(57)【要約】  一実施形態において、光電池装置の製造の方法は、少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および拡散障壁層上の少なくとも一つの導電性電極層からなる担体の提供を備える。拡散障壁層は、アルミ箔担体と電極層との間の化学的な相互作用を防止することもできる。吸収層は、担体上に形成されてもよい。一実施形態において、吸収層は非シリコン吸収層であってもよい。別の実施形態において、吸収層は（ドープした、またはドープしていない）非晶質シリコン吸収層であってもよい。任意で、吸収層は有機材料および無機材料、もしくは有機材料または無機材料にもとづいてもよい。
2009505430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体の基材を提供する工程と、
前記担体上に吸収層を形成する工程と
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および前記拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性電極層を備える担体を提供する工程であって、前記拡散障壁層が前記アルミ箔担体および前記電極層の間の化学的な相互作用を防止する担体を提供する工程と、
前記担体上に吸収層を形成する工程と
を含む方法。
【請求項３】
前記吸収層は、非シリコン吸収層を備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記吸収層は、非晶質シリコン吸収層を備える請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記吸収層は、チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕ２ＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、半導体材料、または上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の無機材料を含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記吸収層は、共役高分子、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体、２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶、有機顔料または染料、ルテニウムベースの染料、イオダイド／トリイオダイド液体電解質、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１−イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、Ｎタイプはしご型ポリマー、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の有機材料を含む請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記吸収層は、オリゴマー材料、微結晶シリコン、有機マトリックス中に分散された無機ナノロッド、有機マトリックス中に分散された無機テトラポッド、量子ドット材料、イオン性導電性ポリマーゲル、イオン液体を含むゾルゲルナノ複合材料、イオン導電体、低分子量有機正孔導電体、Ｃ６０および／またはその他の低分子、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記吸収層は、（ドープされた、またはドープされていない）孔が有機物により満たされた無機多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、微結晶シリコン太陽電池構造、または上記の組み合わせのうちの一つを含む請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記形成工程は、最初に新生吸収層を形成する工程を含む請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
緻密なフィルムを形成するため前記新生吸収層を反応させる工程をさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
緻密なフィルムを形成するため前記新生吸収層を加熱する工程をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記拡散障壁層は、加熱時における前記箔担体中のアルミニウムおよび前記電極層中の金属の相互拡散を妨げる請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記担体と結合した第二の拡散障壁層をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電極層は、モリブデンを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記電極層は、銅、銀、アルミニウム、およびニオブを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
箔担体と、
前記箔担体上に吸収層と
を備える光電池装置。
【請求項１９】
少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および前記拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性電極層を備え、前記拡散障壁層が前記アルミ箔担体および前記電極層の間の化学的な相互作用を防止する担体と、
前記担体上に吸収層と
を備える光電池装置。
【請求項２０】
