(57)【要約】      （修正有）【課題】ファイバー光起電性デバイスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ファイバー光起電性デバイスは光学フィラメント１０１、光学フィラメントをコートしている第１電極１０２、その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層１０４、半導体性の層の上に堆積した第２電極層１０５を含む。第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である。半導体性の層は第１電極層と電気的に接触する。半導体性の層は電磁放射を吸収し、電気的シグナルに変える。半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含み、それらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿って分離した領域中に位置する。第２電極層は半導体性の層と電気的に接触している。複数のファイバー光起電性デバイスを含む光起電性コレクター、および、浸漬コーティングの技法によるファイバー光起電性デバイスの製造方法も開示する。【選択図】図１
2014209649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバー光起電性デバイスであって、前記ファイバー光起電性デバイスが次のものを含
む、ファイバー光起電性デバイス：
光学フィラメント；
その光学フィラメントをコートしている第１電極層；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナ
ルに変える；および
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイ
バー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置し、その少なくとも２種類の
半導体性材料は互いに接触している；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に堆積した第２電極層；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【請求項２】
連続的な半導体性の層のバンドギャップが１．１ｅＶである、請求項１に記載のファイバ
ー光起電性デバイス。
【請求項３】
第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を含む、請求項１
〜２のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項４】
励起子ブロッキング層がカーボンナノチューブ−ポリマー複合材料を含む、請求項３に記
載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項５】
連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を含む、請求項１〜４のいずれ
か１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項６】
さらに第２電極層をコートする保護層を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のファ
イバー光起電性デバイス。
【請求項７】
光学フィラメントがガラス、石英およびポリマーからなるグループから選択される材料を
含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項８】
第１電極層が酸化インジウムスズ、酸化ガリウムスズ、酸化亜鉛インジウムスズおよびそ
れらの組み合わせからなるグループから選択される導電性酸化物を含む、請求項１〜７の
いずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項９】
電磁放射が可視光、赤外線、紫外線およびそれらの組み合わせからなるグループから選択
される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１０】
少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーに基づく半導体を含む、請求項１〜９のいず
れか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１１】
少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーおよび充填材料を含むナノ複合材料を含む、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１２】
第１の半導体性材料がＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ  Ｃ７０ナノ複合材料を含み、第２半導体性材
料がカーボンナノチューブ類でドープされたＰｍＰＶを含むナノ複合材料を含む、請求項
１１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１３】
ポリマーがポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ［
２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）］、ポリ
［２−メトキシ−５−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］
、ナトリウム  ポリ［２−（３−チエニル）−エトキシ−４−ブチルスルホネート］およ
びそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項１１に記載のファイバー
光起電性デバイス。
【請求項１４】
充填材料がカーボンナノチューブ類を含む、請求項１１または１３のいずれか１項に記載
のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１５】
カーボンナノチューブ類が機能性を持っている、請求項１２または１４のいずれか１項に
記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１６】
カーボンナノチューブ類に少なくとも１種類の有機色素で機能性を持たせており；
ここでその少なくとも１種類の有機色素が赤外領域、可視領域、紫外領域およびそれら
の組み合わせからなるグループから選択される電磁スペクトルの領域において吸収する、
請求項１５に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１７】
充填材料が量子ドットを含む、請求項１１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１８】
第２電極層が金、銀、銅、アルミニウムおよびそれらの組み合わせからなるグループから
選択される材料を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバ
イス。
【請求項１９】
電磁放射の吸収がファイバー光起電性デバイスの縦軸に対して１５度〜４０度の入射角で
最大化される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項２０】
電磁放射の吸収が２５度の入射角で最大化される、請求項１９に記載のファイバー光起電
性デバイス。
【請求項２１】
連続的な半導体性の層を構成する少なくとも２種類の半導体性材料が浸漬コーティングの
技法により適用される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバ
イス。
【請求項２２】
複数の請求項１に記載のファイバー光起電性デバイスを含む光起電性コレクターであって
、その複数のファイバー光起電性デバイスが出力回路と電気的に接触している光起電性コ
レクター。
【請求項２３】
ファイバー光起電性デバイスを製造するための方法であって、前記方法が次のことを含む
方法：
光学フィラメントを用意する；
その光学フィラメントを第１電極層でコートする；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に連続的な半導体性の層を堆積させる；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナ
ルに変える；ならびに
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイ
バー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置する；ならびに
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は、第１浸漬コーティング工程および
第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させ、その少なくとも２種類の半導体性材
料は互いに接触している；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に第２電極層を堆積させる；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【請求項２４】
第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を堆積させること
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を堆積させることを含む、請求
項２３〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
