特定の幾何学的形状及び／又は寸法を有し得る。このナノ構造物質は、とりわけ、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質、これらの化合物等を含み得る。特定の実施例においては、この方法はナノポーラス、ナノコラム、ナノチューブ、ナノ粒子、これらの化合物その他といった特定のカテゴリーのナノ構造物質を形成する。このナノ構造物質の形成方法の詳細については、本明細書の以下の部分で説明する。
【００８９】
再度図１２を参照すると、この方法は、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質により提供される混合領域１２０５を形成する。特定の実施例においては、混合領域は、第一ナノ構造物質が第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルであり、第二ナノ構造物質が第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルであるよう加工される。実施例によっては、この方法では、第一電子親和力が第二電子親和力より小さくなるような混合領域を含む光電デバイスを製造するため、これらの２つのナノ構造物質を別々に又は同時に加工する。好適な実施例においては、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。さらに、好適な実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質又は第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方の特性を示す、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対し、少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する。
【００９０】
図１３に示したとおり、好適な実施例においては、この方法は、ホール輸送／電子遮断材料１３０１を形成する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。特定の実施例においては、図示したとおり、ホール輸送／電子遮断材料は混合領域、とりわけ第二ナノ構造物質を被覆している。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体、混合物及び／又は層状等であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ、混合物及び層状等であり得るこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９１】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造物質及び本明細書の以下の部分で説明する電子収集電極間に配置されている。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内を輸送される。代替の実施例においては、前述したとおり、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及びホール収集電極間に配置されている。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９２】
再度図１３を参照すると、この方法は、第二ナノ構造物質を被覆する電極構造１３０５を形成する。図示したとおり、特定の実施例においては、電極構造はホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物から製造され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９３】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散も防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物及びその他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９４】
本発明の実施例においては、上記の一連の手順によりこの方法は提供される。図示したとおり、本発明の実施例においては、この方法では、太陽光発電用のナノコンポジット構造を有する物質を形成する複数の手順を用いる。本発明の請求項の範囲内において、手順を加えたり、１つ以上の手順を省略したり、異なる順番で１つ以上の手順を実行することにより、他の代替の選択肢も提供され得る。代替の実施例における本発明の製造方法及び構造の詳細については、本明細書の以下の部分で説明する。
【００９５】
図１４は、本発明の実施例における光電デバイスの代替的なナノ構造物質１４００の簡略図である。この図は単なる例であり、請求項の範囲を制限するものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質から成るナノ構造物質で製造された光電デバイスを図示する。特定の実施例においては、光電デバイスは基板部材１４０１を含む。基板部材は、被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体又はこれらの化合物等を含む半導体物質であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの等方性物質及び／又は混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的に、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９６】
特定の実施例においては、光電デバイスは基板部材の表面領域を被覆する電極層１４０３を含む。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９７】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い（又はより高い）抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び動作故障を引き起こし得る金属種の拡散を防ぎ得る、障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物その他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９８】
好適な実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断材料１４０５を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子輸送を促進し、ホール輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は電極１４０３を被覆しており、透明であることが望ましい。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得、したがって、特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。好適な実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造である。つまり、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質、化合物、層状物質等を含むがこれに限定されるものではない物理的構造で製造され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【００９９】
さらに、電子輸送／ホール遮断材料は好適な種で製造され得る。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物、層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１００】
特定の実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断材料１４０５を被覆するナノ構造物質１４０７を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層と電気的に結合されている。特定の実施例においては、ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造から成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【０１０１】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は、好適な化合物、均質物質又は層状物質、傾斜材料等を含む不均一物質から成る。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族、これらの化合物等の半導体物質から成る。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、この物質は金属酸化物種から製造され得る。たとえば、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、これらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２，ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、これらの化合物等の金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、ヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０２】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いた特定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質及び金属酸化物等から選択されたナノコラムから成る。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムから成る。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムから成る。さらなる他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質及び金属酸化物から選択されるナノチューブから成る。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＴｉＯ２から成るナノチューブから成る。代替的には、ナノ構造物質は、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓ及びその他といったナノ構造金属硫化物から成り得る。さらに代替的には、ＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種を含む半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０３】
実施例によっては、ナノ構造物質は特定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらに、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０４】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、ナノ構造物質は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対して少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【０１０５】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す特定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０６】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料はキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０８】
図示したように、特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の界面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の界面で分離するナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内を輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内を輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内では、多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１０９】
好適な実施例においては、デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質１４０９を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体並びに混合物及び／又は層状等であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ、混合物及び／又は層状等のこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１１０】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質及び後に詳述する電子収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内を輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１１１】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造１４１１を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１１２】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。より低い又はより高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間に金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値よりも小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。本発明のデバイスの製造方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１１３】
本発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノコンポジット物質の形成方法を以下に簡略化して述べる。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄（例：ＲＣＡ、音速、超音速）する。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する電子輸送／ホール遮断材料を形成する。
５．電子輸送／ホール遮断材料を被覆するナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．ナノ構造物質を被覆するホール輸送／電子遮断材料を形成する。
７．ホール輸送／電子遮断材料を被覆する電極構造を形成する。
８．必要に応じて他の手順を実行する。
９．少なくともナノ構造物質の特性を示し、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対して少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する光電デバイスを提供する。
【０１１４】
本発明の実施例において、上記の一連の手順は方法を提供する。図示したとおり、本発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を併用する。記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することにより、他の代替的な選択肢が提供され得る。特定の実施例における本発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１１５】
図１５乃至図１８は、本発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的な製造方法の簡略図である。これらの図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に限定されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、本発明の方法は基板部材１５０１の準備で始まる。基板部材は、被覆表面領域１５０２を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体、これらの化合物であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等といった半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１１６】
特定の実施例においては、この方法は１つ以上の好適な技術を用いた表面領域の洗浄処理を含む。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤の有機洗浄が含まれる。洗浄処理は、純水及び／又は実質的にパーティクルが存在しない水といった超清浄水の使用も含まれ得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、表面領域は微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しない。当然のことながら、当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。
【０１１７】
再度図１５を参照すると、この方法は、表面領域を被覆する電極層１５０３の形成を含む。実施例の中には、スパッタリング、蒸着及び溶液堆積といった従来の堆積方法により電極層が形成され得るものもある。図示したとおり、電極層は基板部材の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１１８】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又はより高い抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散も防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物、その他金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、抵抗率は所望の値より小さく、通常０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１１９】
任意であるが、本発明の方法は、電極層形成後の洗浄処理を含み得る。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール、これらの化合物等といったアルコールといった溶剤の有機洗浄が含まれる。洗浄処理は、純水及び／又は実質的にパーティクルが存在しない水といった超清浄水の使用も含み得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン及びその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄の実施後は、電極層には微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しない。好適な実施例においては、この方法では、電極層に汚染が発生する前に、続けて堆積処理が実施される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２０】
好適な実施例においては、再度図１５に示したように、この方法は、電子輸送／ホール遮断材料１５０１を形成する。特定の実施例においては、この物質は電子輸送を促進し、ホール輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は電極層１５０３を被覆しており、透明であることが望ましい。さらに、特定の実施例においては、基板も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得、したがって、特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物、層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【０１２１】
特定の実施例においては、図１６に示したように、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料１５０５を被覆するナノ構造物質１６０１を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質、これらの化合物等から選択された複数のナノ構造から成る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２２】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は、好適な化合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質から成る。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族、これらの化合物等から成る。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、この物質は金属酸化物種から成り得る。単なる例であるが、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、これらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳといった金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２等といったＩＶ族半導体類を含む半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２３】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる特定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属酸化物等から選択されるナノコラムから成る。代替の実施例においては、ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムから成る。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムから成る。さらなる他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質及び金属酸化物から選択されるナノチューブから成る。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＴｉＯ２から成るナノチューブから成る。代替的には、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓ等といったナノ構造金属硫化物から成り得る。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、ＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２４】