前記吸収層は、非シリコン吸収層を備える請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記吸収層は、非晶質シリコン吸収層を備える請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記吸収層は、チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、半導体材料、または上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の無機材料を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記吸収層は、共役高分子、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体、２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶、有機顔料または染料、ルテニウムベースの染料、イオダイド／トリイオダイド液体電解質、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１-イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、Ｎタイプはしご型ポリマー、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の有機材料を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記吸収層は、オリゴマー材料、微結晶シリコン、有機マトリックス中に分散された無機ナノロッド、有機マトリックス中に分散された無機テトラポッド、量子ドット材料、イオン性導電性ポリマーゲル、イオン液体を含むゾルゲルナノ複合材料、イオン導電体、低分子有機正孔導電体、Ｃ６０および／またはその他の低分子、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
前記吸収層は、（ドープされた、またはドープされていない）孔が有機物により満たされた多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、微結晶シリコン太陽電池構造、または上記の組み合わせのうちの一つを含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
前記担体と結合した第二の拡散障壁層をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二の拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の装置を含む光電池装置モジュールであって、
絶縁層および導電性バックプレーンであって、前記絶縁層が前記担体および前記バックプレーンの間に挟まれる絶縁層および導電性バックプレーンと、
前記吸収層が前記担体および前記透明導電膜の間にあるように配置される透明導電膜と、
前記透明導電膜および前記バックプレーンの間における一つ以上の電気接点であって、前記電気接点が前記透明導電膜、前記吸収層、前記担体、および前記絶縁層を通じて形成され、前記電気接点が前記吸収層、前記担体、および前記絶縁層から絶縁されている電気接点と
をさらに備える光電池装置モジュール。
【請求項３０】
光電池装置の吸収層を形成する方法であって、
少なくとも一つの導電性の金属化ポリマー箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および前記拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性背面電極層を備える担体を提供する工程であって、前記拡散障壁層が前記金属化ポリマー箔担体および上前記背面電極層の間の化学的な相互作用を防止する工程と、
前記担体上に吸収層を形成する工程と
を含む方法。
【請求項３１】
前記吸収層は、非シリコン吸収層を備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記吸収層は、非晶質シリコン吸収層を備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記吸収層は、チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、半導体材料、または上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の無機材料を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記吸収層は、共役高分子、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体、２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶、有機顔料または染料、ルテニウムベースの染料、イオダイド／トリイオダイド液体電解質、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１−イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、Ｎタイプはしご型ポリマー、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の有機材料を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記吸収層は、オリゴマー材料、微結晶シリコン、有機マトリックス中に分散された無機ナノロッド、有機マトリックス中に分散された無機テトラポッド、量子ドット材料、イオン性導電性ポリマーゲル、イオン液体を含むゾルゲルナノ複合材料、イオン導電体、低分子有機正孔導電体、Ｃ６０および／またはその他の低分子、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記吸収層は、（ドープされた、またはドープされていない）孔が有機物により満たされた多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、微結晶シリコン太陽電池構造、または上記の組み合わせのうちの一つを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記箔担体は、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、および／または前記の組み合わせよりなる群から選択されたポリマーである請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記ポリマー箔担体の金属化に用いられる金属は、アルミニウム、または一つ以上の金属を含むアルミニウム合金である請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記形成工程は、最初に新生吸収層を形成する工程を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