第２電極層の上にさらに保護層を堆積させることを含む、請求項２３〜２５のいずれか１
項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  この出願は、２００８年５月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／０５
６，１３５号に対する優先権を主張し、それを本明細書にそのまま援用する。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究に関する記載
[0002]  該当無し
【背景技術】
【０００３】
[0003]  プラスチック（ポリマー）材料は、光子に基づく電子工学における使用のため
の新しい媒体として、少なくともこの２０年間かなりの注目を受けてきた。例えば太陽電
池のような光起電性デバイスは、負荷をまたいで接続して光にさらした際に、光生成電流
（ｐｈｏｔｏ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を生成することにより、電磁放射
を電気に変換する。ポリマーおよびそれらの複合的な派生物は、それらの都合のいい光学
特性のため、その光起電性デバイスにおける使用に関して高い商業的可能性を有している
。第１に、特定のポリマーはほぼ全ての共鳴する光を電荷キャリアの生成を通してエネル
ギーに変換できる。第２に、そのポリマーおよびそれらの複合的な派生物の光学吸収を、
望まれるバンドギャップを与えるように合わせることができる。例えば、今日のケイ素に
基づく光起電性デバイスには１．１ｅＶのバンドギャップが存在する。第３に、ポリマー
の薄いフィルムの作製に関する製造技術において、単純かつ対費用効果の高い生産技法が
十分に確立されている。
【０００４】
[0004]  最初のプラスチック太陽電池は約２０年前に製作されたとは言え、ポリマーに
基づく光起電性デバイスに関する変換効率はまだ無機性の薄いフィルムの光起電性デバイ
スの変換効率には匹敵していない。現在のポリマーに基づく光起電性デバイスは、典型的
には５％よりわずかに大きい変換効率しか示さない。それに対し、結晶質または非結晶ケ
イ素を利用する商業的な光起電性デバイスは一般に、結晶質ケイ素に関して２０％を超え
る、非結晶ケイ素に関して４〜１２％の変換効率を有する。
【０００５】
[0005]  ポリマーに基づく光起電性デバイスが高い効率で機能できなかったいくつかの
理由が存在する。第１の理由は、乏しい電荷キャリアの輸送である。ポリマーおよびポリ
マー複合材料はほぼ全ての共鳴する光を電荷キャリア（電子、正孔または励起子）に変換
することができるが、キャリアの輸送は一般的に乏しい。乏しい電荷キャリア輸送は少な
くとも次の２つの理由のために起こる：１）励起子は再結合される前に非常に短い距離（
典型的には約５０ｎｍ）しか移動しない；および２）ポリマーに基づく光起電性材料は一
般的に乏しいキャリアの移動性および伝導性を示す。乏しい電荷キャリアの輸送の結果と
して、ポリマーに基づく光起電性デバイスは典型的には極めて薄い、典型的には約２５０
ｎｍ未満の半導体性ポリマーフィルムから製作されてきた。その極めて薄い半導体性ポリ
マーフィルムを有することのさらなる結果として、透明性によりそのデバイス上のかなり
の入射光が失われる。ポリマーに基づく光起電性デバイスの別の実質的な欠点は、ポリマ
ーに基づく光起電性材料が酸化的分解を受けやすいという傾向である。従って、ポリマー
に基づく光起電性材料を扱う際には、厳しく制御された組み立て条件および有効なデバイ
ス保護がしばしば必要である。最後に、ポリマーに基づく光起電性デバイスの吸収範囲は
ポリマーまたはポリマー複合材料の化学修飾を通して調節することができるが、あらゆる
所与の有機材料の吸収範囲は本質的に電磁スペクトルの特定の範囲のみに限られている。
従って、電磁スペクトルの一部のみが、所与の光起電性材料を含む光起電性デバイスと相
互作用することが可能である。
【０００６】
[0006]  ポリマーに基づく光起電性デバイスは典型的には伝統的な平らなパネルアレイ
の形状をとっており、それは一般に無機性光起電性材料を含む光起電性デバイスにおいて
用いられる。その平らなパネルのポリマーに基づく光起電性デバイスにおいて、ポリマー
に基づく光起電性材料の狭い吸収範囲を克服するためのアプローチは、その吸収範囲を広
くするために異なるポリマー材料を重ねて層にすることを必要としてきた。しかし、その
層にするアプローチはかなり非効率的であり、ポリマーに基づく光起電性デバイスにおい
てごくわずかな向上しかもたらさない。
【０００７】
[0007]  無機性光起電性材料と比較して、完全に異なる問題がポリマーに基づく光起電
性材料と関係しているため、ポリマーに基づく光起電性デバイスを扱うための新規のアプ
ローチおよび構造は当技術においてかなり有益であろうことは上文から明らかである。以
下で述べる記述において、ポリマーに基づく光起電性デバイスをファイバーとして製造す
るための新規の構造および方法を記述する。これらの新規の構造および方法は、一般に用
いられるポリマーに基づく光起電性デバイスの形状において存在する制限の多くを克服す
る。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]  様々な態様において、ファイバー光起電性デバイスを本明細書で記述する。そ
のファイバー光起電性デバイスは光学フィラメント、光学フィラメントをコートしている
第１電極層、その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層、およびその連続的な
半導体性の層の上に堆積した第２電極層を含む。その第１電極層は電磁放射に対して少な
くとも部分的に透過性である。その連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接
触している。その連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグ
ナルに変える。その連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含み、そ
れらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した
領域中に位置する。その第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している
。
【０００９】
[0009]  様々な態様において、複数のファイバー光起電性デバイスを含む光起電性コレ
クターを記述する。複数のファイバー光起電性デバイスが出力回路と電気的に接触してい
る。
【００１０】
[0010]  他の様々な態様において、ファイバー光起電性デバイスを製造する方法を開示
する。その方法は次の工程を含む：光学フィラメントを用意する；その光学フィラメント
を第１電極層でコートする；その第１電極層の上に連続的な半導体性の層を堆積させる；
およびその連続的な半導体性の層の上に第２電極層を堆積させる。その第１電極層は電磁
放射に対して少なくとも部分的に透過性である。その連続的な半導体性の層はその第１電
極層と電気的に接触している。その連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁
放射を電気的シグナルに変える。その連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体
性材料を含み、それらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸
に沿った分離した領域中に位置する。その少なくとも２種類の半導体性材料は、第１浸漬
コーティング工程および第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させる。第２電極
層は、その連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【００１１】
[0011]  上文は、以下の詳細な記述をよりよく理解することができるように、本開示の
様々な特徴をかなり広く概説した。本開示の追加の特徴および利点を以下で記述し、それ
は特許請求の範囲の主題を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
[0012]  本開示およびその利点のより完全な理解のため、ここで本開示の特定の態様を
記述する添付の図面と関連して受け取られるべき下記の記述を参照し、ここで：
【図１】[0013]  図１は、単一構成要素の半導体性の層を有する説明的なポリマーに基づくファイバー光起電性デバイス（先行技術）の図面を示す；
【図２】[0014]  図２は、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿って多数のポリマーに基づく半導体性構成要素を有する説明的なファイバー光起電性デバイス（先行技術）の図面を示す；
【図３】[0015]  図３Ａ−３Ｃは、変更可能な数の半導体性材料から形成された連続的な半導体性の層を有するいくつかのファイバー光起電性デバイスの態様の説明的な図式的表現を示す；
【図４】[0016]  図４は、ファイバー光起電性デバイスの態様の製作において用いられる説明的な浸漬コーティング技法の図式的表現を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0017]  下記の記述において、本明細書で開示する様々な態様の完全な理解をもたらす
ために、ある程度の詳細、例えば特定の量、濃度、大きさ等を述べる。しかし、当業者に
は、本開示はその特定の詳細無しで実行されてよいことは明らかであろう。多くの場合に
おいて、その考慮すべき事柄および同様のものに関する詳細は、その詳細が本開示の完全