実施例によっては、ナノ構造物質は特定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらに、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２５】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、ナノ構造物質は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対して、少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す特定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２８】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、ホール輸送／電子遮断材料及び電子輸送／ホール遮断材料はそれぞれキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１２９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の界面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の界面で分離するナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内を輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内を輸送される。特定の実施例においては、キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内で多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３０】
好適な実施例においては、図１７に示したように、この方法は、ホール輸送／電子遮断被覆物質１７０１を形成する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆している。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体、混合物及び／又は層状等であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ、混合物及び／又は層状等であり得るこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３１】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質及び後に詳述する電子収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内を輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に配置される。特定の実施例においては、ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３２】
図１８のとおり、この方法は、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造１７０３を形成する。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３３】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）又は多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物、その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、抵抗率は望ましい値より小さく、通常０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３４】
本発明の実施例において、上記の一連の手順は、方法を提供する。図示したとおり、本発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を併用する。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することにより、他の代替の選択肢も提供され得る。特定の実施例における本発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１３５】
図１９は、本発明の実施例における、光電デバイスのさらに代替的なナノ構造物質１９００の簡略図である。この図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に限定されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢を認識するであろう。たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質から成るナノ構造物質で形成される光電デバイスを図示した。特定の実施例においては、デバイスは基板部材１９０１を含む。基板部材は被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体又は半導体、これらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、基板部材の表面領域を被覆する電極層１９０３を含む。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で製造され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在し得る。
【０１３７】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又はより高い抵抗率を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こし得る金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、これらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、抵抗率は望ましい値より小さく、通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更及び代替選択肢が存在する。
【０１３８】
好適な実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断材料１９０５を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を阻止する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は電極１９０３を被覆しており、透明であることが望ましい。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得る。この場合、特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。好適な実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造である。つまり、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又は化合物若しくは層状構造を含むがこれに限定されるものではない物理構造で形成され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１３９】
さらに、電子輸送／ホール遮断材料は好適な種から形成され得る。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物若しくは層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４０】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料１９０５を被覆するナノ構造物質１９０７を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造で形成される。好適な実施例においては、ナノ構造物質は薄く、電子輸送／ホール遮断材料の表面に適合する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のたとえばシリコン、シリコン・ゲルマニウムといった半導体物質は５０ｎｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４１】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は、好適な混合物、均質物質又は層状物質、傾斜材料等を含む不均一物質から成る。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等から成る。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、この物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ等といった金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はたとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４２】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる一定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノチューブで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。代替的には、たとえばＣｕ２Ｓ、ＳｎＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ２、ＺｎＳ等のナノ構造金属硫化物で形成され得る。特定の実施例においては、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４３】
実施例によっては、ナノ構造物質は電子輸送／ホール遮断材料の特性と適合し、一定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜７５ｎｍに及ぶ。さらなる実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜２５ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４４】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さく、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、波長が約４００〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４５】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４６】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、ホール輸送／電子遮断材料及び電子輸送／ホール遮断材料はキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４８】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の接触面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の接触面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内で多数キャリアが輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１４９】
好適な実施例においては、光電デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質１９０９を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５０】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質と後に詳述する電子収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５１】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造１９１１を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５２】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）若しくは多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。本発明のデバイスの製造方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１５３】
本発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノコンポジット物質の形成方法を簡略化して述べる。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄（例：ＲＣＡ、音速、超音速）する。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する電子輸送／ホール遮断材料を形成する。
５．電子輸送／ホール遮断材料を被覆する共形ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．ナノ構造物質を被覆するホール輸送／電子遮断材料を形成する。
７．ホール輸送／電子遮断材料を被覆する電極構造を形成する。
８．必要に応じて他の手順を実行する。
９．波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が少なくとも１０３ｃｍ−１であるナノ構造物質を有する光電デバイスを提供する。
【０１５４】
上記の一連の手順は、本発明の実施例における方法を示したものである。図示したとおり、本発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を併用する。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することも可能である。本発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１５５】
図２０乃至２２は、本発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的な製造方法の簡略図である。これらの図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、本発明の方法は、被覆表面領域２００２を含む基板部材２００１の準備で始まる。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均一物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５６】
特定の実施例においては、この方法は１つ以上の好適な技術を用いた表面領域の洗浄処理を含む。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール若しくはこれらの化合物等のアルコールの溶剤による有機洗浄が含まれる。洗浄処理には、純水及び／又は実質的にパーティクルが除去された水といった超清浄水の使用が含まれ得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン若しくはその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄が実施されると、表面領域には微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しなくなる。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５７】
図２０を再度見ると、この方法は、表面領域を被覆する電極層２００３の形成を含む。実施例の中には、スパッタリング、蒸着、溶液堆積といった従来の堆積方法により電極層が形成され得るものもある。図示したとおり、電極層は基板部材の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５８】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入される。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１５９】
任意であるが、本発明の方法は電極層の形成後の洗浄処理を含みうる。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール若しくはこれらの化合物等のアルコールの溶剤による有機洗浄が含まれる。洗浄処理には、消イオン水及び／又は実質的にパーティクルが除去された水といった超清浄水の使用が含まれ得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン若しくはその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄が実施されると、電極層には微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しなくなる。好適な実施例においては、この方法では、電極層に汚染が発生しないよう、続けて堆積処理が実施される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６０】
好適な実施例においては、先に図２０に示したように、この方法により電子輸送／ホール遮断材料２００５が形成される。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を阻止する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は透明であることが望ましい電極層２００３を被覆している。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造物質で、図示したように、表面形状２００６を含む。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含みうる。この場合、特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物若しくは層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６１】
特定の実施例においては、図２１に示したように、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料２００５を被覆するナノ構造物質２００７を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は非平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造で形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は電子輸送／ホール遮断材料の表面に適合し、電子輸送／ホール遮断材料内のナノ構造物質内の孔隙を満たさない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６２】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は好適な混合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質で形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等で形成される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、この物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ又はこれらの化合物等の金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２等のＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６３】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる一定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。代替の実施例においては、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓ等といったナノ構造金属硫化物で形成され得る。代替的には、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６４】
実施例によっては、ナノ構造物質は一定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらなる実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６５】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６８】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断物質はそれぞれキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１６９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の界面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の界面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内で多数キャリアが輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７０】