緻密なフィルムを形成するため前記新生吸収層を反応させる工程をさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記担体に結合した第二の拡散障壁層をさらに含む請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
前記第二の拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせのうちの一つ以上を含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および前記拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性背面電極層を備える担体であって、前記拡散障壁層が前記アルミ箔担体および前記電極層の間の化学的な相互作用を防止する担体と、
前記担体上に吸収層と
を備える光電池装置。
【請求項４５】
前記吸収層は、非シリコン吸収層を備える請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記吸収層は、非晶質シリコン吸収層を備える請求項４４に記載の装置。
【請求項４７】
前記吸収層は、チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、半導体材料、または上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の無機材料を含む請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
前記吸収層は、共役高分子、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体、２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶、有機顔料または染料、ルテニウムベースの染料、イオダイド／トリイオダイド液体電解質、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１−イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、Ｎタイプはしご型ポリマー、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の有機材料を含む請求項４４に記載の装置。
【請求項４９】
前記吸収層は、オリゴマー材料、微結晶シリコン、有機マトリックス中に分散された無機ナノロッド、有機マトリックス中に分散された無機テトラポッド、量子ドット材料、イオン性導電性ポリマーゲル、イオン液体を含むゾルゲルナノ複合材料、イオン導電体、低分子有機正孔導電体、Ｃ６０および／またはその他の低分子、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む請求項４４に記載の装置。
【請求項５０】
前記吸収層は、（ドープされた、またはドープされていない）孔が有機物により満たされた多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、微結晶シリコン太陽電池構造、または上記の組み合わせのうちの一つを含む請求項４４に記載の装置。
【請求項５１】
前記担体に結合した第二の拡散障壁層をさらに含む請求項４４に記載の装置。
【請求項５２】
前記拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせの一つ以上を含む請求項４４に記載の装置。
【請求項５３】
前記第二の拡散障壁層は、クロム、バナジウム、タングステン、ガラス、窒化物、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン、酸化物、炭化物、または上記の組み合わせの一つ以上を含む請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
請求項３６に記載の装置を含む光電池装置モジュールであって、
絶縁層および導電性バックプレーンであって、前記絶縁層は前記担体および前記バックプレーンの間に挟まれる絶縁層および導電性バックプレーンと、
前記吸収層が前記担体および前記透明導電膜の間にあるように配置される透明導電膜と、
前記透明導電膜および前記バックプレーンの間における一つ以上の電気接点であって、前記電気接点が前記透明導電膜、前記吸収層、前記担体、および前記絶縁層を通じて形成され、前記電気接点が前記吸収層、前記担体、および前記絶縁層から絶縁されている電気接点と
をさらに備える光電池装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電池装置に係り、詳しくは、光電池装置のための吸収層の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池のような効果的な光電池装置が、例えば、インジウムおよび／またはガリウム、またはアルミニウムおよびセレンおよび／または硫黄を含む銅合金など、ＩＢ、ＩＩＩＡおよびＶＩＡ族の元素を含む合金よりなる吸収層を用いて製造されてきた。前記元素のうちの一般的な組み合わせの１つとして、銅−インジウム−ガリウム−ジセレナイド（ＣＩＧＳ）があり、その結果得られる装置は、しばしばＣＩＧＳ太陽電池と称されることがある。ＣＩＧＳ吸収層は担体上に堆積されてもよい。アルミ箔は、比較的安価、軽量で柔軟性があるため、前記の吸収層をアルミ箔担体上に製造するのが望ましい。残念ながら、ＣＩＧＳ吸収層の堆積のための最新技術は、担体としてのアルミ箔の使用と両立しない。