な理解を得るのに必要では無く、関連技術における当業者の技術内である限り省略された
。
【００１４】
[0018]  図面に関して一般に、その説明は本開示の特定の態様を記述するためのもので
あり、それに対する制限を意図するわけでは無いことは理解されるであろう。さらに、図
面は必ずしも一定の縮尺では無い。
【００１５】
[0019]  本明細書において用いられる用語のほとんどは当業者に見覚えがあるであろう
が、明白に定義されていない場合、用語は現在当業者に受け入れられている意味を採用し
ているものと解釈されるべきであることは理解されるべきである。
【００１６】
[0020]  光起電性デバイスにおけるポリマーに基づく材料の欠点を克服するための１つ
のアプローチは、光起電性デバイスを平らなパネルの形状ではなくファイバーの形状で配
置することであった。図１は、単一構成要素の半導体性の層１０４を有する説明的なポリ
マーに基づくファイバー光起電性デバイス１００（先行技術）の図面を示す。半導体性の
層１０４は、第１電極層１０２を通して光学フィラメント１０１と電気的に接触している
。第１電極層１０２は例えば酸化インジウムスズであってよい。ファイバー光起電性デバ
イス１００は伝導性の励起子ブロッキング層１０３も含んでおり、それは有効な半導体性
の層１０４と第１電極層１０２の間のバンド曲がりプロセスを助ける。励起子ブロッキン
グ層１０３は励起子が拡散することができる経路の長さを制限する。励起子ブロッキング
層１０３は例えばポリスチレンスルホネート−カーボンナノチューブ複合材料であってよ
く、それは高度に半導体性である。半導体性の層１０４はさらに第２電極層１０５でコー
トされており、それは例えばアルミニウムであってよい。
【００１７】
[0021]  図１で示したファイバーの形状は、ポリマーに基づく光起電性材料を含む平ら
なパネルのデバイス、特に移動性の乏しい励起子を効率的に除去する必要がある薄いフィ
ルムと関連する問題を越えるいくつかの利点を有する。その問題には、例えば電磁放射に
対する透過性が含まれる。図１で示したファイバーの形状は、生じた励起子を都合よく除
去するが、透過性の増大という犠牲を払うわけでは無い。光は大きなスケールの光学コン
セントレーターにおいて用いられる方式と類似の方式で光学フィラメント１０１の内部に
捕えられ、その結果全ての共鳴する光が励起子の生成および電荷の除去のために利用可能
である。ファイバーの形状は封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）も提供し、それは半導
体性の層１０４を酸化的分解から保護する。図１のファイバーの形状は平らなパネルの光
起電性デバイスの既知の制限に取り組むが、その単一構成要素のデバイスは約５％の限ら
れた変換効率しか示さない。
【００１８】
[0022]  図１で描写されたファイバー光起電性デバイスはポリマーに基づく光起電性デ
バイスの既知の欠点のいくつかに取り組んでいるが、それはポリマーに基づく光起電性材
料の限られた吸収範囲を克服していない。その材料の限られたスペクトル吸収範囲を克服
するための努力は、複数のポリマーに基づく半導体性の層の形成または多数のポリマーに
基づく半導体性構成要素をファイバー光起電性デバイスの別個の領域に含めることのどち
らかを含んできた。図２は、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿って多数のポリマー
に基づく半導体性構成要素（２０４、２０６および２０８）を有する説明的なファイバー
光起電性デバイス２００（先行技術）の図面を示す。内部の反射を促進し、電磁放射のフ
ァイバー光起電性デバイス２００内部からの脱出を最小限にするために、ポリマーに基づ
く半導体性構成要素２０４、２０６および２０８の間で光学フィラメント２０２が金属の
被覆２１０でコートされている。ポリマーに基づく半導体性構成要素２０４、２０６およ
び２０８で覆われていない領域における放射の喪失は結果として効率の低下をもたらす。
【００１９】
[0023]  本開示は、多数のポリマーに基づく半導体を中心の光学フィラメントの周りに
連続的な線状の方式で方向付けることによりポリマーに基づくファイバー光起電性デバイ
スの太陽スペクトルとのより大きなスペクトルの重なりを可能にするタンデム構造を記述
する。その多数のポリマーに基づく半導体は連続的な半導体性の層を形成するが、ポリマ
ーに基づく有機性半導体のいずれかの互いとの混合または重なりは実質的に全く無い。多
数のポリマーに基づく半導体は、電磁放射の吸収に関する独特のプロフィールを有し、最
大化された電荷運搬（ｃｈａｒｇｅ−ｃａｒｒｙｉｎｇ）能力のために太陽光の吸収を最
大化するために太陽スペクトルとの増進された重なりを可能にすることができる。その吸
収プロフィールは場合により、一部の態様において互いとのスペクトルの重なりを含むこ
とができる。そのタンデム構造は好都合なことに、単一の材料で成し遂げられるスペクト
ル吸収範囲よりもスペクトル吸収範囲を広げるための多数のポリマーに基づく半導体の継
ぎ目の無い使用を可能にする。増大した太陽とのスペクトルの重なりにより、現在の〜５
％を上回る変換効率を達成することができる。多数のポリマーに基づく半導体を連続的な
半導体性の層で堆積させることにより、電磁放射のファイバー光起電性デバイスからの脱
出が都合よく最小化される。
【００２０】
[0024]  様々な態様において、ファイバー光起電性デバイスを本明細書で記述する。そ
のファイバー光起電性デバイスは光学フィラメント、その光学フィラメントをコートして
いる第１電極層、その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層、およびその連続
的な半導体性の層の上に堆積した第２電極層を含む。その第１電極層は電磁放射に対して
少なくとも部分的に透過性である。その連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的
に接触している。その連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的
シグナルに変える。さらに、その連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材
料を含み、それらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿
った分離した領域中に位置する。その第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に
接触している。一部の態様において、その第２電極層は連続的である。
【００２１】
[0025]  図３Ａ−３Ｃは、変更可能な数の半導体性材料から形成された連続的な半導体
性の層を有するいくつかのファイバー光起電性デバイスの態様の説明的な図式的表現を示
す。図３Ａ−３Ｃにおいて示されているように、複数のファイバー光起電性デバイスが一
緒に示されている。光起電性デバイスのそのグルーピングは、光起電性コレクターを製造
するために用いることができる。図３Ａ−３Ｃにおいて示されているファイバー光起電性
デバイスは、以下で記述する第２電極層またはあらゆる任意の層の適用の前が描写されて
いる。図３Ａは、２構成要素の連続的な半導体性の層を描写している。図３Ｂは、３構成
要素の連続的な半導体性の層を描写している。図３Ｃは、５構成要素の連続的な半導体性
の層を描写している。当業者は、３Ａ−３Ｃにおいて示されている態様が説明のためのみ
のものであることを意味し、連続的な半導体性の層を形成するあらゆる数の構成要素を、
本開示の精神および範囲内で作動させるために用いてよいことを認識するであろう。さら
に、連続的な半導体性の層を形成する材料は、以下で記述するように、さらなる構成要素
も含んでいてよい。
【００２２】
[0026]  ファイバー光起電性デバイスの様々な態様において、連続的な半導体性の層の
バンドギャップは約１．１ｅＶである。そのバンドギャップはケイ素を利用する現代的な
太陽電池デバイスに存在するバンドギャップに匹敵する。
【００２３】
[0027]  ファイバー光起電性デバイスの様々な態様において、吸収される電磁放射には
、例えば赤外線、可視光、紫外線およびそれらの組み合わせが含まれる。
【００２４】
[0028]  ファイバー光起電性デバイスの様々な態様において、電磁放射の吸収は、ファ
イバー光起電性デバイスの縦軸に対して約１５度〜約４０度の入射角で最大化される。一
部の態様において、電磁放射の吸収は、約２５度の入射角で最大化される。様々な態様に
おいて、ファイバーの前面（ｆａｃｅ）はファイバー光起電性デバイスの縦軸に対して垂
直である。様々な態様において、ファイバーの前面はファイバーの縦軸に対して角度をな
している（すなわち、ファイバーの前面に斜角が付いている）。ファイバーの前面に斜角
が付いている場合、電磁放射の受け取りのためのより大きな表面積が与えられる。
【００２５】
[0029]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、光学フィラメントは例えばガラス、石英およびポリ
マー（プラスチック光ファイバー）のような材料を含んでいてよい。プラスチック光ファ
イバーを作るのに適したポリマーには、例えばポリメチルメタクリレートおよびペルフル
オロシクロブタンを含むポリマーが含まれる。本開示の光学フィラメントは、一部の態様
において約１μｍから約２ｍｍまで、他の態様において約９０μｍから約１ｍｍまで、お
よびさらに他の態様において約２０μｍから約８００μｍまでの範囲の直径を有する。同
様に、本開示の光学フィラメントは、一部の態様において約５００ｎｍから約１００ｍｍ
まで、他の態様において約１μｍから約１ｍｍまで、およびさらに他の態様において約１
０μｍから約１００μｍからまでの範囲の長さを有する。
【００２６】