好適な実施例においては、図２２に示したように、この方法では、ホール輸送／電子遮断被覆物質２２２０１を形成する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は平坦な表面領域を有し、ナノ構造物質内の全ての孔隙を満たす。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７１】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質と、後に詳述する電子収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７２】
図２２に示したように、この方法では、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造２２０５が形成される。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７３】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７４】
上記の一連の手順は、この発明の実施例における方法を示したものである。図示したとおり、この発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を用いる。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することも可能である。特定の実施例におけるこの発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１７５】
図２３は、この発明の実施例における光電デバイスの代替的なナノ構造物質２３００の簡略図である。この図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト又はナノポーラス物質から成るナノ構造物質で形成される光電デバイスを図示した。特定の実施例においては、光電デバイスは基板部材２３０１を含む。基板部材は被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム又はＩＩＩ／Ｖ族若しくはＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、基板部材の表面領域を被覆する電極層２３０５を含む。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７７】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、望ましい値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７８】
好適な実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断材料２３０７を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を阻止する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は、透明であることが望ましい電極層２３０５を被覆している。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得る。この場合、特定の実施例においては、光電デバイスの活性領域に対して電磁放射が反射される。好適な実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造である。つまり、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又は化合物若しくは層状構造を含むがこれに限定されるものではない物理構造で形成され得る。当然のことながら、ヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１７９】
さらに、電子輸送／ホール遮断材料は好適な種から形成され得る。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物若しくは層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８０】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料２３０７を被覆するナノ構造物質２３０９を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造で形成される。好適な実施例においては、ナノ構造物質は薄く、電子輸送／ホール遮断材料の表面に適合する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のたとえばシリコン、シリコン・ゲルマニウムといった半導体物質は約５０ｎｍを超えない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８１】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は好適な混合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質で形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等で形成される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、ナノ構造物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ等又はこれらの化合物等の金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はたとえばＦｅＳｉ２等のＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８２】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる特定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノチューブで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓその他のナノ構造金属硫化物を含み得る。代替的には、ナノ構造物質はＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体類から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８３】
実施例によっては、ナノ構造物質は電子輸送／ホール遮断材料の特性と適合し、特定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜７５ｎｍに及ぶ。さらなる実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜２５ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８４】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８５】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８６】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、ホール輸送／電子遮断材料及び電子輸送／ホール遮断材料はそれぞれキャリア移動度を有し得る。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８８】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の界面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の界面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内に多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１８９】
好適な実施例においては、光電デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質２３１１を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９０】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質及び後に詳述する電子収集電極間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９１】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造２３１３を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９２】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。この発明のデバイスの製造方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１９３】
この発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノコンポジット物質の形成方法を簡略化して述べる。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄（例：ＲＣＡ、音速、超音速）する。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する電子輸送／ホール遮断材料を形成する。
５．電子輸送／ホール遮断材料を被覆する共形ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．ナノ構造物質を被覆するホール輸送／電子遮断材料を形成する。
７．ホール輸送／電子遮断材料を被覆する電極構造を形成する。
８．必要に応じて他の手順を実行する。
９．波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が少なくとも１０３ｃｍ−１であるナノ構造物質を有する光電デバイスを提供する。
【０１９４】
上記の一連の手順は、この発明の実施例における方法を示したものである。図示したとおり、この発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を併用する。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することも可能である。この発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０１９５】
図２４乃至２５は、この発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的な製造方法の簡略図である。これらの図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。図示したとおり、この発明の方法は、表面領域２３０２を含む基板２３０１の準備で始まる。基板部材は被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９６】
特定の実施例においては、この方法は１つ以上の好適な技術を用いた表面領域の洗浄処理を含む。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール若しくはこれらの化合物等のアルコールの溶剤による有機洗浄が含まれる。洗浄処理には、純水及び／又は実質的にパーティクルが除去された水といった超清浄水の使用が含まれ得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン若しくはその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄が実施されると、表面領域には微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しなくなる。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９７】
図２４を再度見ると、この方法は、表面領域を被覆する電極層２３０１の形成を含む。実施例の中には、スパッタリング、蒸着、溶液堆積といった従来の堆積方法により電極層が形成され得るものもある。図示したとおり、電極層は基板部材の表面領域を被覆している。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９８】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極層は導電性で、望ましい値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０１９９】
任意であるが、この発明の方法は電極層の形成後の洗浄処理を含みうる。特定の実施例においては、洗浄処理は湿式及び／又は乾式の洗浄技術を含み得る。このような湿式洗浄技術の例には、とりわけ、ＲＣＡ洗浄、ウェットディップ、アセトン及び／又はイソプロピルアルコール、エタノール若しくはこれらの化合物等のアルコールの溶剤による有機洗浄が含まれる。洗浄処理には、純水及び／又は実質的にパーティクルが除去された水といった超清浄水の使用が含まれ得る。他の実施例においては、洗浄処理は酸化物及び／又は窒素、アルゴン若しくはその他好適な気体類といった不活性ガス種を用いたプラズマ洗浄を含み得る。洗浄が実施されると、表面領域には微粒子、有機汚染物質、金属及びこれらの化合物を含む他の化学物質が実質的に存在しなくなる。好適な実施例においては、この方法では、電極層に汚染が発生しないよう、続けて堆積処理が実施される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２００】
好適な実施例においては、先に図２４に示したように、この方法により電子輸送／ホール遮断材料２３０５が形成される。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を阻止する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は透明であることが望ましい電極２３０１を被覆している。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はナノ構造物質で、図示したように、平坦な表面形状を含む。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得る。この場合、特定の実施例においては、光電物質の活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物若しくは層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０１】
特定の実施例においては、図２４に示したように、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料２３０７を被覆するナノ構造物質２３０９を含む。好適な実施例においては、ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造で形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は電子輸送／ホール遮断材料の表面に適合し、電子輸送／ホール遮断材料内のナノ構造物質内の孔隙を満たさない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０２】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は好適な混合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質で形成される。特定の実施例においては、ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等で形成される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、この物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。他の一般的な実施例においては、ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ又はこれらの化合物等の金属硫化物から選択される。代替的には、ナノ構造物質はたとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０３】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる特定の空間形態を有し得る。たとえば、ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノチューブで形成される。他の実施例においては、ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。代替の実施例においては、ナノ構造物質はＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓ等といったナノ構造金属硫化物で形成され得る。ナノ構造物質はたとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０４】
実施例によっては、ナノ構造物質は一定の空間寸法を有し得る。たとえば、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらなる実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０５】
特定の実施例においては、光電デバイスはナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは電子輸送／ホール遮断材料の特性を示し、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルはホール輸送／電子遮断材料の特性を示す。好適な実施例においては、第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは、それぞれ第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルより小さく、第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは、それぞれ第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルより小さく、第二電子親和力は第三イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び各キャリア輸送／キャリア遮断物質の特性を示す一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ大きい。他の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きく、ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ホール輸送／電子遮断材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ大きい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０７】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、ナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０８】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、ホール輸送／電子遮断材料及び電子輸送／ホール遮断材料はそれぞれキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、ナノ構造物質のキャリア移動度、電子輸送／ホール遮断材料の電子移動度及びホール輸送／電子遮断材料のホール移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２０９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ナノ構造物質及び電子輸送／ホール遮断材料間の界面で分離し、ナノ構造物質及びホール輸送／電子遮断材料間の界面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料内に多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１０】
好適な実施例においては、図２５に示したように、この方法では、ホール輸送／電子遮断被覆物質２３１１を形成する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は平坦な表面領域を有し、ナノ構造物質内の全ての孔隙を満たす。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状等のこれらの化合物から選択される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１１】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質と後に詳述する電子収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質及び前述したホール収集電極間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１２】
図２５に示したように、この方法では、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極層２３１３が形成される。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１３】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１４】
上記の一連の手順は、この発明の実施例における方法を示したものである。図示したとおり、この発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を用いる。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することも可能である。特定の実施例におけるこの発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０２１５】
図２６は、この発明の実施例における光電デバイスの代替的なナノ構造物質２６００の簡略図である。この図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト又はナノポーラス物質から成るナノ構造物質で形成される光電デバイスを図示した。特定の実施例においては、デバイスは基板部材２６０１を含む。基板部材は被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム又はＩＩＩ／Ｖ族若しくはＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、基板部材の表面領域を被覆する電極層２６０３を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１７】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、望ましい値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１８】