【０００３】
一般的な堆積技術として、蒸発、スパッタリング、化学気相堆積などがある。これらの堆積工程は一般に高温で長時間行われる。両方の要因が、堆積を生じる担体への損傷を引き起こす可能性がある。前記損傷は、熱への暴露、およびまたは堆積工程の熱によって引き起こされる望ましくない化学反応に由来する担体材料の変化から直接的に生じる可能性がある。従って、ＣＩＧＳ太陽電池の製造には、非常に強固な担体材料が一般的に必要とされる。これらの制限により、アルミニウムおよびアルミ箔にもとづく箔の使用が除外されてきた。
【０００４】
別の堆積方法として、ＣＩＧＳ前駆材料の担体上への溶液ベースの印刷がある。溶液ベースの印刷技術の例は、例えば、本明細書に参照として組み込まれ、ＰＣＴに公開された出願、国際公開第ＷＯ  ２００２／０８４７０８号および、同一出願人による米国特許出願第１０／７８２，０１７号などに記載されている。この堆積方法の利点として、比較的低い堆積温度および堆積工程の速度の両方がある。両方の利点は、堆積が形成される担体が受ける熱による損傷の可能性を最小限にするのに役立つ。
【０００５】
ＣＩＧＳ太陽電池の製造において、溶液堆積は比較的低温の工程であるが、工程はこれだけではない。堆積に加えて、ＣＩＧＳ太陽電池の製造における重要な段階として、ＣＩＧＳ吸収層のセレン化とアニール化とがある。セレン化は、元素がフィルムに取り込まれるバルクＣＩＧまたはＣＩ吸収層にセレンを導入する一方、アニール化は、適切な結晶構造を持つ吸収層をもたらす。先行技術では、セレン化とアニール化は、Ｈ２ＳｅまたはＳｅ蒸気の存在下で担体を加熱し、この新生吸収層を高温で長時間保つことによって行われてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池装置の担体としてのＡｌの使用は、前記の担体の性質である低コストと軽量の両面から望ましいものの、ＣＩＧＳ吸収層を効果的にアニールする従来技術は、やはり担体を高温で加熱し、Ａｌ担体の損傷を引き起こすものである。熱およびセレン含有化合物、もしくは熱またはセレン含有化合物への長時間暴露でＡｌ担体の劣化を引き起こすいくつかの要因がある。第一に、長時間の加熱により、ＭｏコートしたＡｌ担体内の分離層が融合し、装置にＭｏ層の所望の電子機能性を低下させる金属間バック接点が形成される。第二に、Ｍｏ層の界面形態が加熱中に変化し、Ｍｏ層表面上に生じる結晶核形成の変化を通じてその後のＣＩＧＳ結晶粒の成長に悪影響を与える可能性がある。第三に、長時間加熱によりＡｌがＣＩＧＳ吸収層に移動する可能性があり、半導体の機能を乱す。第四に、長時間加熱により太陽電池内で拡散するＡｌの移動に伴い、Ａｌ箔中に一般的に存在する不純物（例えば、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＶ）が移動する可能性があり、電池の電子機能および光電子機能の両方を乱す可能性がある。第五に、Ｓｅが比較的長時間、比較的高温でＡｌに曝された場合、不安定なアルミニウム−セレナイドを形成する可能性がある。湿度が高い空気中では、アルミニウム−セレナイドは水蒸気と反応して酸化アルミニウムとセレン化水素を形成する可能性がある。セレン化水素は非常に毒性が高い気体であり、自由な形成は安全上の問題をもたらす。従って、これら全ての理由から、高温堆積、アニール、およびセレン化はアルミニウム製またはアルミ合金製の担体には実用的でない。
【０００７】
高温、長時間堆積、およびアニール段階のため、ＣＩＧＳ太陽電池は、アルミニウム担体（例えば、ＡｌおよびＡｌベース合金、もしくはＡｌまたはＡｌベース合金からなる柔軟性がある箔）上には効果的に製造することができず、それどころか、ステンレス鋼、チタン、またはモリブデン箔、ガラス担体、もしくは、金属または酸化金属でコートされたガラスなど、より強固な（そしてより高価な）材料からなるより重い担体上に製造しなければならない。従って、アルミ箔にもとづくＣＩＧＳ太陽電池は、ステンレス鋼、チタン、またはモリブデン箔、ガラス担体、もしくは金属または酸化金属でコートされたガラスよりも軽量で柔軟性があり、安価であるが、実際にはアルミ箔を担体として利用することができない。
【０００８】
従って、本技術分野において、アルミニウム担体上に太陽電池を製造するための方法が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、上記で説明した欠点の少なくとも一部に取り組む。本発明は、箔担体上に、コスト効率が良く、生産性の高い方法で製造することのできる光電池装置を提供する。薄く、柔軟性がある光電池装置の性質は、輸送の容易さの要素である小さな形にロールまたは折り畳むことを可能にするだけでなく、合理的な製造についても可能にする。本発明の実施形態は、製造工程に使用される原材料の量が減少するように設計されてもよい。また、本発明の実施形態は、ＣＩＧＳ吸収層のみに限定されず、様々な材料の吸収層での使用に適用される可能性があることを理解すべきである。本明細書で述べられるこれらの目的およびその他目的の少なくとも一部は、本発明の様々な実施形態により達成される。
【００１０】
本発明の一実施形態において、光電池装置の製造方法は、少なくとも一つの導電性金属箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性電極層を有する担体の提供を含んでもよい。以下には限定されないが、箔担体は、アルミニウム箔担体であってもよい。導電性拡散障壁層は、アルミ箔担体と電極層との間の化学的相互作用を防ぐ可能性もある。その方法は、担体上の吸収層の形成を含んでもよい。一実施形態において、吸収層は、非シリコン吸収層であってもよい。別の実施形態において、吸収層は（ドープされた、またはドープされていない）、非晶質シリコン吸収層であってもよい。場合によって、吸収層は、有機および無機材料、もしくは有機または無機材料にもとづいてもよい。