[0030]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、光学フィラメントはさらに少なくとも１種類のアッ
プコンバーターを含むことができる。本発明で用いられるように、アップコンバーターは
アップコンバーターにより吸収されるエネルギーよりも大きいエネルギーで電磁放射を放
射するように操作可能な材料である。例えば、本開示のアップコンバーターは、赤外線を
吸収して可視光または紫外線を放射することができる。様々な態様において、本開示のア
ップコンバーターは、例えばエルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム
、およびそれらの組み合わせのような少なくとも１種類のランタニド元素を含むことがで
きる。他の様々な態様において、有機化合物であるアップコンバーターを開示する。その
アップコンバートする有機化合物には、例えば、１，８−ナフタルイミド誘導体、４−（
ジメチルアミノ）シンナモニトリル（４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｃｉｎｎａｍ
ｏｎｉｔｒｉｌｅ）（シスおよびトランス）、トランス−４−［４−（ジメチルアミノ）
スチリル］−ｌ−メチルピリジニウム  ヨージド、４−［４−（ジメチルアミノ）スチリ
ル）ピリジン、４−（ジエチルアミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン、トラン
ス−４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］−１−メチルピリジニウム  ｐ−トルエン
スルホネート、２−［エチル［４−（ニトロフェニル）エテニル］フェニルアミノ］エタ
ノール、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇ
ｅ  ２５、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇｅ  ３およびＤｉｓｐｅｒｓｅ  Ｒｅｄ  １が
含まれる。さらに他の様々な態様において、量子ドットであるアップコンバーターを開示
する。量子ドットには、例えばセレン化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛
、硫化鉛、硫化カドミウム、セレン化鉛、セレン化カドミウム、テルルナノロッド類およ
びセレンスフィア類（ｓｅｌｅｎｉｕｍ  ｓｐｈｅｒｅｓ）のような半導体材料が含まれ
る。
【００２７】
[0031]  本開示の一部の態様において、ファイバー光起電性デバイスの他の、または追
加の層は、上記で参照したアップコンバーターのいずれかを含んでいてよい。例えば、第
１電極層または連続的な半導体性の層はアップコンバーターを含んでいてよい。さらに、
以下で記述されるファイバー光起電性デバイスのあらゆる任意の層もアップコンバーター
を含んでいてよい。
【００２８】
[0032]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、光学フィラメントはさらに少なくとも１種類の散乱
剤を含んでいてよい。本開示の態様の本理解に従って、しかし理論または機構に束縛され
るわけでは無く、散乱剤は入射する電磁放射を光学フィラメントの縦軸から外側に分散さ
せ、それにより連続的な半導体性の層による散乱された放射の吸収を促進する。様々な態
様において、散乱剤は金属ナノ粒子である。様々な態様において、金属ナノ粒子は遷移金
属ナノ粒子である。様々な態様において、散乱剤は約２ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の
直径を有する。
【００２９】
[0033]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、第１電極層は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ
）、酸化ガリウムスズ、酸化亜鉛インジウムスズおよびそれらの組み合わせのような導電
性酸化物を含む。様々な態様において、第１電極層はＩＴＯである。他の様々な態様にお
いて、第１電極層は、例えばポリ（アセチレン）類、ポリ（ピロール）類、ポリ（チオフ
ェン）類、ポリ（アニリン）類、ポリ（パラピリジン）類（ｐｏｌｙ（ｐａｒａｐｙｒｉ
ｄｉｎｅ）ｓ）、ポリ（フルオレン）類、ポリ（３−アルキルチオフェン）類、ポリ（テ
トラチアフルバレン）類、ポリ（ナフタレン）類、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）類
、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）類、およびポリ（パラ−ピリジルビニレン）類のよ
うな、導電性ポリマーを含む。様々な態様において、第１電極層はポリアニリンを含む。
様々な態様において、第１電極層はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥ
ＤＯＴ）を含む。様々な態様において、任意の電荷キャリアまたはドーパント（ｎまたは
ｐ型）を導電性ポリマーに添加してそれらの伝導性を増大させることができる。
【００３０】
[0034]  さらに他の様々な態様において、第１電極層は伝導性複合材料を含むことがで
きる。例えば、その伝導性複合材料は、ポリマー相中に分散されてその複合材料を伝導性
にするカーボンナノチューブ類、フラーレン類およびそれらの組み合わせを含むことがで
きる。一部の態様において、その複合材料のポリマー相は非伝導性であり、一方で他の態
様において、そのポリマー相はカーボンナノチューブ類またはフラーレン類を含む前に導
電性である。さらに追加の様々な態様において、第１電極層は金属または金属合金である
ことができる。
【００３１】
[0035]  第１電極層は、一部の態様において約１０ｎｍ〜約１μｍ、他の態様において
約１００ｎｍ〜約９００ｎｍ、およびさらに他の態様において約２００ｎｍ〜約８００ｎ
ｍの厚さを有することができる。
【００３２】
[0036]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、連続的な半導体性の層は少なくとも２種類のポリマ
ーに基づく半導体性材料から形成されている。様々な態様において、その少なくとも２種
類の半導体性材料はポリマーおよび充填材料を含む。一部の態様において、そのポリマー
はｐ型材料であり、その充填材はｎ型材料である。当業者は、ファイバー光起電性デバイ
スの吸収プロフィールをその少なくとも２種類の半導体性材料の吸収プロフィールの知識
に基づいて電磁スペクトルの様々な部分へと調整してよいことを認識するであろう。様々
な態様において、充填材料はファイバー光起電性デバイスの吸収特性を調整するために用
いられる。さらに、充填材料はファイバー光起電性デバイス内部の電子輸送特性にも影響
を与える可能性がある。
【００３３】
[0037]  様々な態様において、その少なくとも２種類のポリマーに基づく半導体性材料
のポリマーは、例えばポリ（アセチレン）類、ポリ（ピロール）類、ポリ（チオフェン）
類、ポリ（アニリン）類、ポリ（パラピリジン）類、ポリ（フルオレン）類、ポリ（３−
アルキルチオフェン）類、ポリ（テトラチアフルバレン）類、ポリ（ナフタレン）類、ポ
リ（ｐ−フェニレンスルフィド）類、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）類、およびポリ
（パラ−ピリジルビニレン）類およびそれらの組み合わせであることができる。一部の態
様において、そのポリマーは、例えばポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポ
リ（３−オクチルチオフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル
ヘキシルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ［２−メトキシ
−５−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］、ナトリウム  
ポリ［２−（３−チエニル）−エトキシ−４−ブチルスルホネート］（ＰＴＥＢＳ）およ
びそれらの組み合わせであることができる。一部の態様において、そのポリマーは例えば
ポリ［（ｍ−フェニレンビニレン）−コ−（２，５−ジオクチルオキシ−ｐ−フェニレン
ビニレン）］（ＰｍＰＶ）のようなコポリマーであることができる。ＰｍＰＶは、その十
分に分散したカーボンナノチューブポリマー複合材料を形成する傾向のため、特に好都合
である。
【００３４】
[0038]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、そのポリマーに基づく半導体性材料の充填材料は、
例えばカーボンナノチューブ類、フラーレン類、量子ドットおよびそれらの組み合わせを
含むことができる。様々な態様において、その充填材料はカーボンナノチューブ類である
。カーボンナノチューブ類のさらなる記述を以下で述べる。様々な態様において、その充
填材料はフラーレン材料である。実例となるフラーレン材料には、例えばＣ６０、Ｃ７０
およびより高次のフラーレン類Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２およびＣ８４が含まれる。例えば
１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）−Ｃ６１（ＰＣＢＭ
−Ｃ６０）および１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）−
Ｃ７１（ＰＣＢＭ−Ｃ７０）のような誘導体化されたフラーレン類を、本開示の様々な態
様において充填材料として用いてよい。本開示の一部の態様において、ＰＣＢＭ−Ｃ７０