好適な実施例においては、光電デバイスは電子輸送／ホール遮断材料２６０５を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を阻止する好適な特性を有する。図示したとおり、電子輸送／ホール遮断材料は、透明であることが望ましい電極層２６０３を被覆している。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得る。この場合、特定の実施例においては、光電材料の活性領域に対して電磁放射が反射される。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物若しくは層状物質等を含むその他好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、その他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２１９】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料７０５を被覆する第一ナノ構造物質２６０１を含む。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合される。図示したとおり、第一ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。特定の実施例においては、デバイスはまた、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質２６０９を含む。第一及び第二ナノ構造物質は界面領域を形成する。実施例によっては、第二ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択された複数のナノ構造で形成される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２０】
特定の実施例においては、ナノ構造物質は好適な混合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質で形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等で形成される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、ナノ構造物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、金属酸化物はＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質はたとえばＦｅＳ２、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＳｎＳ等又はこれらの化合物等の金属硫化物から選択される。代替的には、第一ナノ構造物質はたとえばＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２１】
特定の実施例においては、第二ナノ構造物質は、たとえばＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物で形成される。代替的な実施例においては、第二ナノ構造物質は、ＳｎＳ２、ＺｎＳ等といった金属硫化物で形成され得る。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ又は化合物等から選択され得る。他の一般的な実施例においては、第一ナノ構造物質は、たとえば、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ又は化合物等から選択される。代替的には、第一ナノ構造物質は、たとえば、とりわけＦｅＳＩ２といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２２】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる一定の空間形態を有し得る。たとえば、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノチューブで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。他の代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質又はＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノコラムで形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質は、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓその他のナノ構造金属硫化物で形成され得る。第一ナノ構造物質はＦｅＳｉ２その他のＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。第二ナノ構造物質はＳｎＳ２、ＺｎＳなどのような金属硫化物から構成し得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２３】
他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＺｎＯから成るナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質又はＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノチューブで形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質は無機半導体で形成され、第二ナノ構造物質は有機半導体で形成される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２４】
特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は一定の空間寸法を有し得る。たとえば、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。さらなる実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ。代替的には、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ。他の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の厚さは約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２５】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第一及び第二ナノ構造物質の１つ以上の部分を含み得、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質間に位置する界面領域２６０８も有する。つまり、特定の実施例においては、界面領域は、第一及び第二ナノ構造物質と実質的に物理的、電気的に接触している。好適な実施例においては、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質を含む集積構造であり得る。あるいは、代替的な実施例においては、界面領域は互いに接触している２つの別個の構造であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対するナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２７】
特定の実施例においては、光電デバイスは各ナノ構造物質の特性を示す特定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力とイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力とイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力とイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ小さい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２８】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２２９】
特定の実施例においては、ナノ構造物質もキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３０】
図示したように、光電デバイスは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質間の界面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断物質及びホール輸送／電子遮断材料内に多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３１】
好適な実施例においては、光電デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質２６１１を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は混合領域、特に第二ナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状物質等であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状物質等であり得るこれらの化合物から選択され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３２】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質と後に詳述する電子収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質と前述したホール収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３３】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造２６１３を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極構造は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３４】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極構造の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、所望の値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。この発明のデバイスの製造方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０２３５】
この発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノコンポジット物質の形成方法を簡略化して述べる。
１．表面領域を含む基板（例：ガラス）を準備する。
２．表面領域を洗浄（例：ＲＣＡ、音速、超音速）する。
３．表面領域を被覆する電極層を形成する。
４．電極層を被覆する電子輸送／ホール遮断材料を形成する。
５．電子輸送／ホール遮断材料を被覆する第一ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
６．第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質（例：ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質）を形成する。
７．第一ナノ構造物質が第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有し、第二ナノ構造物質が第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルを有するよう、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質間に界面領域を形成する。
８．第二ナノ構造物質を被覆するホール輸送／電子遮断材料を形成する。
９．ホール輸送／電子遮断材料を被覆する電極構造を形成する。
１０．必要に応じて他の手順を実行する。
１１．第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルが第二イオン化ポテンシャルより小さく、波長が約４００〜７００ｎｍに及ぶ光に対する、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方の光吸収係数が、少なくとも１０３ｃｍ−１である光電デバイスを提供する。
【０２３６】
上記の一連の手順は、この発明の実施例における方法を示したものである。図示したとおり、この発明の実施例においては、太陽光発電用のナノ構造物質並びにホール輸送／遮断及び電子輸送／遮断物質の形成方法を含む手順を併用する。他の代替的な実施例において、記載される請求項から逸脱しない範囲で、手順を追加したり、１つ以上の手順を省略したり、１つ以上の手順を異なる順序で実施することも可能である。特定の実施例におけるこの発明の方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０２３７】
図２７乃至２８は、この発明の代替的な実施例における光電デバイスのナノ構造物質の代替的な製造方法の簡略図である。これらの図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。たとえばナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト又はナノポーラス物質から成るナノ構造物質で形成された光電デバイスを図に示した。特定の実施例においては、光電デバイスは基板部材２７０１を含む。基板部材は被覆表面領域を含む。特定の実施例においては、基板部材は絶縁体、伝導体、半導体又はこれらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、絶縁体はガラス、石英、プラスチック、セラミック又は他のタイプの均質物質及び／若しくは混合物及び／若しくは層状物質であり得る。特定の実施例においては、伝導体は金属、金属合金、有機物質又はこれらの化合物等であり得る。代替的には、基板部材はシリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ族又はＩＩ／ＶＩ族の物質等の半導体物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３８】
特定の実施例においては、光電デバイスは基板部材の表面領域を被覆する電極層２７０３を含む。特定の実施例においては、電極層は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２３９】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト、又は化合物（例：合金）若しくは層状構造を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極層はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、金属はより低い又は高い抵抗性を有し得、信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極層の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、望ましい値（通常０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４０】
好適な実施例においては、デバイスは電子輸送／ホール遮断被覆物質２７０５を有する。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は電子の輸送を促進し、ホールの輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、電子輸送／ホール遮断材料は、透明であることが望ましい電極２７０３を被覆する。さらに、特定の実施例においては、基板部材も透明である。代替的には、電極層及び基板部材は透明ではなく、反射物質を含み得る。この場合、特定の実施例においては、光電物質の活性領域に対して電磁放射が反射され得る。単なる例であるが、電子輸送／ホール遮断材料は無機半導体、金属酸化物、有機半導体又は化合物及び層状物質等を含む他の好適な物質であり得る。特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３又は他の金属酸化物等を含むがこれに限定されるものではない金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、図示したように、この層も平坦である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４１】
特定の実施例においては、光電デバイスは、電子輸送／ホール遮断材料２７０５を被覆する第一ナノ構造物質２７０９を含む。好適な実施例においては、第一ナノ構造物質は電極層の表面領域と電気的に結合されている。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質を被覆する第二ナノ構造物質２７１１も含む。特定の実施例においては、第一及び第二ナノ構造物質は、この明細書でより詳細に後述する混合領域を形成する。特定の実施例においては、第二ナノ構造物質は平坦な表面領域を有する。実施例によっては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス物質又はこれらの化合物等から選択される複数のナノ構造で形成される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４２】
特定の実施例においては、各ナノ構造物質は好適な混合物、均質物質又は層状物質若しくは傾斜材料等を含む不均一物質で形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質は、たとえばＩＶ族（例：シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、ゲルマニウム）、ＩＩ／ＶＩ族、ＩＩＩ／Ｖ族又はこれらの化合物等で形成される。実施例によっては、半導体物質は無機半導体又は有機半導体物質であり得る。他の実施例においては、一方又は双方のナノ構造物質は金属酸化物種で形成され得る。単なる例であるが、第一ナノ構造物質の金属酸化物はＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３又はこれらの化合物等であり得る。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質は金属硫化物種であり得る。たとえば、金属硫化物はＦｅＳ２、ＳｎＳ、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ又はこれらの化合物等であり得る。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体種から成る半導体物質であり得る。たとえば、半導体物質はＦｅＳｉ２等であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４３】
特定の実施例においては、第二ナノ構造物質はたとえばＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物で形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ又は化合物等から選択され得る。他の一般的な実施例においては、第一ナノ構造物質はたとえばＣｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ又は化合物等の金属硫化物から選択され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４４】
他の実施例においては、ナノ構造物質は１つ以上の物質を用いる一定の空間形態を有し得る。たとえば、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物等から選択されるナノコラムで形成され得る。代替の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されるナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質又は金属酸化物から選択されるナノチューブで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。他の代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質またはＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノコラムで形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＦｅＳ２、Ｃｕ２Ｓ、ＳｎＳ等といったナノ構造金属硫化物を含み得る。代替的には、第一ナノ構造物質はＦｅＳｉ２等といったＩＶ族半導体種から成る半導体物質を含み得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４５】
他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＺｎＯから成るナノコラムで形成される。他の実施例においては、第一ナノ構造物質はＩＶ族半導体物質又はＩＶ−ＩＶ族半導体物質から選択され、第二ナノ構造物質は金属酸化物から成るナノチューブで形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＴｉＯ２から成るナノチューブで形成される。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質はＳｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅ合金から選択され、第二ナノ構造物質はＳｎＳ２、ＺｎＳ等といったナノ構造金属硫化物を含み得る。代替的な実施例においては、第一ナノ構造物質は無機半導体で形成され、第二ナノ構造物質は、有機半導体で形成される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４６】
特定の実施例においては、光電デバイスは、第一及び第二ナノ構造物質を含む界面領域を有する。つまり、特定の実施例においては、図示したように、界面領域は実質的に物理的、電気的に第一及び第二ナノ構造物質と接触している。好適な実施例においては、界面領域は第一及び第二ナノ構造物質を含む集積構造であり得る。代替的には、代替的な実施例においては、界面領域は互いに接触する２つの別個の構造であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４７】