【００１１】
本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。形成段階は、最初に新生吸収層の形成を含んでもよい。新生吸収層は、高密度フィルムを形成するために反応してもよい。一部の実施形態において、高密度フィルムが吸収層である。別の実施形態において、望ましい吸収層を形成するために高密度フィルムは別の段階で処理される。新生吸収層は、高密度フィルムを形成するために加熱されてもよい。拡散障壁層は加熱中に箔担体中のアルミニウムおよび電極層中の金属の相互拡散を妨げるものと理解すべきである。拡散障壁層は、以下の材料、即ちクロム、バナジウム、タングステン、ガラス、および／または窒化物である窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、および窒化ケイ素；酸化物、または炭化物のうちの一つ以上を含んでもよい。電極層はモリブデンを含んでもよい。あるいは、電極層は、銅、銀、アルミニウム、およびニオブを含んでもよい。
【００１２】
本発明の別の実施形態において、少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性電極層を含む担体を有し、拡散障壁層がアルミ箔担体と電極層との間の化学的相互作用を妨げる光電池装置が提供される。装置は、担体上に形成された吸収層を含んでもよい。一実施形態において、吸収層は非シリコン吸収層であってもよい。場合により、吸収層は有機および無機材料、もしくは有機または無機材料にもとづいてもよい。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態において、光電池装置の吸収層の形成方法は、少なくとも一つの導電性金属化ポリマー箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性背後電極層を有する担体が提供される。拡散障壁層は、金属化ポリマー箔担体および背後電極層の間の化学的相互作用を防ぐ。その方法は、担体上での吸収層の形成を含んでもよい。一実施形態において、吸収層は非シリコン吸収層であり、別の実施形態において、吸収層は（ドープされた、またはドープされていない）非晶質シリコン吸収層であってもよい。場合によって、吸収層は有機および無機材料、もしくは有機または無機材料にもとづいてもよい。箔担体は、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、および／またはこれらの組み合わせよりなる群から選択されたポリマーを含んでもよい。ポリマー箔担体の金属化に用いられる金属は、アルミニウム、または一つ以上の金属を含むアルミニウム合金であってもよい。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態において、光電池装置は、少なくとも一つの導電性アルミ箔担体、少なくとも一つの導電性拡散障壁層、および拡散障壁層上に少なくとも一つの導電性背後電極層を有する担体が提供され、拡散障壁層は、アルミ箔担体および背後電極層の間の化学的相互作用を防ぐ。装置は、担体上に形成された吸収層を含んでもよい。一実施形態において、吸収層は非シリコン吸収層であってもよい。別の実施形態において、吸収層は（ドープされた、またはドープされていない）非晶質シリコン吸収層であってもよい。場合により、吸収層は有機および無機材料、もしくは有機または無機材料にもとづいてもよい。
【００１５】
本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。吸収層は、以下から選択された一つ以上の無機材料を含んでもよい：チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕ２ＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、半導体材料、ＩＢ族の元素、ＩＩＩＡ族の元素、ＶＩＡ族の元素、または上記の任意の組み合わせ。
【００１６】
場合によって、本出願で開示される任意の光電池装置は吸収層に有機材料を含んでもよい。吸収層は以下の一つ以上の有機材料を含んでもよい：共役高分子、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体、２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶、有機顔料または染料、ルテニウムベースの染料、イオダイド／トリイオダイド液体電解質、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１−イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）などのＮタイプはしご型ポリマー、もしくは上記の任意の組み合わせ。
【００１７】
本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。吸収層は、オリゴマー材料、微結晶シリコン、有機マトリックス中に分散された無機ナノロッド、有機マトリックス中に分散された無機テトラポッド、量子ドット材料、イオン性導電性ポリマーゲル、イオン液体を含むゾルゲルナノ複合材料、イオン導電体、低分子有機正孔導電体、Ｃ６０および／またはその他の低分子、もしくは上記の組み合わせから成る群から一つ以上の材料を含んでもよい。吸収層は、孔が（ドープされた、またはドープされていない）有機物により満たされた無機多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、微結晶シリコン太陽電池構造、もしくは上記の組み合わせよりなる群から選ばれた一つ以上を含んでもよい。
【００１８】