は、そのより小さいバンドギャップおよび蛍光を発するより低い傾向に加え、Ｃ６０の光
伝導特性と比較したＣ７０のよりよい光伝導特性のため、特に好都合である。様々な態様
において、その充填材料は量子ドット材料である。その充填材料のための実例となる量子
ドット組成物には、例えば硫化鉛、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化鉛、
セレン化カドミウム、テルルナノロッド類およびセレンスフィア類が含まれる。
【００３５】
[0039]  様々な態様において、その少なくとも２種類の半導体性材料は両方ともナノ複
合材料である。一部の態様において、第１の半導体性材料はＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ  Ｃ７０
ナノ複合材料であり、第２の半導体性材料はカーボンナノチューブ類でドープされたＰｍ
ＰＶのナノ複合材料である。
【００３６】
[0040]  本明細書で記述した様々な態様のいずれにおいても、カーボンナノチューブ類
はあらゆる既知の技法により形成されてよく、例えばすす、粉末、ファイバー、バッキー
ペーパーおよびそれらの混合物のような様々な形で得ることができる。カーボンナノチュ
ーブ類は、様々な製造法のいずれかにより製造されたあらゆる長さ、直径、またはキラリ
ティーであってよい。一部の態様において、カーボンナノチューブ類は約０．１ｎｍ〜約
１００ｎｍの範囲の直径を有する。一部の態様において、カーボンナノチューブ類は約１
００ｎｍ〜約１μｍの範囲の長さを有する。一部の態様において、カーボンナノチューブ
類のキラリティーは、そのカーボンナノチューブ類が金属性、半金属性、半導体性または
それらの組み合わせであるようなものである。カーボンナノチューブ類には、単層カーボ
ンナノチューブ類（ＳＷＮＴｓ）、二層カーボンナノチューブ類（ＤＷＮＴｓ）、多層カ
ーボンナノチューブ類（ＭＷＮＴｓ）、短くしたカーボンナノチューブ類、酸化されたカ
ーボンナノチューブ類、機能性を持たせたカーボンナノチューブ類、精製したカーボンナ
ノチューブ類、およびそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。当業者
は、特定のタイプのカーボンナノチューブを用いる本明細書で記述した態様の多くが他の
タイプのカーボンナノチューブ類を用いる開示の精神および範囲内で実行されてよいこと
を認識するであろう。
【００３７】
[0041]  本明細書で提示した様々な態様のいずれにおいても、そのカーボンナノチュー
ブ類は機能性を持たせていない、または機能性を持たせたものであってよい。本明細書で
用いられる機能性を持たせたカーボンナノチューブ類は、化学的修飾、物理的修飾または
それらの組み合わせを有するカーボンナノチューブのタイプのいずれかを指す。その修飾
はナノチューブの末端、側壁、または両方を含むことができる。実例となるカーボンナノ
チューブ類の化学的修飾には、例えば共有結合およびイオン結合が含まれる。実例となる
物理的修飾には、例えば化学吸着、インターカレーション、界面活性剤相互作用、ポリマ
ーラッピング、溶媒和、およびそれらの組み合わせが含まれる。機能性を持たせていない
カーボンナノチューブ類は典型的には凝集物として単離され、それはロープまたは束と呼
ばれ、それらはファンデルワールス力によりまとまっている。カーボンナノチューブの凝
集物は容易には分散または可溶化しない。化学的修飾、物理的修飾または両方は、カーボ
ンナノチューブ間のファンデルワールス力の崩壊を通して個別化されたカーボンナノチュ
ーブ類を与えることができる。ファンデルワールス力を崩壊させる結果として、個別化さ
れたカーボンナノチューブ類は分散される、または可溶化される可能性がある。
【００３８】
[0042]  様々な態様において、機能性を持たせたカーボンナノチューブ類は、電磁スペ
クトルの赤外、可視または紫外領域またはそれらの組み合わせにおいて吸収する有機色素
を用いて機能性を持たせられている。その機能性を持たせたカーボンナノチューブ類は、
非導電性色素媒体から導電性であるカーボンナノチューブ類への電荷の移動を都合よく提
供する。従って、電磁放射の増進された吸収および電気への変換を、ファイバー光起電性
デバイスにおいて色素で機能性を持たせたカーボンナノチューブ類を用いて実現すること
ができる。
【００３９】
[0043]  機能性を持たせていないカーボンナノチューブ類は、様々な製造法のいずれか
から製造されたまま用いられてよく、またはそれらはさらに精製されてよい。カーボンナ
ノチューブ類の精製は典型的には例えばカーボンナノチューブ類からの金属性不純物の除
去、非ナノチューブの炭素性不純物の除去、または両方を指す。実例となるカーボンナノ
チューブ精製法には、例えば酸化性の酸を用いる酸化、空気中での加熱による酸化、濾過
およびクロマトグラフィーによる分離が含まれる。酸化的精製法は非ナノチューブの炭素
性不純物を二酸化炭素の形で除去する。酸化性の酸を用いるカーボンナノチューブ類の酸
化的精製はさらに、結果として酸化された機能性を持たせたカーボンナノチューブ類の形
成をもたらし、ここでそのカーボンナノチューブ構造の閉じた末端は酸化的に開き、複数
のカルボン酸基で終結している。カーボンナノチューブ類の酸化的精製を行うための実例
となる酸化性の酸には、例えば硝酸、硫酸、発煙硫酸およびそれらの組み合わせが含まれ
る。酸化性の酸を用いる酸化的精製法はさらに結果として溶液相中の金属性不純物の除去
をもたらす。酸化性の酸を用いる酸化的精製を行う時間の長さに依存して、酸化された機
能性を持たせたカーボンナノチューブ類のさらなる反応が、カーボンナノチューブ類が短
くなる結果をもたらし、それもそれらの開いた末端において複数のカルボン酸基により終
結している。酸化された機能性を持たせたカーボンナノチューブ類および短くなったカー
ボンナノチューブ類の両方におけるカルボン酸基は、さらに反応して他のタイプの機能性
を持たせたカーボンナノチューブ類を形成してよい。例えば、カルボン酸基を有機色素分
子と反応させることができる。
【００４０】
[0044]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、第２電極層は金属または金属合金から形成されてい
る。様々な態様において、第２電極層は例えば金、銀、銅、アルミニウムおよびそれらの
組み合わせのような材料から形成されている。一部の態様において、第２電極層はアルミ
ニウムである。第２電極層は、一部の態様において約１０ｎｍから約１０μｍまで、他の
態様において約１００ｎｍから約１μｍまで、およびさらに他の態様において約２００ｎ
ｍから約８００ｎｍまでの範囲の厚さを有する。
【００４１】
[0045]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、ファイバー光起電性デバイスはさらに連続的な半導
体性の層と第２電極層の間にＬｉＦ層を含む。一部の態様において、そのＬｉＦ層の厚さ
は約５オングストローム〜約１０オングストロームである。一部の態様において、そのＬ
ｉＦ層は約オングストローム未満の厚さである。ＬｉＦはファイバー光起電性デバイスに
おける光起電性エネルギー変換の効率を増進させる。一部の態様において、そのＬｉＦ層
は少なくとも部分的に酸化されて、混合されたＬｉＦおよびＬｉ２Ｏの層を形成している
。一部の態様において、そのＬｉＦ層は完全に酸化されてＬｉ２Ｏとなっている。
【００４２】
[0046]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、そのファイバー光起電性デバイスはさらに第１電極
層と連続的な半導体性の層の間に励起子ブロッキング層を含む。様々な態様において、そ
の励起子ブロッキング層はカーボンナノチューブ−ポリマー複合材料である。一部の態様
において、その励起子ブロッキング層は半導体性である。様々な態様において、その励起
子ブロッキング層は第１電極層と連続的な半導体性の層の間のバンド曲がりプロセスを助
ける。様々な態様において、その励起子ブロッキング層は励起子が拡散することができる
経路の長さを制限する。様々な態様において、その励起子ブロッキング層はさらに第１電
極層中のピンホールギャップまたは短絡の欠陥を埋める働きをする可能性がある。
【００４３】
[0047]  様々な態様において、その励起子ブロッキング層はポリスチレンスルホネート
／カーボンナノチューブポリマー複合材料（ＰＳＳ／ナノチューブ複合材料）から形成さ
れている。そのＰＳＳ／ナノチューブ複合材料において、スチレンモノマーがジチオカル
ボキシルエステルで機能性を持たせたカーボンナノチューブに付着し、次いでその付加さ
れたスチレンが重合してＰＳＳ／ナノチューブ複合材料を形成する。その態様において、
カーボンナノチューブ類はポリマー母材に化学的に結合している。一部の態様において、
ＰＳＳ／ナノチューブ複合材料のカーボンナノチューブ類はＭＷＮＴ類である。一部の態
様において、ＰＳＳ／ナノチューブ複合材料のカーボンナノチューブ類はＳＷＮＴ類であ
る。
【００４４】
[0048]  他の様々な態様において、その励起子ブロッキング層は３，４−ポリエチレン
ジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホネートコポリマーまたはポリ（ビニリデンクロ
リド）ポリマーもしくはコポリマー中に分散された炭素ナノ粒子を有する複合材料から形
成されている。様々な態様において、その炭素ナノ粒子は、例えばＳＷＮＴ類、ＭＷＮＴ
類、フラーレン類およびそれらの組み合わせである。
【００４５】
[0049]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスおよびその製造のための方
法の様々な態様のいずれにおいても、そのファイバー光起電性デバイスはさらに第２電極