特定の実施例においては、光電デバイスは第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは第二ナノ構造物質の特性を示す。好適な実施例においては、第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、第二電子親和力は第一イオン化ポテンシャルより小さい。好適な実施例においては、この物質は、第一ナノ構造物質又は第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方の特性を示す、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する少なくとも１０３ｃｍ−１の光吸収係数を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４８】
特定の実施例においては、光電デバイスは、各ナノ構造物質の特性を示す一定の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。特定の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ小さい。他の実施例においては、第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ小さい。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２４９】
特定の実施例においては、ナノ構造物質はバンドギャップにより特性を示される。特定の実施例においては、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。代替の実施例においては、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶの範囲内である。代替的には、少なくとも一方又は両方のナノ構造物質のバンドギャップは約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５０】
特定の実施例においては、ナノ構造物質、電子輸送／ホール遮断材料及びホール輸送／電子遮断材料はそれぞれキャリア移動度を有する。特定の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。他の実施例においては、１つのナノ構造物質のキャリア移動度は約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ−ｓの範囲内である。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５１】
図示したように、特定の実施例においては、光電デバイスは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質間の界面で分離するナノ構造物質での光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアを有する。負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有するナノ構造物質内で輸送され、正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有するナノ構造物質内で輸送される。特定の実施例においては、電荷キャリアは、第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質内に多数キャリアで輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５２】
好適な実施例においては、光電デバイスはホール輸送／電子遮断被覆物質２７１１を有する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料はホール輸送を促進し、電子輸送を遮断する好適な特性を有する。図示したように、特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は混合領域、特に第二ナノ構造物質を被覆する。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体物質、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質、金属硫化物、銅化合物、有機半導体又は混合物及び／若しくは層状物質等であり得るこれらの化合物から選択され得る。特定の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ又は混合物及び／若しくは層状物質等であり得るこれらの化合物から選択され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５３】
特定の実施例においては、電子輸送／ホール遮断材料は、ナノ構造物質と後に詳述する電子収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された負電荷キャリアは、電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、電子輸送／ホール遮断材料内で輸送される。代替の実施例においては、ホール輸送／電子遮断材料は、ナノ構造物質と前述したホール収集電極との間に位置する。特定の実施例においては、ナノ構造物質での光吸収により生成された正電荷キャリアは、ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、ホール輸送／電子遮断材料内で輸送される。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５４】
特定の実施例においては、光電デバイスは、ホール輸送／電子遮断材料の表面領域を被覆する電極構造２７１５を含む。特定の実施例においては、電極構造は好適な物質又は化合物で形成され得る。好適な物質は、金属、有機化合物又はこれらの化合物等であり得る。実施例によっては、電極層は透明若しくは遮光性物質又は反射物質であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５５】
特定の実施例においては、金属はモリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、コバルト又は化合物（例：合金）及び多層構造等を含むその他好適な金属であり得る。代替的には、電極構造はグラファイト又は高分子化合物種といった炭素系であり得る。特定の実施例においては、より低い又は高い抵抗率を有し得、また信頼性欠陥及び／又は動作故障を引き起こす金属種の拡散を防ぎ得る障壁金属層又は他の好適な層間にこの金属は封入され得る。実施例によっては、透明電極構造の電極材料は、インジウムスズ酸化物（通称ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ又はこれらの化合物その他の金属酸化物であり得る。特定の実施例においては、電極構造は導電性で、望ましい値（通常約０．０１Ω・ｃｍ未満で、約１００Ω・ｃｍを超えない）よりも小さな抵抗率を有する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。この発明のデバイスの製造方法の詳細については、この明細書に後に詳述する。
【０２５６】
図２９乃至３３は、本発明の実施例におけるナノ構造物質の形成方法の簡略図である。これらの図は単なる例であり、記載される請求項の範囲が不当に制限されるものではない。当業者は他のヴァリエーション、変更、代替選択肢を認識するであろう。図２９に液相堆積法（ＳＰＤ法）による手順を示した。代替的な手順には、他の図に示したように、電子化学堆積法（ＥＣＤ法）、液相成長法（ＳＰＧ法）、気相堆積法（ＶＰＤ法）がある。図３３に、１つ以上の手順を用いた方法を示した。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２５７】
特定の実施例においては、従来の薄膜光電技術では解決できなかった低価格での高効率化という課題に、この発明の方法及び構造では取り組む。とりわけ、この方法及び構造では、１つ以上の実施例において以下の課題に取り組む。
−  太陽光スペクトルに相当する波長域における高い吸収係数
−  効率的なキャリアの分離
−  効率的なキャリアの輸送
−  低コスト加工
−  低毒性物質
−  安定した、強固な材料
−  豊富な材料
【０２５８】
特定の実施例においては、太陽光発電技術の重要な特徴として、太陽光の強い吸収が挙げられる。好適には、活性材料はできるだけ多くの太陽光を吸収する。これは多くの重要な影響を及ぼす。強力な吸収材は、さらに大量の太陽光を吸収することができる超薄膜の利用を可能とする。このため、言い換えれば、電荷分岐点及び電極に到達するまでの、通常必要となるキャリア移動距離が最小化及び／又は縮小される。多数キャリアの拡散距離は一般的に短く、キャリアの再結合及びトラップといった動作を通じてキャリアに影響を与えないよう、薄膜は有害な動作を軽減する。さらに、必要とされる物質の量が非常に少なく、求められる物質の品質も低いため、コストの大幅な削減が可能となる。
【０２５９】
したがって、この発明の実施例には、可能な限り多量の太陽光スペクトルに対する高い吸収率を有する物質の使用方法及び構造を含む。一般的には、関連光学遷移は、自然界においては間接的というよりは直接的である。ナノ構造物質内の量子閉じ込めにより、吸収係数をさらに増加させる方法が得られる。一般的には、ナノ構造物質の加工寸法が小さくなるにつれて、光学遷移の振動子強度は大きくなるため、ナノ構造物質の使用により、さらに高い吸収係数を達成できる。たとえば有機染料、共役オリゴマー及び共役ポリマー、有機小分子、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＰ等の無機半導体といった多くの従来の物質がこの特徴を備えている。一般的には、これらの従来の物質の大半は、上記に列挙した太陽光発電を商業的に実施可能とするための他の特徴を持たない。しかし、この発明における１つ以上の実施例は、低コスト加工、低毒性、豊富性に加え、高い吸収係数という要件を満たす。従来の物質には、ＩＶ族物質、ＩＶ−ＩＶ族物質、たとえばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ／Ｇｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ又はこれらの化合物等の、バルク又はナノ構造の金属酸化物及び金属硫化物が含まれる。代替的には、たとえばバルク又はナノ構造のＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体から成る半導体物質が使用され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２６０】
特定の実施例においては、高い吸収係数を達成する機能の実現にあたり、物質の選択は光学直接遷移が可能なものに限定されない。量子閉じ込めにより、ナノ構造物質の加工寸法が小さくなるにつれて、光学遷移の性質が実質的な間接遷移から、直接遷移と間接遷移の帯間遷移又は実質的な直接遷移に変化するよう、光学遷移の特性を変えることができる。たとえば、ナノ構造シリコン及びゲルマニウムは、双方が光学間接遷移を伴うが、ナノメーター単位で加工寸法が小さくなると、光学間接遷移から実質的な光学直接遷移が可能になる。したがって、バルクでは間接遷移する物質が、ナノ構造形態では太陽光発電に使用され得る。好適な実施例においては、この発明の構造及び方法はナノ構造シリコン、ゲルマニウム及び／又はシリコン・ゲルマニウム合金等を含み得る。
【０２６１】
特に太陽光発電デバイスへの適用にあたる他の留意事項は、吸収体材料の最適及び／又は改善されたバンドギャップである。Ｓｃｈｏｔｔｋｌｅｙ及びＱｕｅｉｓｓｅｒが以前に算出した単一接合型太陽光発電デバイスの最適バンドギャップは１．４ｅＶ以下で、拡散太陽光に対する理論上の電力効率は３１％以下であった。Ｓｃｈｏｔｔｋｌｅｙ及びＱｕｅｉｓｓｅｒは、変換効率が吸収バンドギャップに依存することを示した。１．１ｅＶ以下から１．６ｅＶ以下にわたる幅広い物質のバンドギャップに対し、非常に高い効率が理論上達成され得る。
【０２６２】
特定の実施例においては、この発明の方法及び構造は、高い変換効率が得られる上記の範囲内のバンドギャップを有する吸収体材料を含み、高い吸収係数、低コスト加工、相対的に低毒性、豊富性、安定性といった上記列挙の他の１つ以上の特徴も満たす。これらの実施例はバルクのＣｕＯ、ＦｅＯ、Ｃｕ２Ｓを含む。
【０２６３】
ナノ構造物質の量子閉じ込めにより、ナノ構造物質のバンドギャップを太陽光発電の最適値に調節する便利で効果的な方法が得られる。ナノ構造物質の加工寸法を小さくすることにより（たとえば、量子ドットの直径を小さくする）、下式から近似値が求められるエネルギーギャップＥｇが増大する。
Ｅｇ（ｄ）＝Ｅｇ（∞）＋Ｃ／ｄｎ    （１）
ｄ：加工寸法（たとえば量子ドットの直径）
Ｃ：物質に依存する定数
ｎ：通常１〜２
式（１）から、量子閉じ込めによりバルクのバンドギャップは常に増大するという結論が得られる。したがって、バンドギャップエネルギーがピーク値（すなわち、１．４ｅＶ以下）よりも小さい物質のみが、ナノ構造形態で最適値に調整され得る。特定の実施例においては、バンドギャップに加え、高い吸収係数、低コスト加工、相対的に低毒性、豊富性、安定性といった上記列挙の他の１つ以上の特徴を満たすため、この発明の方法及び構造はナノ構造形態のＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ／Ｇｅ合金、ＣｕＯ及びＦｅＯを含む。バンドギャップが基準を満たす従来の物質も存在するが、太陽光発電が高効率で商業的に実施可能となるような全ての特徴を満たす従来の物質はほとんど存在しない。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２６４】
多くの従来の光電デバイスで採用されてきた電荷分離方法は、電力変換効率を制限する別個の要因となる。電荷分離はデバイス内の限られた箇所で起こる。典型的なｐ−ｎ接合デバイスでは、電荷分離は、キャリアが平坦な界面のキャリア拡散長内又はｐ型物質とｎ型物質の間の接合面に存在する場合に行われる。拡散長は通常ナノメーター単位又は数十から１００ナノメーターであるため、とりわけ吸収係数が小さい物質でキャリア拡散長よりも厚いフィルム又はウェーハが必要な場合、光励起キャリアの大半はこの領域外で生成する。これは、ｐ−ｎ接合構成で結晶シリコンから製造される従来の光電デバイスの場合顕著である。従来の結晶シリコンウェーハの厚さは通常２００ミクロン〜３００ミクロンで、キャリア拡散長よりも何桁も小さい。結果的に、光励起キャリアの大半が再結合、トラッピング等で消失する。
【０２６５】
分離したキャリアは、電極に到達するまでに非常に長い距離（拡散長よりも長い）を輸送される。結果的に、キャリアの電荷分離に成功した場合においても、キャリアの再結合やトラッピングといった有害な振る舞いによりキャリアの大半は電極に到達しない。少数キャリア輸送を用いる既存のデバイスの設計においては、上記の現象はさらに悪化する。
【０２６６】
特定の実施例においては、本明細書に記載のさまざまな方法及び構造により、少なくとも一部の上記制限を克服することができる。この発明の実施例は、この発明の方法及び構造で用いられる物質の吸収係数が大きい場合に実現され得る。吸収係数が大きいことにより、太陽光の大部分を吸収しながら、約１００ｎｍ〜５００ｎｍのかなり薄いフィルムを使用することができる。このフィルムの厚さは従来の結晶シリコン光電デバイスと比べ非常に薄く（何桁も小さい）、従来の薄膜光電デバイスと比べても非常に薄い。特定の実施例においては、この発明の方法及び構造においては、活性物質の厚さはこの発明のナノ構造物質のキャリア拡散長と比べ同等又は数倍大きくなり得る。結果的に、特定の実施例によれば、光励起キャリアの大半の薄膜内での輸送に成功する。したがって、電荷分離領域または接合面へのキャリア輸送及び収集電極への分離キャリアの輸送が促進される。
【０２６７】
この発明の代替的な実施例においては、この方法及び構造により、キャリア分離領域に到達するまでのキャリア輸送距離をさらに最小化及び／又は縮小する構成を用いた電荷分離の割合を増大させ得る。上記の効果は、全てのキャリアがおおよそ電荷分離ナノ接合部の拡散長の範囲に存在するよう、膜内に「ナノ接合」を生成することにより得られる。このようにして、ほぼ全ての光学生成キャリアが、ナノ接合部へ短距離輸送され、電荷分離され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２６８】
電荷分離の特定のメカニズムを記載してきた。従来のｐ−ｎ接合においては、劣化したｐ−ｎ接合領域において生成された電界はこの領域の拡散長内に存在するキャリアを分離させる。ｐ−ｎ接合の代替の選択肢はｐｉｎ接合である。この場合、真性領域をｐ型及びｎ型物質の間に挿入することにより、電荷分離が生じるより大きな劣化領域が生成される。両方の型の接合部が、上記の制限を有する、従来のバルクの半導体物質から成る従来のデバイスで通常使用されている。
【０２６９】
ナノ構造物質では、量子閉じ込めにより一般的にエネルギーレベルは帯状から分子レベルになり、電子波動関数の局在化を伴う。この場合、バルク半導体の伝導帯の底又は価電子帯の底に基づく説明よりは、分子種の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）及び最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）から適切に説明され得る。電荷分離は、異なる電子親和力（ＬＵＭＯレベルの異なるエネルギー位置に代表される）又は異なるイオン化ポテンシャル（ＨＯＭＯレベルの異なるエネルギー位置に代表される）を有する２つのナノ構造物質間で起こり、特定の実施例においては、最低自由エネルギーに向かう。好適な実施例においては、前述したように、第一ナノ構造物質と界面を共有する第二ナノ構造物質と比べ、第一ナノ構造物質は低い電子親和力及びイオン化ポテンシャルを有する。言い換えれば、一方のナノ構造物質のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯレベルは、ＩＩ型半導体のへテロ接合と同様に、第二ナノ構造物質のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯレベルに対して「交互に変動」する。この場合、特定の実施例においては、高い電子親和力又はより低いＬＵＭＯレベルのエネルギーを有するナノ構造物質内に電子又は負電荷キャリアが存在し、最低イオン化ポテンシャル又はより高いＨＯＭＯレベルのエネルギーを有するナノ構造物質内にホール又は正電荷キャリアが存在するよう、物質内で生成されるキャリアは分離又は電荷分布を引き起こす。
【０２７０】
特定の実施例においては、２つの物質のＨＯＭＯレベル間及びＬＵＭＯレベル間のエネルギー補正がもう一つの留意事項となる。高速で効果的に電荷分離が起こるよう、通常、エネルギー補正は十分に大きく行う必要がある。速度又は電荷分離の割合が十分に高速でない場合、電力変換効率の低下を引き起こすキャリアの再結合又はトラッピングが大きくなり得る。一方、エネルギー補正が大きすぎる場合は、電力変換効率は同様に低くなる。したがって、エネルギー補正は最適化及び／又は改善する必要がある。
【０２７１】
ナノ構造物質の量子閉じ込めにより、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯレベルのエネルギーを発現させ、エネルギー補正を最適化及び／又は改善する簡便で効果的な方法が得られる。ナノ構造物質の加工寸法が小さくなると（たとえば、量子ドットの直径を小さくする）、式（１）から近似値が得られるエネルギーギャップＥｇが増大する。ＬＵＭＯレベルのエネルギーが増大し、ＨＯＭＯレベルのエネルギーが減少した場合に、より小さな加工寸法を有するＥｇは増大する。したがって、ナノ構造物質のＨＯＭＯレベル及びＬＵＭＯレベルのエネルギーは、サイズエンジニアリングによりエネルギー補正を最適化するよう調整され得る。
【０２７２】
１つ以上の実施例においては、この発明の方法及び構造は好適及び／又は望ましい、バルク特性又はナノ構造特性のサイズエンジニアリングにより、一対の物質のエネルギー補正は、効果的に荷電分離が行われるよう最適化及び／又は改良される一群の又は一対の物質から選択される。特定の実施例においては、この発明の方法及び構造は第一グループの物質と第二グループの物質の合成及び対合を含む。特定の実施例においては、第一グループはバルク形態のＣｕＯ、ＦｅＯ及びＣｕ２Ｓ及びナノ構造形態のＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ／Ｇｅ合金、ＣｕＯ、ＦｅＯ及びＣｕ２Ｓから選択される物質を含む。特定の実施例においては、第二グループはバルク又はナノ構造形態のＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ及びＣｕＳＣＮといった物質を含む。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７３】
特定の実施例においては、膜内の上述のナノ接合を作成する１つ以上の方法が存在する。特定の実施例においては、この発明の方法では、光電効果を生じさせる２つ以上の物質間のナノ構造形態を形成する。たとえば、この方法においては、ナノコンポジット膜を形成するため、ナノメーター単位で２つ以上のナノ構造物質を合成及び／又は混合する。適切なエネルギーを有する異なる物質のナノ粒子間の界面は、ナノコンポジット膜内に大半のナノ接合が位置するよう、接合を形成する。ナノ粒子もまた、球形、偏球、棒状、チューブ、帯状、輪、平面等、任意の形状であり得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７４】
特定の実施例においては、この発明の方法及び構造は、あるナノパーティクルから他のパーティクルへの無効ホッピング輸送の程度により、キャリア輸送が可能な限り十分に行われなくなるような制限を克服し得る。たとえば、この発明の方法及び構造は、ナノ粒子間の接触面又は界面領域を増加させ、全ての制限とは言えないまでも多くの制限を克服するために提供される。特定の実施例においては、この発明の方法は、より多くの構成要素であるナノ粒子がより広い界面領域において結合し、融点より大幅に低い温度で行われる、得られたナノ粒子膜の焼結工程を含み得る。特定の実施例における他の方法は、焼結と同様の結果を得ることができる、応力の付加（例：圧力）を含む。この発明におけるより緩やかな条件下においては、望ましい形態を得るため、熱と圧力を組み合わせて付加する。これらの方法は、より界面領域を大きくし、よりナノ構造を空間的に拡張することによりナノ粒子間の接触を増大させ、言い換えればより効率的なキャリア輸送及びより高いキャリア移動度を実現する。さらに、焼結の条件及び／又は圧力条件を制御することにより、キャリア移動度は望ましい値に調節され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７５】