場合によって、光電池装置モジュールは、以下に述べられる高効率太陽電池構造について、本出願に開示される任意の光電池装置を利用してもよい。光電池装置モジュールは、光電池装置、絶縁層、導電性バックプレーンを備えてもよく、絶縁層は、担体とバックプレーンとの間に挟まれる。吸収層が担体と透明導電膜との間にあるように透明導電膜を配置してもよい。電導経路を規定するために、一つ以上の電気接点を透明導電膜とバックプレーンとの間に配置してもよく、電気接点は透明導電膜、吸収層、担体、および絶縁層を通じて形成される。電気接点は、吸収層、担体、および絶縁層から電気的に絶縁されてもよい。電気接点のバックプレーンへの結合により、バックプレーンによる電流の伝達が可能になる。バックプレーンは一つの装置モジュールから次のモジュールに電流を伝達するため、この目的のための先行技術で用いられるように装置の表面上の配線パターンは太いバスを含む必要はない。代わりに、配線パターンには、電気接点に電流を伝導するのに十分な導電「フィンガー」の提供のみが必要とされる。バスが存在しない場合、吸収層の大部分が露出されて、性能が高められる。さらにバスを含まない配線パターンは審美的な要求を満たすこともできる。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、柔軟バルク導体からなる底面電極を有する始動担体、絶縁層、および導電性バックプレーンを備える光電子装置モジュールを備え、絶縁層は底面電極およびバックプレーンの間に挟まれる。モジュールは、底面電極および透明導電膜の間に活性層が配置されるように、活性層および透明導電膜を含んでもよい。モジュールは、透明導電膜とバックプレーンとの間に一つ以上の電気接点を含んでもよく、電気接点は透明導電膜、活性層、柔軟バルク導体、および絶縁層を通じて形成され、電気接点は活性層、底面電極および絶縁層と電気的に絶縁されてもよい。
【００２０】
本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。柔軟バルク導体は第一の金属箔であってもよい。第一の金属箔はアルミ箔であってもよい。第一の金属箔の厚さは、約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲であってもよい。第一の金属箔の厚さは、約２５ミクロンから約５０ミクロンの範囲であってもよい。バックプレーンは、導電性グリッドであってもよい。絶縁層は、第一の金属箔の陽極酸化面であってもよい。バックプレーンは、第二の金属箔であってもよい。絶縁層は、第一及び第二の金属箔間に重ね合わされてもよい。絶縁層は、プラスチック箔から形成されてもよい。プラスチック箔の厚さは、約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲であってもよい。プラスチック箔の厚さは、約１０ミクロンから約５０ミクロンの範囲であってもよい。第二の金属箔の厚さは、約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲であってもよい。第二の金属箔の厚さは、約２５ミクロンから約５０ミクロンの範囲であってもよい。絶縁層は、第一及び第二の金属箔の陽極酸化面であってもよい。透明導電膜とバックプレーンとの間における一つ以上の電気接点は、第一の装置モジュールの透明導電膜、活性層、柔軟バルク導体、および絶縁層を通じて形成されたビアホール；チャネルが透明導電膜、活性層、柔軟バルク導体、および絶縁層を通じてバックプレーンまで形成されるようなビアホールの絶縁材料被覆側壁；ならびに少なくとも実質的にチャネルを満たして透明導電膜およびバックプレーンの間の電気接点を構成する導電性材料からなるプラグを含んでもよい。ビアホールの直径は、約０．１ミリメートルから約１．５ミリメートルの範囲であってもよい。ビアホールの直径は、約０．５ミリメートルから約１ミリメートルの範囲であってもよい。絶縁材料の厚さは、ビアホール側壁に沿って約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲であってもよい。絶縁材料の厚さは、ビアホール側壁に沿って約１０ミクロンから約１００ミクロンの範囲であってもよい。プラグの直径は、約５ミクロンから約５００ミクロンの範囲であってもよい。プラグの直径は、約２５ミクロンから約１００ミクロンの範囲であってもよい。隣接ビアホール間のピッチは、約０．２センチメートルから約２センチメートルの範囲であってもよい。
【００２１】
場合により、本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。一つ以上の導電配線をプラグと共に電気接点の透明導電膜内に配置してもよい。一つ以上の導電配線が互いに隣接する２つ以上の電気接点を電気的に接合してもよい。導電配線は、一つ以上の電気接点から放射状に外へ広がる配線にパターンを形成してもよい。導電配線は分岐して、「分岐点」を形成してもよい。一つ以上の電気接点は、透明導電膜、活性層、および底面電極の一部を取り囲む閉ループトレンチを含んでもよい。一つ以上の電気接点は、閉ループトレンチに配置された絶縁材料をさらに含んでもよい。一つ以上の電気接点は、第一の装置モジュールの透明導電膜、活性層、および底面電極から絶縁層に通じて形成された閉ドループトレンチ、透明導電膜、活性層、および底面電極の一部を絶縁するトレンチ、トレンチによって境界が示された絶縁部分；閉ループトレンチ内に配置された電気的絶縁材料；絶縁部分の透明導電膜および絶縁部分の底面電極の間における電気接点；一つ以上の部分が絶縁部分を含み、導電性フィンガーおよび絶縁部分の底面電極の間における電気接点を形成する一つ以上の透明導電膜の部分に配置された導電性フィンガー；ならびに絶縁部分の底面電極およびバックプレーンの間の絶縁層を通じた電気接点を含む。絶縁トレンチは、絶縁トレンチが閉ループトレンチを取り巻く透明導電膜および活性層を通じて底面電極まで形成されてもよい。バックプレーンがキャリア担体に付属された絶縁キャリア担体を用いてもよい。キャリア担体が構造膜に付属され、高分子ルーフィング膜素材からなる構造膜が含まれてもよい。