層をコートする保護層を含む。一部の態様において、その保護層はポリマー性材料である
。一部の態様において、その保護層は複合材料である。その保護層はそのファイバー光起
電性デバイスに増大した耐久性を提供し、そのファイバー光起電性デバイスの構成要素の
酸化的分解を抑制する。
【００４６】
[0050]  本明細書で記述されるファイバー光起電性デバイスの様々な層のいずれも、既
知の堆積技法により堆積させてよい。例えば、その層は例えばスパッタリング、浸漬コー
ティング、スピンコーティング、気相蒸着、真空熱アニーリング、およびそれらの組み合
わせのような技法を通して堆積させてよい。ファイバー光起電性デバイスの様々な態様に
おいて、その連続的な半導体性の層の少なくとも２種類の半導体性材料は浸漬コーティン
グの技法により適用される。様々な態様において、その浸漬コーティングの技法は段階的
な方式でその連続的な半導体性の層を形成するための順次的な工程を含むことができる。
【００４７】
[0051]  本開示の他の様々な態様において、光起電性コレクターを記述する。その光起
電性コレクターは出力回路と電気的に接触している複数のファイバー光起電性デバイスを
含む。その複数のファイバー光起電性デバイスのそれぞれは光学フィラメント、その光学
フィラメントをコートしている第１電極、その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体
性の層、およびその連続的な半導体性の層の上に堆積した第２電極層を含む。その第１電
極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である。その連続的な半導体性の層は
その第１電極層と電気的に接触している。その連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し
、その電磁放射を電気的シグナルに変える。さらに、その連続的な半導体性の層は少なく
とも２種類の半導体性材料を含み、それらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起
電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置する。その第２電極層はその連続的な
半導体性の層と電気的に接触している。一部の態様において、その第２電極層は連続的で
ある。
【００４８】
[0052]  光起電性コレクターの様々な態様において、その複数のファイバー光起電性デ
バイスは少なくとも約１，０００本のファイバー光起電性デバイスを含む。光起電性コレ
クターの他の様々な態様において、その複数のファイバー光起電性デバイスは少なくとも
約１０，０００本のファイバー光起電性デバイスを含む。一部の態様において、その出力
回路はバッテリーを含む。一部の態様において、その出力回路は電気配線を含む。
【００４９】
[0053]  本開示のさらに他の様々な態様において、ファイバー光起電性デバイスを製造
するための方法を開示する。その方法は次の工程を含む：光学フィラメントを用意し、そ
の光学フィラメントを第１電極層でコートし、その第１電極層の上に連続的な半導体性の
層を堆積させ、その連続的な半導体性の層の上に第２電極層を堆積させる。その第１電極
層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である。その連続的な半導体性の層はそ
の第１電極層と電気的に接触している。その連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、
その電磁放射を電気的シグナルに変える。その連続的な半導体性の層は少なくとも２種類
の半導体性材料を含み、それらは実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイ
スの縦軸に沿った分離した領域中に位置する。その少なくとも２種類の半導体性材料は、
第１浸漬コーティング工程および第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させる。
その第２電極層は、その連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【００５０】
[0054]  様々な態様において、その方法はさらに第１電極層と連続的な半導体性の層の
間に励起子ブロッキング層を堆積させることを含む。様々な態様において、その方法はさ
らに連続的な半導体性の層と第２電極層の間にＬｉＦ層を堆積させることを含む。様々な
態様において、その方法はさらに第２電極層の上に保護層を堆積させることを含む。様々
な任意の層に関するさらなる開示は上記で述べられている。
【実施例】
【００５１】
[0055]  下記の実験的な実施例は、本開示の特定の観点を示すために含められている。
下記の実施例において記述されている方法は単に本開示の代表的な態様を表しているにす
ぎないことを当業者は理解するべきである。当業者は、本開示を考慮して、本開示の精神
および範囲から逸脱すること無く記述された特定の態様において多くの変更をすることが
でき、なお同様な、または類似の結果が得られることを理解するべきである。
【００５２】
[0056]  スペクトルの特性付け：ファイバー光起電性デバイスおよびナノ複合材料の特
性付けを、下記のように行った：マクロスケールでの最初の分析を、紫外−可視吸収、蛍
光および光ルミネセンス分光法を用いて実行した。これらの技法は、そのナノ複合材料の
バルク特性に関する詳細な情報を、それらの電子的応答の点から与える。蛍光および光ル
ミネセンスの技法は、再結合の前の励起レベルにおいて生じた一重項および三重項状態の
間の識別をするのを可能にする。カーボンナノチューブを含むナノ複合材料に関して、ラ
マン分光法も、この技法はカーボンナノチューブの特性付けに関して十分に確立されてい
るので、利用された。また、ラマンスペクトル法は、個々のナノチューブの分析を行うた
めにＳＴＭを用いなければならないことを回避する。
【００５３】
[0057]  キャリア輸送の特性付け：まず２点プローブサンドイッチの技法を用いて電気
的な特性付けを実行した。この方法を用いて、半導体を２個の高仕事関数の金属の電極の
間にサンドイッチしてＡＣおよびＤＣの伝導特性を測定する。生じた電荷キャリアのディ
メンショナリティ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｔｙ）を、低温測定を用いて抵抗の傾きを
温度の関数として測定することで決定することができる。高い電圧においてナノ複合材料
中に生じる空間電荷制限電流を、電流の傾きを温度の関数として調べることにより決定す
ることができる。この特徴はバルク電荷キャリア全体の移動性を表している。
【００５４】
[0058]  ファン・デル・ポー（Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ）法を用いて電気的特性付け
も実行した。ファン・デル・ポーの技法は、シート抵抗および理想的なクローバーリーフ
幾何学でポリマー／カーボンナノチューブ複合材料中に存在する電荷キャリア密度を決定
するために用いられる。ファン・デル・ポー法において抵抗率およびホールの測定を組み
合わせることで、ｐおよびｎ型電荷キャリアの移動性およびシート密度の両方の決定が可
能となる。
【００５５】
[0059]  電気的特性付けは、タイムオブフライト法も用いて実行した。この方法は、例
えばＰＣＢＭ−Ｃ６０およびＰＣＢＭ−Ｃ７０を含むフラーレンに基づく半導体において
生じるキャリアのような移動性の乏しいキャリアを評価するのに特に有用である。その場
合では、電荷キャリアはあるホッピング位置から次に移動する前に高度に局在している。
従って、ホールの移動性の測定はこれらの場合では十分に高感度ではない可能性がある。
タイムオブフライト測定は、そのホッピング輸送の機構がトンネル効果またはフォノンに
助けられるプロセスにより引き起されるのかどうかに関する情報を与える。電極の極性を
切り替え、電子または正孔の移動性を測定することにより、キャリアの特異性も測定する
ことができる。
【００５６】
[0060]  実施例１：単一構成要素の連続的な半導体性の層を有するファイバー光起電性
デバイスの製作。Ｐ３ＨＴを半導体性の層として有するファイバー光起電性デバイス（電
池）を製作し、光学吸収の測定をその電池において行った。そのデバイスを、４００μｍ
のコア径を有する光学フィラメントの周りに作った。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をそ
の光学フィラメントの上に堆積させた。次いでＰ３ＨＴの層をそのＩＴＯ層の上にコート
した。最後に、ＡｌをそのＰ３ＨＴポリマー表面の上に、ポリマー表面全体がコートされ
るまでコートした。その電池を白色光源を用いて照射し、ここでその光はそのファイバー
の中に様々な角度で伝わり、ファイバーの末端において伝わった光を微小部品（ｍｉｃｒ
ｏｐａｒｔｓ）吸収分光計を用いて捕えた。次いでスペクトル吸収を、電池上の光の入力
の入射角の関数として決定した。その電池の吸収の最大はおよそ５００ｎｍ〜５２５ｎｍ
で起こり、それは以前のＰ３ＨＴについての測定と一致している。最大スペクトル吸収は
ファイバーの前面に対して約２０度の入射角で起こった。
【００５７】
[0061]  実施例２：２構成要素の連続的な半導体性の層を有するファイバー光起電性デ
バイスの製作。２００μｍの直径を有する光学フィラメントをＩＴＯのフィルムでコート
し、表面の伝導性が１０ΩＳｑとなった。その後ＩＴＯをアニールして透過性を維持する
一方でフィルムの形態を向上させた。ポリスチレンスルホネート／カーボンナノチューブ
複合材料から形成された励起子ブロッキング層を、そのＩＴＯ層の上に１００ｎｍの厚さ
までコートした。
【００５８】
[0062]  次いで連続的な半導体性の層を浸漬コーティングの技法により適用した。図４