キャリア輸送を大幅に改善する他の方法としては、たとえば他から空間的に拡張されたよりナノ粒子の使用が挙げられる。特定の実施例においては、拡張されたナノ粒子及び／又はナノ構造は、通常膜表面に対し垂直である望ましいキャリア輸送の方向に大部分が向かい、膜の厚さと同程度に十分な拡張長を有することが理想的な、たとえばナノコラム、ナノ構造を含むがこれに限定されない。これらの拡張ナノ構造は、キャリアが単結晶で、空間的に拡張されたナノ構造内を効果的に輸送され、ホッピング輸送の必要性を大幅に削減する。また、拡張されたナノ構造と、上述した適切なエネルギーを有する他の物質との間の界面は、膜内に存在し得るナノ接合を形成する。このナノコンポジットの他の物質は、焼結及び／又は圧力の付加により大部分が結合された、拡張されたナノ構造及び／又はナノ粒子であり得る。したがって、拡張されたナノ構造は大幅にキャリア輸送、特に電極への輸送を改善する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７６】
実施例によっては、他の利点が得られ得る。つまり、膜内に数ナノメーター毎に位置するナノ接合を形成するための１つ以上の方法によるさらなる利点は、吸収の促進である。ナノ構造形態は軽く広がり、効果的により大きな光学濃度又は吸収をもたらす、吸収材内の複数の通路を提供する。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７７】
他の実施例においては、実質的に全ての太陽光を吸収するのに必要な膜の厚さが、キャリアの拡散行と同程度又は数倍となるよう、吸収物質の吸収係数は十分に大きい。この実施例においては、膜内のナノ接合は必ずしも必要ではない。膜の片側から電極により収集される他端へ十分に電極へのキャリア輸送が行われるよう、膜は十分に薄い。これを行うには、太陽光スペクトル（４００ｎｍ以下〜１０００ｎｍ以下）を可能な限り吸収できるよう、吸収物質の吸収率は１０４ｃｍ−１若しくは１０５ｃｍ−１又はより大きい。このような物質の例には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ／Ｇｅ合金、ＣｕＯ、ＦｅＯ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ、ＦｅＳｉ２等が含まれる。この実施例においては、デバイスは、ナノコンポジット物質間の界面のナノ構造が最小化される、単一二層膜を含む。特定の実施例におけるこの方法及び構造は、収集電極に挟まれた実質的に二層のナノコンポジットから構成され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７８】
全てとは言わないまでも多くのＰＶデバイスの実施例の性能を改善する、この発明の他の実施例には、逆側の電極へのキャリア輸送を防ぐ、キャリア遮断物質が含まれる。キャリア遮断物質は、上述の感光性ナノコンポジット物質の正しい側に位置し得る。ホール遮断層は感光性ナノコンポジット及び正電極間に位置し、電子遮断層はナノコンポジット及びホール収集電極間に位置する。これによりキャリアの対称性が増大し、ＶＯＣの増加といったＰＶの性能向上に寄与する。一方又は双方のキャリア遮断層が使用され得る。キャリアを遮断する障壁は、上述のＬＵＭＯ及びＨＯＭＯレベルをずらすよう、量子サイズ効果により調整され得る。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２７９】
好適な実施例においては、また、キャリア遮断層は適切なキャリアを輸送する。すなわち、ホール遮断層はまた、電子を輸送し、したがって電子輸送／ホール遮断材料（ＥＴＨＢＭ）を形成し、電子遮断層はまた、ホールを輸送し、したがってホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）を形成する。上述の実施例に適切なＥＴＨＢＭの例には、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等が含まれる。上述の実施例に適切なＨＴＥＢＭの例には、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ、ＣｕＳＣＮ等が含まれる。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２８０】
他の実施例においては、キャリア遮断及び／又はキャリア輸送層は、電極の金属又はデバイスの他の領域内の他の物質からの望ましくない物質の拡散を防ぐための緩衝層として機能する。他の実施例においては、キャリア遮断及び／又はキャリア輸送層はまた、電気短絡又はデバイスの分流の緩衝として機能する。したがって、最も好適な実施例においては、キャリア遮断／輸送物質はキャリア輸送、望ましくないキャリアの遮断、デバイス内の物質拡散の防止、電気短絡又はデバイス内の分流の緩和といった複数の機能を果たす。
【０２８１】
さらに、上述の全ての物質又はこの発明の様々な実施例において選択された物質は、溶液合成、電気化学、電気泳動法、ゾルゲル法、ドクターブレーディング、インクジェット印刷、ディッピング法等を含む溶液法といった低コスト加工法を用いて、薄膜又はＰＶで必要な他の構造に合成及び加工され得る。
【０２８２】
さらに、上述の全ての物質又はこの発明の様々な実施例において選択された物質は、比較的低毒性で、安定で、地殻に豊富に存在している。
【０２８３】
この明細書に記載した例及び実施例は、実例を示すことのみを目的としており、したがって、その範囲内でのさまざまな改良又は変更は、当業者に対して示唆され、また、本出願の精神及び範囲内及び付記された請求の範囲内に含まれるべきであることは明確である。他の例のさらなる詳細については、この明細書内により具体的に後述され得る。
【実施例】
【０２８４】
この発明の原則及び操作を証明するため、さまざまな例を上述してきた。これらの例は、特定の実施例における構造及び方法を示すために準備された。これらの方法及び構造は、いかなる形においても制限することを意図しない。当業者は他の改良、代替選択肢、ヴァリエーションを認識し得る。例を議論する前に、以下に定義一覧を示す。例と同様、これらの定義は限定することを意図したものではなく、当業者による解釈と一致する意味を与えたものである。括弧内に略称を示した。
【０２８５】
電子輸送物質（ＥＴＭ）
【０２８６】
ホール輸送物質（ＨＴＭ）
【０２８７】
電子遮断物質（ＥＢＭ）
【０２８８】
ホール遮断物質（ＨＢＭ）
【０２８９】
電子輸送／ホール遮断材料（ＥＴＨＢＭ）
【０２９０】
ホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）
【０２９１】
吸収電子輸送物質（ＡＥＴＭ）
【０２９２】
吸収ホール輸送物質（ＡＨＴＭ）
【０２９３】
吸収電子遮断物質（ＡＥＢＭ）
【０２９４】
吸収ホール遮断物質（ＡＨＢＭ）
【０２９５】
吸収電子輸送／ホール遮断材料（ＡＥＴＨＢＭ）
【０２９６】
吸収ホール輸送／電子遮断材料（ＡＨＴＥＢＭ）
【０２９７】
この発明の特定の実施例においては、サブストレート構造及びスーパーストレート構造のデバイス構成が実施され得る。以下の例においては、スーパーストレート構成の製造法のみを説明するが、これは制限することを意図するものではなく、当業者は、これらの例を直接的に適用するような方法で実施し得るサブストレート構成を認識するであろう。当然のことながら、他のヴァリエーション、変更、代替選択肢が存在する。
【０２９８】
さらに、以下の例で説明するデバイス構成においては、光を吸収材に伝達するため、透明導電電極（ＴＣＥ）を使用する。ｎ型とｐ型、すなわち、負電荷キャリアを輸送又は伝導する型と、正電荷キャリアを輸送又は伝導する型の２つのタイプのＴＣＥが使用され得る。ＴＣＥの例として、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）が挙げられる。ＩＴＯはｐ型ＴＣＥの例で、ＺｎＯ：Ａｌ及びＳｎ２Ｏ：Ｆはｎ型ＴＣＥの例である。輸送物質がＴＣＥに隣接して設置されているデバイス構成の例においては、電子輸送物質（非ドープ又はｎドープであり得る、ＥＴＭ又はＥＴＨＢＭ等）がｎ型ＴＣＥに隣接して配置され、一方、ホール輸送物質（非ドープ又はｐドープであり得る、ＨＴＭ又はＨＴＥＢＭ等）がｐ型ＴＣＥに隣接して配置される。たとえば、ＺｎＯ：Ａｌといったｎ型物質がＴＣＥとして使用された場合、電子輸送物質が使用され、一方、ＩＴＯといったｐ型物質がＴＣＥとして使用された場合、ホール輸送物質が使用される。以下に記載の例においては、ＺｎＯ：Ａｌといったｎ型ＴＣＥが使用される。これは、制限することを意図したものではない。他のｎ型ＴＣＥ及びｐ型ＴＣＥも使用され得、当業者は、ＴＣＥの性質に応じ、キャリア輸送層の位置を交換し、また使用されるドープ型を逆にすることを認識するであろう。
【０２９９】
（実施例１）
ガラス、溶融石英、プラスチック等の光学的に透明な物質であり得る基板上に、透明導電電極（ＴＣＥ）が堆積される。堆積は、スパッタリング、蒸着、溶液堆積法といった種々の方法で実施され得る。ＴＣＥの例として、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）が挙げられる。以下の例では、我々はＺｎＯ：Ａｌを使用した。
【０３００】
続いて、第一物質のナノ粒子層（ＮＰ）は、ＴＣＥ上に堆積される。この膜の厚さは約５０ｎｍ〜１００ｎｍに及び得る。この処理は、ＮＰのコロイド懸濁液を用いて、回転塗布、溶射、インクジェット印刷、ディッピング法、ドクターブレーディング、電気泳動法、電気化学堆積法等の種々の溶液堆積処理により実施される。堆積される第一物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物であり得る。代替的には、第一物質はＦｅＳ２、ＳｎＳ、Ｃｕ２Ｓといった金属硫化物であり得る。続いて、金属酸化物のＮＰ又は金属硫化物のＮＰは、約５分から３時間に及ぶ時間、約１００℃〜７００℃、好適には約１００℃〜６００℃、さらに好適には約１００℃〜５００℃に及ぶ温度で焼結される。この焼結処理は、炉内又はプログラムされた高速アニールにより実施され得、その目的は少し溶融又はＮＰを相互接続することである。熱焼結の代わりに、ＮＰの相互接続は膜に圧力を付加することによっても得られ得る。圧力は、１００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２に及び得、機械プレス又は静水圧プレスにより膜に付加され得る。
【０３０１】
続いて、堆積された第一物質のＮＰにより形成されたナノポーラス内に、第二物質のＮＰを注入することにより、第二物質のＮＰが堆積される。第二物質のＮＰは、第一物質のＮＰと同様の方法で堆積され得る。第二物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金又はＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物、Ｃｕ２Ｓ、ＳｎＳ２、ＺｎＳといった金属硫化物等であり得る。続いて、第二物質のＮＰは第一物質のＮＰに対し実施されたのと同様の方法で焼結される。焼結された第一物質のＮＰと第二物質のＮＰの化合物はナノコンポジット膜を形成する。
【０３０２】
最終的に、上部電極はナノコンポジット膜上に堆積される。この上部電極はスパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３０３】
（実施例２）
実施例１の他の実施例においては、第一物質のＮＰ及び第二物質のＮＰは、実施例１における第一物質のＮＰの堆積と同様の方法で堆積される。実施例１と同様、堆積に続き、双方が特定の時間及び温度又は圧力の付加により焼結される。
【０３０４】
（実施例３）
実施例１のＴＣＥ被覆基板から始める。電子輸送／ホール遮断材料（ＥＴＨＢＭ）膜は、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積技術を用いて堆積される。ＥＴＨＢＭは、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等といった金属酸化物であり得、非ドープ又はｎドープであり得る。続いて、実施例１で説明したナノコンポジット膜はＥＴＨＢＭ上で加工される。最終的に、上部電極はナノコンポジット膜上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３０５】
（実施例４）
上部電極の堆積前の実施例３のデバイスから始める。ホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）層は、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積技術を用いて堆積される。ＨＴＥＢＭの例として、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺＮＰｃ等が挙げられ、ｐドープ又は非ドープであり得る。最終的に上部電極は、ＨＴＥＢＭ上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３０６】
（実施例５）
上部電極の堆積前の実施例１のデバイスから始める。ホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）層は、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積技術を用いて、ナノコンポジット層上で堆積される。ＨＴＥＢＭの例として、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰＣ、ＺｎＰＣ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。最終的に、上部電極はＨＴＥＢＭ上で堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３０７】
（実施例６）
実施例１のＴＣＥ被覆基板から始める。第一物質のＮＰ、第二物質のＮＰ、第三物質のＮＰの混合物から成る層が堆積され、この層はナノコンポジットから成る。第一物質はＥＴＨＢＭで、第二物質は吸収材で、第三物質はＨＴＥＢＭである。この３つの型のＮＰは、種々の方法で堆積され得る。１つの実施例は、全ての３つの物質のＮＰのコロイド懸濁液形成を含む。続いて、全ての３つの物質のＮＰは、回転塗布、溶射、ディッピング、インクジェット印刷、ドクターブレーディング、電気泳動法、電気化学堆積法等の種々の溶液堆積技術により、ＴＣＥ被覆基板上で堆積される。最終的に、上部電極はナノコンポジット膜上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３０８】
（実施例７）
実施例６の他の実施例においては、ＥＴＨＢＭは、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積技術を用いて、ＴＣＥ及びナノコンポジット間に配置される。ＥＴＨＢＭの例として、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３等が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。
【０３０９】
（実施例８）
実施例６の他の実施例においては、ＨＴＥＢＭは、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積技術を用いて、ナノコンポジット及び上部電極間に配置される。ＨＴＥＢＭの例として、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。
【０３１０】
（実施例９）
実施例６の他の実施例においては、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積技術を用いて、ＥＴＨＢＭはＴＣＥ及びナノコンポジット間に、ＨＴＥＢＭはナノコンポジット及び上部電極間に配置される。ＥＴＨＢＭの例としてＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。ＨＴＥＢＭの例として、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。
【０３１１】
（実施例１０）
実施例１のＴＣＥ被覆基板から始める。ＥＴＨＢＭのＮＰから成る層は、溶液堆積法を用いてＴＣＥ上に堆積される。ＥＴＨＢＭの例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。吸収材のＮＰの第二層は、溶液堆積法を用いてＥＴＨＢＭ層上に堆積される。吸収材の例として、Ｓｉ、Ｇｅ，ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓ等が挙げられる。ＨＴＥＢＭのＮＰの第三層は、溶液堆積法を用いて吸収材層上に堆積される。ＨＴＥＢＭの例としては、ＮｉＯ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。３層の化合物は、多層コンポジットを形成する。これらの各層の厚さは約５０ｎｍ〜５０００ｎｍに及び、より好適には約５０ｎｍ〜１０００ｎｍで、最も好適には約５０ｎｍ〜５００ｎｍである。これらのＮＰの各層は、各層のＮＰの堆積後、続けて焼結され得る。焼結処理はまた、２層が堆積され、続く第３層の堆積後の焼結処理後に実施され得る。焼結処理は、全ての３層の堆積後に実施され得る。最終的に、上部電極はナノコンポジット膜上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法により堆積され得る。
【０３１２】
（実施例１１）
実施例１０の他の実施例においては、ＥＴＨＢＭは、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積法を用いて、ＴＣＥ及び複数ナノコンポジット間に配置される。ＥＴＨＢＭの例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。
【０３１３】
（実施例１２）
実施例１０の他の実施例においては、ＨＴＥＢＭは、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積法を用いて、複数ナノコンポジット及び上部電極間に配置される。ＨＴＥＢＭの例としては、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。
【０３１４】
（実施例１３）
実施例１０の他の実施例においては、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積法を用いて、ＥＴＨＢＭはＴＣＥ及び複数ナノコンポジット間に配置され、ＨＴＥＢＭは複層ナノコンポジット及び上部電極間に配置される。ＥＴＨＢＭの例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。ＨＴＥＢＭの例としてはＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられ、非ドープ又はｐドープであり得る。
【０３１５】
（実施例１４）
実施例１のＴＣＥ被覆基板から始める。実質的に膜に対して直角であるが、正確に直角である必要はないナノコラム、ナノチューブ等といった拡張ナノ構造層を堆積する。これらの拡張ナノ構造に使用され得る物質の例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３及びＦｅ２Ｏ３といった金属酸化物、ＦｅＳ２、ＳｎＳといった金属硫化物、ＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体物質から成る半導体物質が挙げられ、非ドープ又はｎドープであり得る。拡張ナノ構造と同じ物質から成る薄膜は、まずＴＣＥ上で堆積され、拡張ナノ構造はこの薄膜上で成長する。この薄膜は、材料のＮＰ層の焼結又はスパッタリング若しくは蒸着といった真空法又は液相堆積法により形成され得る。この薄膜及び／又は拡張ナノ構造はＥＴＨＢＭとしても機能する。拡張ナノ構造は種々の方法により成長又は堆積され得る。１つの実施例は溶液成長技術を含む。このような方法（好適な実施例）の１つの例は、拡張ナノ構造を形成する物質の薄膜の有無に係わらず、ＺｎＯナノコラムを堆積するための、酢酸亜鉛といった金属塩前駆体アルカリ使用液から成る（例：ＮａＯＨ水溶液）ＴＣＥ被覆基板の適切な方法へのディッピングを含む。
【０３１６】
続いて、第二物質は、拡張ナノ構造により形成される空孔型欠陥に注入され、第二物質は拡張ナノ構造上に拡張し、又は拡張ナノ構造を完全に被覆する。この第二物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓ、ＳｎＳ２、ＺｎＳ等であり得る。この第二物質は、種々の方法で堆積され得る。１つの方法は、この物質のＮＰのコロイド懸濁液を使用する。コロイド懸濁液は、回転塗布、溶射、ディッピング法、インクジェット印刷、ドクターブレーディング、電気泳動法、電気化学堆積法等の方法による第二物質の空孔型欠陥に注入され得る。第二物質が注入された後、第二物質は約５分から３時間に及ぶ時間、約１００℃〜７００℃、好適には約１００℃〜６００℃、さらに好適には約１００〜５００℃に及ぶ温度で焼結される。この焼結処理は、炉内又はプログラムされた高速アニールにより実施され得、その目的は少し溶融又はＮＰを相互接続することである。熱焼結の代わりに、ＮＰの相互接続は膜に圧力を付加することによっても得られ得る。圧力は、１００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２に及び得、機械プレス又は静水圧プレスにより膜に付加され得る。
【０３１７】
第二物質を堆積する他の方法は、適切な金属前駆体の水溶液を用いた電気化学堆積法を含む。標準的な三極又は二極の電気化学電池が使用され得る。１つの電極すなわち作用電極は、基板上のＴＣＥ層上に被覆されている第一物質の拡張ナノ構造から成る。参照電極は標準飽和カロメル電極（ＳＣＥ）又は標準水素電極（ＳＨＥ）である。対極は、プラチナ、金等の金属である。前駆体物質は種々の物質であり得る。Ｓｉの場合、この前駆体物質はハロシラン、有機シラン及びポリシランといった種々のシランであり得る。Ｇｅの場合、この前駆体物質は、ハロゲルマニウム、有機ゲルマニウム又はポリゲルマニウムといった種々のゲルマニウムであり得る。ＣｕＯの場合、この前駆体物質は、酢酸銅（ＩＩ）及び硫酸銅（ＩＩ）といった種々の銅塩（ＩＩ）であり得る。Ｃｕ２Ｏの場合、この前駆体物質は、塩化銅（Ｉ）及び硝酸銅（Ｉ）といった種々の銅塩（Ｉ）であり得る。ＦｅＯの場合、この前駆体物質は、塩化鉄（ＩＩ）といった種々の鉄塩（ＩＩ）であり得る。Ｆｅ２Ｏ３の場合、この前駆体物質は、塩化鉄（ＩＩＩ）といった種々の鉄塩（ＩＩＩ）であり得る。硫化銅（Ｉ）の場合、この前駆体物質は、塩化銅（Ｉ）及び硝酸銅（Ｉ）といった銅塩（Ｉ）であり得る。
【０３１８】
最終的に、上部電極は第二物質上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法で堆積され得る。
【０３１９】
（実施例１５）
上部電極が堆積される前に、第二物質上にホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）が堆積される第三物質を除き、実施例１４で説明したものと同等のデバイスが製造される。第三物質は、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は溶液堆積法を用いて堆積される。この第三物質は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等といった種々の物質であり得る。最終的に、上部電極は第三物質上に堆積される。この上部電極はスパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法で堆積され得る。
【０３２０】
（実施例１６）