高分子ルーフィング膜素材は、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）またはエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）であってもよい。活性層は、光電池活性層であってもよい。光電池活性層は、以下の一つ以上にもとづいてもよい：ＩＢ、ＩＩＩＡおよびＶＩＡ族の元素、（ドープされた、またはドープされていない）シリコン、（ドープされた、またはドープされていない）微結晶シリコンまたは多結晶シリコン、（ドープされた、またはドープされていない）非晶質シリコン、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、グレッツェル太陽電池構造、（ドープされた、またはドープされていない）孔が有機物により満たされた無機多孔質テンプレートを有するナノ構造層、ポリマー／混合太陽電池構造、オリゴマー吸収体、有機色素、Ｃ６０および／またはその他の低分子、微結晶シリコン太陽電池構造、ランダムに配置された無機素材のナノロッドおよび／または有機マトリックス内に配置されたテトラポッド、量子ドットにもとづく太陽電池、もしくは上記の組み合わせを含む材料にもとづく吸収層。活性層は、発光素子活性層であってもよい。発光素子活性層は、有機発光ダイオード活性層であってもよい。有機発光ダイオード活性層は、発光ポリマーにもとづく活性層である。装置モジュールは、約１センチメートルから約３０センチメートルの長さを有し、および約１センチメートルから約３０センチメートルの幅を有する。
【００２２】
本発明の別の実施形態において、一連の連続相互接続した光電子装置モジュールは、各装置モジュールが柔軟バルク導体、絶縁層および導電性バックプレーンで構成される底面電極を有する始動担体を含み、絶縁層が底面電極およびバックプレーンの間に挟まれた第一の装置モジュールおよび第二の装置モジュール；ならびに活性層が底面電極および透明導電膜の間にあるように配置された活性層および透明導電膜；ならびに透明導電膜およびバックプレーンの間に設けられ、電気接点が透明導電膜、活性層、柔軟バルク導体、および絶縁層を通じて形成され、電気接点が活性層、底面電極、および絶縁層から電気的に絶縁された一つ以上の電気接点を備えてもよい。
【００２３】
本発明のさらに別の実施形態において、光電子装置モジュール製造のための方法が提供される。その方法は、柔軟バルク導体からなる底面電極、絶縁層、および導電性バックプレーンを備え、絶縁層が底面電極およびバックプレーンの間に挟まれている始動担体の形成；活性層が底面電極および透明導電膜の間にあるような活性層および透明導電膜の形成；透明導電膜およびバックプレーンの間の、透明導電膜、活性層、柔軟バルク導体、および絶縁層を通じた一つ以上の電気接点の形成、ならびに電気的に絶縁された活性層、底面電極、および絶縁層からの電気接点の絶縁を含む。
【００２４】
本明細書に述べられる任意の実施形態について、以下が適用される可能性もある。始動担体の形成は、第一および第二の金属箔の間へのプラスチック箔の重ね合わせを含んでもよい。少なくとも一つの第一および第二の金属箔がアルミ箔であってもよい。２つ以上の装置モジュールは上記で説明したように形成されてもよい。一つ以上の動作特性に対する２つ以上の装置モジュールの検査段階、および一つ以上の装置モジュールの使用段階は、一連の二つ以上の装置モジュールにおける一つ以上の動作特性の受け入れ基準を満たす。
【００２５】
本発明の性質および利点の更なる理解は、明細書の残りの部分と図面との参照によって明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下の詳細説明は、図示を目的とする多くの具体的な詳細を含むが、通常の技術を持つ当業者であれば、以下の詳細への多くの変更や改変などが本発明の範囲に含まれることを理解するであろう。従って、以下に述べられた例である本発明の実施形態は、一般性を全く失わずに、また限定を課さずに本発明の特許請求の範囲を説明する。
【００２７】
本発明の実施形態は、アルミ箔担体上でのＣＩＧＳ吸収層の製造を可能にする。本発明の実施形態に従って、液体堆積によってアルミ担体上に形成された１ＢおよびＩＩＩＡ族の元素を含む新生吸収層は、室温から、約２００℃から約６００℃の範囲までのプラトー温度への急速加熱によりアニールしてもよい。その温度は、約２分から約３０分の間、プラトー範囲内に維持され、その後、低下される。あるいは、アニール温度は、特定のプラトー温度に維持せずに、温度範囲内で振動するように調節することもできる。
【００２８】
図１は、光電池装置１０、および急速加熱ユニット２０を示しており、装置は一般的にアルミ箔担体１２、任意のベース電極１４、および新生吸収層１６を含む。アルミ箔担体１２は、約５ミクロンから１００ミクロン以上の厚さを有し、任意の適切な幅と長さとを有してもよい。アルミ箔担体１２は、アルミニウムまたはアルミニウムベースの合金から作製してもよい。あるいは、アルミ箔担体１２は、ポリマーがポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、および／またはこれらの組み合わせよりなる群から選択される、ポリマー箔担体を金属化することによって作製してもよい。一例として、アルミ箔担体１２は、ロール対システムでの処理に適した長いアルミ箔のシートの形であってもよい。ベース電極１４は、新生吸収層１６の処理と両立する導電性材料から作製される。一例として、ベース電極１４は、例えば、約０．１から２５ミクロンの厚さ、より好ましくは、約０．１から５ミクロンの厚さのモリブデンの層であってもよい。ベース電極層は、スパッタリングまたは蒸発によって、あるいは化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、ゾルゲルコーティング、電気メッキなどによって堆積してもよい。モリブデンまたはその他の材料の層は、アルミ箔担体の片面および両面、もしくは片面または両面に適用されてもよい。
【００２９】