はファイバー光起電性デバイスの態様の製作において用いられる説明的な浸漬コーティン
グ技法の図式的表現を示す。図４において示されているように、ファイバー前駆体４０１
（ＩＴＯ層および励起子ブロッキング層でコートされた光ファイバー）を第１液体媒体４
０２中に浸漬して半導体性の層の第１部分４０６を堆積させた。示した限定的で無い態様
において、半導体性の層の第１部分４０６をファイバー光起電性デバイスの励起子ブロッ
キング層の上に、ファイバー前駆体４０１の一部をＰ３ＨＴ／ＰＣＢＭ−Ｃ７０ナノ複合
材料を含む第１液体媒体４０２中で浸漬コーティングすることにより堆積させた。浸漬の
後、部分的にコートされたファイバー４０３を第１液体媒体４０２から引き出し、ＲＦコ
イルで約１５０℃で熱処理して複合材料を硬化した。２構成要素の連続的な半導体性の層
を形成するため、その部分的にコートされたファイバー４０３を回転させ、その反対側の
末端をＰｍＰＶ−カーボンナノチューブ半導体複合材料を含む第２液体媒体４０４中に浸
漬し、半導体性の層の第１部分４０６と実質的に連続的に接触している半導体性の層の第
２部分４０７を有するコートされたファイバー４０５を形成した。上記のように熱処理を
実行してその第２複合材料構成要素を硬化した。
【００５９】
[0063]  ２構成要素の連続的な半導体性の層のコーティングが完了した後、コートされ
たファイバー４０５をＬｉＦで０．５ｎｍの厚さまでコートした。最後に、そのＬｉＦ層
の上にアルミニウムの外側の電極を適用した。有機性樹脂の任意の層を、その電極を酸化
的な損傷から保護するためにその外側の電極の上に適用することができる。
【００６０】
[0064]  上記の記述から、当業者はこの開示の本質的な特徴を容易に確かめることがで
き、その精神および範囲から逸脱すること無く、その開示を様々な用途および条件に適応
させるために様々な変更および修正をすることができる。上記で記述された態様は単に説
明的なものであることを意図しており、下記の特許請求の範囲において定義される本開示
の範囲を限定するものとして受け取られるべきでは無い。
本発明は以下の態様を含む。
［１］  ファイバー光起電性デバイスであって、前記ファイバー光起電性デバイスが次
のものを含む、ファイバー光起電性デバイス：
光学フィラメント；
その光学フィラメントをコートしている第１電極層；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナ
ルに変える；および
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイ
バー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置する；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に堆積した第２電極層；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
［２］  連続的な半導体性の層のバンドギャップが約１．１ｅＶである、［１］に記載
のファイバー光起電性デバイス。
［３］  第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を含む
、［１］〜［２］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［４］  励起子ブロッキング層がカーボンナノチューブ−ポリマー複合材料を含む、［
３］に記載のファイバー光起電性デバイス。
［５］  連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を含む、［１］〜［
４］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［６］  さらに第２電極層をコートする保護層を含む、［１］〜［５］のいずれか１項
に記載のファイバー光起電性デバイス。
［７］  光学フィラメントがガラス、石英およびポリマーからなるグループから選択さ
れる材料を含む、［１］〜［６］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［８］  第１電極層が酸化インジウムスズ、酸化ガリウムスズ、酸化亜鉛インジウムス
ズおよびそれらの組み合わせからなるグループから選択される導電性酸化物を含む、［１
］〜［７］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［９］  電磁放射が可視光、赤外線、紫外線およびそれらの組み合わせからなるグルー
プから選択される、［１］〜［８］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス
。
［１０］  少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーに基づく半導体を含む、［１］
〜［９］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１１］  少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーおよび充填材料を含むナノ複合
材料を含む、［１］〜［１０］のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１２］  第１の半導体性材料がＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ  Ｃ７０ナノ複合材料を含み、第
２半導体性材料がカーボンナノチューブ類でドープされたＰｍＰＶを含むナノ複合材料を
含む、［１１］に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１３］  ポリマーがポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェ
ン）、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ−ｐ−フェニレンビニレ
ン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）−ｐ−フェニレ
ンビニレン］、ナトリウム  ポリ［２−（３−チエニル）−エトキシ−４−ブチルスルホ
ネート］およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、［１１］に記載の
ファイバー光起電性デバイス。
［１４］  充填材料がカーボンナノチューブ類を含む、［１１］または［１３］のいず
れか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１５］  カーボンナノチューブ類が機能性を持っている、［１２］または［１４］の
いずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１６］  カーボンナノチューブ類に少なくとも１種類の有機色素で機能性を持たせて
おり；
ここでその少なくとも１種類の有機色素が赤外領域、可視領域、紫外領域およびそれら
の組み合わせからなるグループから選択される電磁スペクトルの領域において吸収する、
［１５］に記載のファイバー光起電性デバイス。
［１７］  充填材料が量子ドットを含む、［１１］に記載のファイバー光起電性デバイ
ス。
［１８］  第２電極層が金、銀、銅、アルミニウムおよびそれらの組み合わせからなる
グループから選択される材料を含む、［１］〜［１７］のいずれか１項に記載のファイバ
ー光起電性デバイス。
［１９］  電磁放射の吸収がファイバー光起電性デバイスの縦軸に対して約１５度〜約
４０度の入射角で最大化される、［１］〜［１８］のいずれか１項に記載のファイバー光
起電性デバイス。
［２０］  電磁放射の吸収が約２５度の入射角で最大化される、［１９］に記載のファ
イバー光起電性デバイス。
［２１］  連続的な半導体性の層を構成する少なくとも２種類の半導体性材料が浸漬コ
ーティングの技法により適用される、［１］〜［２０］のいずれか１項に記載のファイバ
ー光起電性デバイス。
［２２］  複数の［１］に記載のファイバー光起電性デバイスを含む光起電性コレクタ
ーであって、その複数のファイバー光起電性デバイスが出力回路と電気的に接触している
光起電性コレクター。
［２３］  ファイバー光起電性デバイスを製造するための方法であって、前記方法が次
のことを含む方法：
光学フィラメントを用意する；
その光学フィラメントを第１電極層でコートする；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に連続的な半導体性の層を堆積させる；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナ
ルに変える；ならびに
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイ
バー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置する；ならびに
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は、第１浸漬コーティング工程および
第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させる；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に第２電極層を堆積させる；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
［２４］  第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を堆
積させることを含む、［２３］に記載の方法。