実施例１４で説明したものと類似のデバイスが製造されるが、第二物質は空孔型欠陥を充填せず、第二物質の薄膜で拡張ナノ構造を被覆するために堆積されるため、空孔型欠陥は拡張ナノ構造間及び内部に残存する。続いて、第三物質は、実施例１５で説明したＨＴＥＢＭであり、拡張ナノ構造よりも高いレベルの空孔型欠陥内で堆積される。最終的に、上部電極は第三物質上で堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等の方法で堆積され得る。
【０３２１】
（実施例１７）
実施例１のＴＣＥ被覆された基板から始める。電子輸送／ホール遮断材料（ＥＴＨＢＭ）膜は、スパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積法を用いて堆積される。ＥＴＨＢＭは、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等の金属酸化物であり得、非ドープ又はｎドープであり得る。薄い吸収膜は、ＥＴＨＢＭ上に堆積される。この吸収物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ等であり得る。この吸収物質の厚さは、約５０ｎｍ〜５０００ｎｍに及び得る。この物質は、実施例１４で説明した種々の方法で堆積され得る。ホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）膜は、スパッタリング若しくは蒸着と言った真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積法を用いて吸収物質上に堆積される。ＨＴＥＢＭは、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ３、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰＣ等といった種々の物質であり得る。最終的に、上部電極は第三物質上に堆積される。この上部電極はスパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法で堆積され得る。
【０３２２】
（実施例１８）
ＥＴＨＢＭを使用しない、実施例１７のデバイス。
【０３２３】
（実施例１９）
ＨＴＥＢＭを使用しない、実施例１７のデバイス。
【０３２４】
（実施例２０）
このデバイス構成は、ナノコンポジット物質を除き、実施例３と同等である。この例においては、ナノコンポジット物質は、溶液堆積法を用いて第二物質がナノポーラス内に充填された第一物質から成る。第一物質の例としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３といった金属酸化物、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、Ｃｕ２Ｓといった金属硫化物、ＦｅＳｉ２といったＩＶ族半導体類から成る半導体物質等から成るナノポーラスであり得る。１つの実施例においては、ナノポーラスＳｉのナノ細孔はＧｅで充填される。他の実施例においては、ナノポーラスＧｅのナノ細孔はＳｉで充填される。他の実施例においては、ナノポーラスＳｉ又はナノポーラスＧｅのナノ細孔は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等といった金属酸化物で充填される。他の実施例においては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等といったナノポーラス金属酸化物のナノ細孔は、以下の物質（Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓ）で充填される。
【０３２５】
（実施例２１）
このデバイス構成は、ナノコンポジット及び上部電極間に配置されたホール輸送／電子遮断材料（ＨＴＥＢＭ）層を除き、実施例２０と同等である。このＨＴＥＢＭはスパッタリング若しくは蒸着といった真空技術又は厚さが約１００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ溶液堆積法を用いて堆積される。ＨＴＥＢＭの例としては、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ３、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃ等が挙げられる。最終的に、上部電極はＨＴＥＢＭ上に堆積される。この上部電極は、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷、塗装、ホイル積層等といった方法で堆積され得る。
【０３２６】
（実施例２２）
ＥＴＨＢＭを使用しない、実施例２１のデバイス。
【０３２７】
この明細書に記載した例及び実施例は、実例を示すことのみを目的としており、したがって、その範囲内でのさまざまな改良又は変更は、当業者に対して示唆され、また、本出願の精神及び範囲内及び付記された請求の範囲内に含まれるべきであることは明確である。他の例のさらなる詳細については、この明細書内により具体的に後述され得る。
【０３２８】
（付記１）
第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質と、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質間の混合領域と、
前記第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルと、
前記第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第二イオン化ポテンシャルより前記第一イオン化ポテンシャルが小さく、前記第二電子親和力が前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、前記第二ナノ構造物質の特性を示す前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルと、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対して少なくとも１０−３ｃｍ−１の光吸収係数を有する、
光電ナノコンポジット構造を有するナノ構造物質。
（付記２）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質は、ナノ粒子、量子ドット、量子細線、ナノコラム、ナノロッド、ナノチューブ、量子井戸、ナノシェル、ナノベルト、ナノポーラス材料から選択された複数のナノ構造から成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及び、
混合の特性を示す空間距離が約１ｎｍ〜５０００ｎｍに及ぶ、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ、
付記３に記載のナノ構造物質。
（付記５）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜５００ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ、
付記４に記載のナノ構造物質。
（付記６）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜１００ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜１００ｎｍに及ぶ、
付記５に記載のナノ構造物質。
（付記７）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜５０ｎｍに及ぶ、
付記６に記載のナノ構造物質。
（付記８）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜１０ｎｍに及ぶ、
付記７に記載のナノ構造物質。
（付記９）
前記混合領域の厚さが約１ｎｍ〜５０ｎｍに及び、
混合の特性を示す前記空間距離が約１ｎｍ〜５ｎｍに及ぶ、
付記８に記載のナノ構造物質。
（付記１０）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質は、半導体材料から成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記１１）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質は、無機半導体材料から成る、
付記１０に記載のナノ構造物質。
（付記１２）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質はＩＶ族半導体材料及びＩＶ−ＩＶ族半導体材料から選択される、
付記１１に記載のナノ構造物質。
（付記１３）
前記第一ナノ構造物質はＳｉナノ構造から成り、
前記第二ナノ構造物質はＧｅナノ構造から成る、
付記１２に記載のナノ構造物質。
（付記１４）
前記第一ナノ構造物質はＳｉＧｅ合金ナノ構造から成る、
付記１２に記載のナノ構造物質。
（付記１５）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から選択される、
付記１１に記載のナノ構造物質。
（付記１６）
前記第一ナノ構造物質は、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から成る、
付記１５に記載のナノ構造物質。
（付記１７）
前記第一ナノ構造物質は、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択される、
付記１５に記載のナノ構造物質。
（付記１８）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料及びＩＶ−ＩＶ族半導体材料から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記１９）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択される、
付記１８に記載のナノ構造物質。
（付記２０）
前記第一ナノ構造物質は金属酸化物から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記２１）
前記第一ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３から選択される、
付記２０に記載のナノ構造物質。
（付記２２）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料及びＩＶ−ＩＶ族半導体材料から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記２３）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉナノ構造から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から選択される、
付記２２に記載のナノ構造物質。
（付記２４）
前記第一ナノ構造物質は、Ｇｅナノ構造から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から選択される、
付記２２に記載のナノ構造物質。
（付記２５）
前記第一ナノ構造物質は、ＳｉＧｅ合金ナノ構造から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から選択される、
付記２２に記載のナノ構造物質。
（付記２６）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択される、
付記２２に記載のナノ構造物質。
（付記２７）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＳｎＳ、ＦｅＳｉ２から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記２８）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓから選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記２９）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、ＦｅＯから選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３０）
前記第一ナノ構造物質は、Ｃｕ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳから選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３１）
前記第一ナノ構造物質は、金属硫化物から選択される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３２）
前記第一ナノ構造物質は、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＳ、ＦｅＳ、ＳｎＳから選択される、
付記３１に記載のナノ構造物質。
（付記３３）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ−ＩＶ族半導体材料及び金属酸化物から選択されるナノコラムから成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３４）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択されたナノコラムから成る、
付記３３に記載のナノ構造物質。
（付記３５）
前記第一ナノ構造物質は、ＺｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏから選択されたナノコラムから成る、
付記３３に記載のナノ構造物質。
（付記３６）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ−ＩＶ族半導体材料及び金属酸化物から選択されるナノチューブから成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３７）
前記第一ナノ構造物質は、ＴｉＯ２から成るナノチューブで構成される、
付記３６に記載のナノ構造物質。
（付記３８）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ−ＩＶ族半導体材料から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から成るナノコラムで構成される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記３９）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＺｎＯから成るナノコラムで構成される、
付記３８に記載のナノ構造物質。
（付記４０）
前記第一ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ−ＩＶ族半導体材料から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、金属酸化物から成るナノチューブで構成される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４１）
前記第一ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金から選択され、
前記第二ナノ構造物質は、ＴｉＯ２から成るナノチューブで構成される、
付記４０に記載のナノ構造物質。
（付記４２）
前記第一ナノ構造物質は、無機半導体から成り、
前記第二ナノ構造物質は、有機半導体から成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４３）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質は、有機半導体から成る、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４４）
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、少なくとも１０４ｃｍ−１である、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４５）
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、少なくとも１０５ｃｍ−１である、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４６）
前記ナノ構造物質における光吸収により生成される正電荷キャリア及び負電荷キャリアは、前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質間の界面において分離し、
より大きな電子親和力を有する一方の前記ナノ構造物質内で負電荷キャリアは輸送され、より小さなイオン化ポテンシャルを有する他方の前記ナノ構造物質内で正電荷キャリアは輸送される、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４７）
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質内において、電荷キャリアは多数キャリアとして輸送される、
付記４６に記載のナノ構造物質。
（付記４８）
前記第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、前記第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも１００ｍｅＶ小さい、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記４９）
前記第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、前記第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも３００ｍｅＶ小さい、
付記４８に記載のナノ構造物質。
（付記５０）
前記第一ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、前記第二ナノ構造物質の電子親和力及びイオン化ポテンシャルよりそれぞれ少なくとも５００ｍｅＶ小さい、
付記４９に記載のナノ構造物質。
（付記５１）
一方の前記ナノ構造物質のバンドギャップが約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶに及ぶ、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記５２）
一方の前記ナノ構造物質のバンドギャップが約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶに及ぶ、
付記５１に記載のナノ構造物質。
（付記５３）
一方の前記ナノ構造物質のバンドギャップが約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶに及ぶ、
付記５２に記載のナノ構造物質。
（付記５４）
前記ナノ構造物質の少なくとも一方のキャリア移動度は、約１０−６ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓに及ぶ、
付記１に記載のナノ構造物質。
（付記５５）
前記ナノ構造物質の少なくとも一方のキャリア移動度は、約１０−３ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１０００ｃｍ２／Ｖ−ｓに及ぶ、
付記５４に記載のナノ構造物質。
（付記５６）
前記ナノ構造物質の少なくとも一方のキャリア移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ−ｓ〜１００ｃｍ２／Ｖ・ｓに及ぶ、
付記５５に記載のナノ構造物質。
（付記５７）
第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質から構成され、
第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは前記第一ナノ構造物質の特性を示し、
前記第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、前記第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二電子親和力が前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルは前記第二ナノ構造物質の特性を示し、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電ナノコンポジット材料。
（付記５８）
第一ナノ構造物質、第二ナノ構造物質及び第三ナノ構造物質から構成され、
前記第一ナノ構造物質、前記第二ナノ構造物質及び前記第三ナノ構造物質間に混合領域を有し、
第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは前記第一ナノ構造物質の特性を示し、
第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは前記第二ナノ構造物質の特性を示し、
第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは前記第三ナノ構造物質の特性を示し、
前記第一電子親和力は前記第二電子親和力より小さく、前記第二電子親和力は前記第三電子親和力より小さく、前記第一イオン化ポテンシャルは前記第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二イオン化ポテンシャルは前記第三イオン化ポテンシャルより小さく、前記第三電子親和力は前記第一イオン化ポテンシャルより小さく、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記第一ナノ構造物質、前記第二ナノ構造物質及び前記第三ナノ構造物質の少なくとも一つ、二つ又は三つ全ての光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電コンポジット材料。
（付記５９）
電子収集電極と、
ホール収集電極と、
前記電子収集電極及び前記ホール収集電極間に配置された、第一ナノ構造物質と第二ナノ構造物質とからなるナノ構造物質と、
前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質間に提供された界面領域と、
前記第一ナノ構造物質の特性を示す第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルと、
前記第二ナノ構造物質の特性を示す第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルとを含み、
前記第一電子親和力は前記第二電子親和力より小さく、前記第一イオン化ポテンシャルは前記第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二電子親和力は前記第一イオン化ポテンシャルより小さく、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する第一ナノ構造物質及び第二ナノ構造物質の少なくとも一方又は双方の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電デバイス。
（付記６０）
約４００ｎｍ〜１１００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極又は前記ホール収集電極の一方は実質的に光学的に透明である、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記６１）
約４００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極又は前記ホール収集電極の一方は実質的に光学的に透明である、
付記６０に記載の光電デバイス。
（付記６２）
約４００ｎｍ〜９００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極又は前記ホール収集電極の一方は実質的に光学的に透明である、
付記６１に記載の光電デバイス。
（付記６３）
約４００ｎｍ〜８００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極又は前記ホール収集電極の一方は実質的に光学的に透明である、
付記６２に記載の光電デバイス。
（付記６４）
約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極又は前記ホール収集電極の一方は実質的に光学的に透明である、
付記６３に記載の前記光電デバイス。
（付記６５）
約４００ｎｍ〜１１００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極及び前記ホール収集電極が実質的に光学的に透明である、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記６６）
約４００ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極及び前記ホール収集電極が実質的に光学的に透明である、
付記６５に記載の光電デバイス。
（付記６７）
約４００ｎｍ〜９００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極及び前記ホール収集電極が実質的に光学的に透明である、
付記６６に記載の光電デバイス。
（付記６８）
約４００ｎｍ〜８００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極及び前記ホール収集電極が実質的に光学的に透明である、
付記６７に記載の光電デバイス。
（付記６９）
約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ波長に対し、前記電子収集電極及び前記ホール収集電極が実質的に光学的に透明である、
付記６８に記載の光電デバイス。
（付記７０）
ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリア及び正電荷キャリアは、前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質間の前記界面で分離し、
負電荷キャリアはより大きな電子親和力を有する一方の前記ナノ構造物質内で輸送され、
正電荷キャリアはより小さなイオン化ポテンシャルを有する他方の前記ナノ構造物質内で輸送される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７１）
電子輸送／ホール遮断材料は、前記ナノ構造物質及び前記電子収集電極間に配置され、
ホール輸送／電子遮断材料は、前記ナノ構造物質及び前記ホール収集電極間に配置され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、前記電子輸送／ホール遮断材料内に選択的に分離され、かつ前記電子輸送／ホール遮断材料内を輸送され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、前記ホール輸送／電子遮断材料内で選択的に分離され、かつ前記ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７２）
前記電子輸送／ホール遮断材料は、無機半導体又は有機半導体から選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７３）
前記電子輸送／ホール遮断材料は、金属酸化物から選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７４）
前記電子輸送／ホール遮断材料は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７５）
前記ホール輸送／電子遮断材料は、無機半導体又は有機半導体から選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７６）
前記ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ―ＩＶ族半導体材料、金属硫化物、銅化合物から選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７７）
前記ホール輸送／電子遮断材料は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃから選択される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７８）
電子輸送／ホール遮断材料は、前記ナノ構造物質及び前記電子収集電極間に配置され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、前記
電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、かつ前記電子輸送／ホール遮断材料内を輸送される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記７９）
ホール輸送／電子遮断材料は、前記ナノ構造物質及び前記ホール収集電極間に配置され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、前記ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、かつ前記ホール輸送／電子遮断材料内を輸送される、
付記５９に記載の光電デバイス。
（付記８０）
電子収集電極及びホール収集電極間に配置されたナノ構造物質を含み、
電子輸送／ホール遮断材料は、前記電子収集電極及び前記ナノ構造物質間に配置され、
ホール輸送／電子遮断材料は、前記ホール収集電極及び前記ナノ構造物質間に配置され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、前記電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、前記ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記ナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電デバイス。
（付記８１）
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記ナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０４ｃｍ−１である、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８２）
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記ナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０５ｃｍ−１である、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８３）
前記ナノ構造物質のバンドギャップは、約１．０ｅＶ〜２．０ｅＶに及ぶ、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８４）
前記ナノ構造物質のバンドギャップは、約１．２ｅＶ〜１．８ｅＶに及ぶ、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８５）
前記ナノ構造物質のバンドギャップは、約１．３ｅＶ〜１．６ｅＶに及ぶ、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８６）
前記ホール輸送／電子遮断材料は、金属酸化物、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ―ＩＶ族半導体材料、金属硫化物、銅化合物、無機半導体、有機半導体から選択され、
前記電子輸送／ホール遮断材料は、金属酸化物、無機半導体、有機半導体から選択され、
前記ナノ構造物質は、ＩＶ族半導体材料、ＩＶ―ＩＶ族半導体材料、酸化銅、硫化銅、酸化鉄、硫化鉄、硫化スズ、硫化亜鉛、又はＩＶ族半導体種を含む半導体材料から選択される、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８７）
前記ホール輸送／電子遮断材料は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃから選択され、
前記電子輸送／ホール遮断材料は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択され、
前記ナノ構造物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ合金、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｓ、ＦｅＯから選択される、
付記８０に記載の光電デバイス。
（付記８８）
電子収集電極及びホール収集電極間に配置されたナノ構造物質を含み、
電子輸送／ホール遮断材料は、前記電子収集電極及び前記ナノ構造物質間に配置され、
前記ナノ構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、前記電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記ナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電デバイス。
（付記８９）
電子収集電極及びホール収集電極間に配置されたナノ構造物質を含み、
ホール輸送／電子遮断材料は、前記ホール収集電極及び前記ナノ構造物質間に配置され、
ナノ構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、前記ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記ナノ構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電デバイス。
（付記９０）
基板表面領域を有する基板と、
表面領域を被覆し、２つ以上の複数のナノ構造間の距離の特性を示す、約１ナノメータ〜２００ナノメータに及ぶ加工寸法を有し、前記２つ以上の複数のナノ構造は、約２５ナノメータ〜５００ナノメータに及ぶ高さを有するような前記複数のナノ構造と、
前記複数のナノ構造の表面領域を被覆し、半導体材料層を形成するため、前記２つ以上の複数のナノ構造間の前記距離を実質的に充填する半導体材料層と、
前記半導体材料層から形成され、実質的に前記複数のナノ構造を被覆するため、前記２つ以上のナノ構造の高さからの分離距離にある半導体材料表面領域とを含み、
厚さが約５０ｎｍ〜２０００ｎｍに及び、前記複数のナノ構造と半導体材料を含むサンドイッチ型構造の特性を示す、
光電デバイス。
（付記９１）
前記複数のナノ構造は、金属酸化物から成る、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９２）
前記複数のナノ構造は、金属酸化物から成り、金属酸化物はＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｆｅ２Ｏ３から選択される、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９３）
前記複数のナノ構造は、ＺｎＯ種又はＴｉＯ２種から成る、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９４）
前記半導体物質は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム合金、酸化銅、酸化鉄から選択される、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９５）
前記基板表面領域及び前記複数のナノ構造間に配置された第一電極部材と、
前記半導体表面領域を被覆するよう形成された第二電極部材とをさらに含む、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９６）
前記複数のナノ構造は、溶液堆積法、電気化学法又は電気泳動法により提供される、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９７）
前記半導体物質は、堆積法、電気化学法又は電気泳動法により提供される、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９８）
前記複数のナノ構造は、幅が約５ｎｍより大きく、長さが約１０ｎｍより大きい、
付記９０に記載のデバイス。
（付記９９）
前記半導体物質の表面領域を被覆する、電気的ホール輸送層をさらに含む、
付記９０に記載のデバイス。
（付記１００）
前記電気的ホール輸送層の一部を被覆する電極部材をさらに含む、
付記９０に記載のデバイス。
（付記１０１）
前記複数のナノ構造は、電子輸送層として特性を示す、
付記９０に記載のデバイス。
（付記１０２）
前記基板はガラス物質を含む、
付記９０に記載のデバイス。
（付記１０３）
複数の第一ナノ構造をその上に有する第一ナノ構造物質を提供し、
混合領域が、第二ナノ構造物質と実質的に接触している前記複数の第一ナノ構造により特性を示されるよう、前記複数の第一ナノ構造及び１つ以上の流体から形成される前記第二ナノ構造物質の間に配置される前記混合領域を形成するため、流体特性を有する複数の第二ナノ構造を含む１つ以上の流体に前記複数の第一ナノ構造を接触させ、
第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二電子親和力は前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、かつ、前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質の少なくとも一方もしくは双方の、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１であるような、前記第一ナノ構造物質の特性を示す前記第一電子親和力及び前記第一イオン化ポテンシャル及び前記第二ナノ構造物質の特性を示す前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルを提供するための１つ以上の処理を用いて、前記混合領域を含む前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質を加工することからなる、
光電コンポジット材料を形成する方法。
（付記１０４）
前記実質的な接触は、物理的及び電気的接触である、
付記１０３に記載の方法。
（付記１０５）
前記混合領域に、実質的に孔隙が存在しない、
付記１０３に記載の方法。
（付記１０６）
前記混合領域に、実質的に電気短絡が存在しない、
付記１０３に記載の方法。
（付記１０７）
前記混合領域に、実質的に断電が存在しない、
付記１０３に記載の方法。
（付記１０８）
表面領域を含む透明基板部材を提供し、
前記表面領域を被覆する透明電極部材を形成し、
複数の第一ナノ構造を上部に、かつ第一ナノ構造物質の第一表面領域を有する、前記透明電極部材を被覆する前記第一ナノ構造物質を形成し、
混合領域が、第二ナノ構造物質と実質的に接触している前記複数の第一ナノ構造により特性を示されるよう、前記複数の第一ナノ構造及び１つ以上の流体から形成される前記第二ナノ構造物質により提供される前記混合領域を形成するため、流体特性を有する複数の第二ナノ構造を含む１つ以上の流体に前記第一ナノ構造物質の前記第一表面領域を接触させ、
第一電子親和力が第二電子親和力より小さく、第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二電子親和力は前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、かつ、前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質の少なくとも一方もしくは双方の、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１であるような、前記第一ナノ構造物質の特性を示す前記第一電子親和力及び前記第一イオン化ポテンシャル及び前記第二ナノ構造物質の特性を示す前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルを提供するための１つ以上の処理を用いて、前記混合領域を含む前記第一ナノ構造物質及び前記第二ナノ構造物質を加工して、
前記第二ナノ構造物質を被覆する電極を形成することからなる、
光電コンポジット材料を形成する方法。
（付記１０９）
前記電極が金属から製造され、金属はタングステン又はモリブデンから選択される、
付記１０８に記載の方法。
（付記１１０）
前記透明基板部材は、光学ガラスである、
付記１０８に記載の方法。
【図１】
2014212322.tif 000003
【図１Ａ】
2014212322.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014212322.tif 000008
【図６】
2014212322.tif 000009
【図７】
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【図８】
2014212322.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2014212322.tif 000013
【図１１】
2014212322.tif 000014
【図１２】
2014212322.tif 000015
【図１３】
2014212322.tif 000016
【図１４】
2014212322.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
2014212322.tif 000019
【図１７】
2014212322.tif 000020
【図１８】
2014212322.tif 000021
【図１９】
2014212322.tif 000022
【図２０】
2014212322.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
2014212322.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
2014212322.tif 000027
【図２５】
2014212322.tif 000028
【図２６】
2014212322.tif 000029
【図２７】
2014212322.tif 000030
【図２８】
2014212322.tif 000031
【図２９】
2014212322.tif 000032
【図３０】
2014212322.tif 000033
【図３１】
2014212322.tif 000034
【図３２】
2014212322.tif 000035
【図３３】
2014212322.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月20日(2014.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層電極の上に配置され、第一の平面と反対側の第二の粗面とを有する第一構造物質と、
前記第一構造物質の上に配置され、上平面と反対側の底面とを有する第二構造物質と、
前記第一構造物質と前記第二構造物質との間の混合領域と、を備え、
前記第一構造物質の前記第一の平面は前記下層電極の上表面に接し、
前記第二構造物質の前記上平面は上層電極の下表面に接し、
第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは前記第一構造物質の特性を示し、
前記第一電子親和力は第二電子親和力より小さく、前記第一イオン化ポテンシャルは第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二電子親和力が前記第一イオン化ポテンシャルより小さくなるような、前記第二電子親和力及び前記第二イオン化ポテンシャルは前記第二構造物質の特性を示し、
前記第一構造物質及び前記第二構造物質の少なくとも一方又は双方は、波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する光吸収係数が、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電コンポジット材料。
【請求項２】
下層電極の上に配置され、第一の平面と反対側の第二の粗面とを有する第一構造物質と、
前記第一構造物質の上に配置された第二構造物質と、
前記第二構造物質の上に配置され、上平面と反対側の底面とを有する第三構造物質と、
前記第一構造物質と前記第二構造物質と前記第三構造物質との間の混合領域と、を備え、
前記第一構造物質の前記第一の平面は前記下層電極の上表面に接し、
前記第三構造物質の前記上平面は上層電極の下表面に接し、
第一電子親和力及び第一イオン化ポテンシャルは前記第一構造物質の特性を示し、
第二電子親和力及び第二イオン化ポテンシャルは前記第二構造物質の特性を示し、
第三電子親和力及び第三イオン化ポテンシャルは前記第三構造物質の特性を示し、
前記第一電子親和力は前記第二電子親和力より小さく、前記第二電子親和力は前記第三電子親和力より小さく、前記第一イオン化ポテンシャルは前記第二イオン化ポテンシャルより小さく、前記第二イオン化ポテンシャルは前記第三イオン化ポテンシャルより小さく、前記第三電子親和力は前記第一イオン化ポテンシャルより小さく、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記第一構造物質、前記第二構造物質及び前記第三構造物質の少なくとも一つ、二つ又は三つ全ての光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電コンポジット材料。
【請求項３】
電子収集電極とホール収集電極との間に配置された構造物質を含み、
電子輸送／ホール遮断材料は、前記電子収集電極と前記構造物質との間に配置され、第一の平面と反対側の第二の粗面とを有し、
ホール輸送／電子遮断材料は、前記ホール収集電極と前記構造物質との間に配置され、上平面と反対側の底面とを有し、
前記電子輸送／ホール遮断材料の前記第一の平面は前記電子収集電極の上表面に接し、
前記ホール輸送／電子遮断材料の前記上平面は前記ホール収集電極の電極の下表面に接し、
前記構造物質における光吸収により生成された負電荷キャリアは、前記電子輸送／ホール遮断材料に選択的に分離され、
前記構造物質における光吸収により生成された正電荷キャリアは、前記ホール輸送／電子遮断材料に選択的に分離され、
波長が約４００ｎｍ〜７００ｎｍに及ぶ光に対する前記構造物質の光吸収係数は、少なくとも１０３ｃｍ−１である、
光電デバイス。