［２５］  連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を堆積させること
を含む、［２３］〜［２４］のいずれか１項に記載の方法。
［２６］  第２電極層の上にさらに保護層を堆積させることを含む、［２３］〜［２５
］のいずれか１項に記載の方法。
【符号の説明】
【００６１】
１００  ファイバー光起電性デバイス
１０１  光学フィラメント
１０２  第１電極層
１０３  励起子ブロッキング層
１０４  半導体性の層
１０５  第２電極層
２００  ファイバー光起電性デバイス
２０２  光学フィラメント
２０４  半導体性構成要素
２０６  半導体性構成要素
２０８  半導体性構成要素
２１０  被覆
４０１  ファイバー前駆体
４０２  第１液体媒体
４０３  部分的にコートされたファイバー
４０４  第２液体媒体
４０５  コートされたファイバー
４０６  半導体性の層の第１部分
４０７  半導体性の層の第２部分
【図１】
2014209649.tif 000003
【図２】
2014209649.tif 000004
【図３】
2014209649.tif 000005
【図４】
2014209649.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月24日(2014.6.24)
【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】
ファイバー光起電性デバイスであって、前記ファイバー光起電性デバイスが次のものを含む、ファイバー光起電性デバイス：
光学フィラメント；
その光学フィラメントをコートしている第１電極層；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に堆積した連続的な半導体性の層；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナルに変える；および
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置し、
その少なくとも２種類の半導体性材料は第１浸漬コーティング工程および第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させ、
その少なくとも２種類の半導体性材料は互いに接触して、該ファイバーの縦軸に沿った接合部を形成する；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に堆積した第２電極層；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【請求項２】
連続的な半導体性の層の少なくとも２種類の半導体性材料の内の一つのバンドギャップが１．１ｅＶである、請求項１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項３】
第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を含む、請求項１〜２のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項４】
励起子ブロッキング層がカーボンナノチューブ−ポリマー複合材料を含む、請求項３に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項５】
連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項６】
さらに第２電極層をコートする保護層を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項７】
光学フィラメントがガラス、石英およびポリマーからなるグループから選択される材料を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項８】
第１電極層が酸化インジウムスズ、酸化ガリウムスズ、酸化亜鉛インジウムスズおよびそれらの組み合わせからなるグループから選択される導電性酸化物を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項９】
電磁放射が可視光、赤外線、紫外線およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１０】
少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーに基づく半導体を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１１】
少なくとも２種類の半導体性材料がポリマーおよび充填材料を含むナノ複合材料を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１２】
第１の半導体性材料がＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ  Ｃ７０ナノ複合材料を含み、第２半導体性材料がカーボンナノチューブ類でドープされたＰｍＰＶを含むナノ複合材料を含む、請求項１１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１３】
ポリマーがポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］、ナトリウム  ポリ［２−（３−チエニル）−エトキシ−４−ブチルスルホネート］およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項１１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１４】
充填材料がカーボンナノチューブ類を含む、請求項１１または１３のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１５】
カーボンナノチューブ類が機能性を持っている、請求項１２または１４のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１６】
カーボンナノチューブ類に少なくとも１種類の有機色素で機能性を持たせており；
ここでその少なくとも１種類の有機色素が赤外領域、可視領域、紫外領域およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される電磁スペクトルの領域において吸収する、請求項１５に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１７】
充填材料が量子ドットを含む、請求項１１に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１８】
第２電極層が金、銀、銅、アルミニウムおよびそれらの組み合わせからなるグループから選択される材料を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項１９】
電磁放射の吸収がファイバー光起電性デバイスの縦軸に対して１５度〜４０度の入射角で最大化される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項２０】
電磁放射の吸収が２５度の入射角で最大化される、請求項１９に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項２１】
連続的な半導体性の層を構成する少なくとも２種類の半導体性材料が浸漬コーティングの技法により適用される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のファイバー光起電性デバイス。
【請求項２２】
複数の請求項１に記載のファイバー光起電性デバイスを含む光起電性コレクターであって、その複数のファイバー光起電性デバイスが出力回路と電気的に接触している光起電性コレクター。
【請求項２３】
ファイバー光起電性デバイスを製造するための方法であって、前記方法が次のことを含む方法：
光学フィラメントを用意する；
その光学フィラメントを第１電極層でコートする；
ここでその第１電極層は電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である；
その第１電極層の上に連続的な半導体性の層を堆積させる；
ここでその連続的な半導体性の層はその第１電極層と電気的に接触している；
ここでその連続的な半導体性の層は電磁放射を吸収し、その電磁放射を電気的シグナルに変える；ならびに
ここでその連続的な半導体性の層は少なくとも２種類の半導体性材料を含む；
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は実質的に混合されておらず、ファイバー光起電性デバイスの縦軸に沿った分離した領域中に位置する；ならびに
ここでその少なくとも２種類の半導体性材料は、第１浸漬コーティング工程および第２浸漬コーティング工程において別々に堆積させ、その少なくとも２種類の半導体性材料は互いに接触している；ならびに
その連続的な半導体性の層の上に第２電極層を堆積させる；
ここでその第２電極層はその連続的な半導体性の層と電気的に接触している。
【請求項２４】
第１電極層と連続的な半導体性の層の間にさらに励起子ブロッキング層を堆積させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
連続的な半導体性の層と第２電極層の間にさらにＬｉＦ層を堆積させることを含む、請求項２３〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
第２電極層の上にさらに保護層を堆積させることを含む、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の方法。