アルミニウムおよびモリブデンは、装置１０上で有害な電気的およびまたは光電子的影響により互いに内部拡散する可能性がある。このような相互拡散を防ぐため、界面層１３がアルミ箔担体１２とモリブデンベース電極１４との間に組み込まれてもよい。界面層は、クロム、バナジウム、タングステン、およびガラス、または窒化物のような化合物（窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、および窒化シリコンなど）、酸化物、および／または炭化物を含むがそれらに限定されず、任意の様々な材料により構成されてもよい。場合によって、拡散障壁層に選択された材料は導電性でもよい。この層の厚さは、１０ｎｍから５０ｎｍの範囲、より好ましくは、１０ｎｍから３０ｎｍの範囲であってもよい。場合によって、界面層１３は、箔担体の上側のベース電極１４の間および箔担体の下側の層の間、もしくは箔担体の上側のベース電極１４の間または箔担体の下側の層の間であってもよい。場合によって、層１３の材料に類似した別の層１５の材料をアルミ箔担体の裏面に適用してもよい。材料は、層１３と同じであってもよく、または層１３として列挙された一連の材料から選択された別の材料であってもよい。層１５は、担体１２の裏面に保護特性をもたらす。
【００３０】
新生吸収層１６は、ＩＢ、ＩＩＩＡおよび（場合によっては）ＶＩＡ族の元素を含有する材料を含む。好ましくは、吸収層銅（Ｃｕ）はＩＢ族の元素であり、ガリウム（Ｇａ）および／またはインジウム（Ｉｎ）および／またはアルミニウムはＩＩＩＡ族の元素である場合があり、セレン（Ｓｅ）および硫黄（Ｓ）、もしくはセレン（Ｓｅ）または硫黄（Ｓ）はＶＩＡ族の元素である。ＶＩＡ族の元素は、最初に溶液が堆積される場合、または新生吸収層１６から最終的な吸収層を形成するその後の工程の際に、新生吸収層１６に組み込まれてもよい。新生吸収層１６の厚さは、堆積される際に約１０００ｎｍであってもよい。その後の急速熱工程およびＶＩＡ族の元素の組み込みは、厚みが増加するように（例えば、新生吸収層の厚さはある状況下では約２倍）得られる吸収層の形態を変化させてもよい。
【００３１】
アルミ箔担体１２上での吸収層の製造は、比較的容易である。最初に、新生吸収層は担体１２に、アルミニウム上、または電極１４のような最上層上のいずれかに直接堆積される。一例として、また一般性を失うことなく、新生吸収層は、ＩＢ、ＩＩＩＡおよび（場合によっては）ＶＩＡ族のうちの一つ以上の元素を含有するナノ粒子を含む溶液ベースの前駆材料の薄膜のかたちで堆積されてもよい。溶液ベース印刷技術の薄膜の例として、例えば、本明細書に参照して組み込まれる同一出願人による「光電池の溶液ベースの製造」と題する米国特許出願第１０／７８２，０１７号、および「電子装置用半導体化合物の製造方法及びその製造方法により作製されたフィルム」と題するＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ０２／０８４７０８号に記載されている。
【００３２】
あるいは、新生吸収層１６は、一連の原子層堆積反応、または前記層の形成に通常用いられる他の任意の従来の方法によって形成されてもよい。ＩＢ−ＩＩＩＡ−ＶＩＡ吸収層の一連の原子層堆積は、例えば、本明細書に参照として組み込まれる、同一出願人による同時係属出願「コイル状のフレキシブル基板上での原子層堆積及び高スループット表面処理を用いたＣＩＧ吸収層材料の形成」と題するシリアル番号第１０／９４３，６８５号（代理人整理番号ＮＳＬ−０３５）に記載されている。
【００３３】
新生吸収層１６は、次に、加熱ユニット２０を用いて室温から、約２００℃から約６００℃の範囲の平均プラトー温度にまで、新生吸収層１６および担体１２、もしくは新生吸収層１６または担体１２を急速加熱することによりアニールされる。加熱ユニット２０は、好ましくは、新生吸収層１６および担体１２、もしくは新生吸収層１６または担体１２（またはその重要な部分）の温度を、例えば約５℃／秒から約１５０℃／秒で急上昇させるために十分な熱を提供する。一例として、加熱ユニット２０として、十分な放射熱を提供する一以上の赤外線（ＩＲ）ランプであってもよい。一例として、担体１２（全て担体に向けて、担体の上に４個および下に４個）の表面から約１／８インチ（約０．３２センチメートル）から約１インチ（約２．５４センチメートル）にそれぞれ位置する公称約５００ワットの８個のＩＲランプは、４インチ（約１０センチメートル）加熱炉内で１時間あたり約２５ｃｍ２の担体領域を処理するのに十分な放射熱を提供することができる。ランプは、例えば、平均上昇率約１０℃／秒で制御された方法で上昇させてもよい。当業者は、加熱ユニット２０として使用される別の種類と構造の熱源を工夫することができるであろう。例えば、ロール対法製造ラインでは、加熱およびその他の工程が工程領域の長さに沿って１インチ（約２．５４センチメートル）の間隔をあけて、担体の上と下との両方に均等に配置されたＩＲランプを使用して、担体の上と下との両方のＩＲランプを担体に向けて行われる場合がある。あるいは、ＩＲランプは、担体１２上にのみ、または下のみのいずれかで、および担体１２の側面に、もしくは担体１２上にのみ、または下のみのいずれかで、または担体１２の側面にチェンバーの側面からの側面加熱を増大させる構造で配置される場合もある。
【００３４】
吸収層１６および担体１２、もしくは吸収層１６または担体１２は、約２分から約３０分間、平均プラトー温度に維持される。例えば、温度は、加熱ユニット２０からの熱量を適切なレベルまで減らすことで望ましい範囲に維持されてもよい。ＩＲランプの例において、熱は、単純にランプを消すことで減少させてもよい。あるいは、ランプは、積極的に冷却されてもよい。吸収層１６および担体１２、もしくは吸収層１６または担体１２の温度は、例えば、さらに加熱ユニット２０からの熱の供給を減少させるか遮断することによって、その後適切なレベルにまで低下させられる。
【００３５】
本発明の一部の実施形態において、セレンまたは硫黄といったＶＩＡ族の元素は、アニール前またはアニール段階中のいずれかで吸収層に組み込まれてもよい。あるいは、不連続または連続する２つ以上のアニール段階が連続して行われてもよく、セレンまたは硫黄といったＶＩＡ族の元素は二回目または後半の段階で組み込まれる。例えば、新生吸収層１６は、急速加熱または急速熱処理（ＲＴＰ）の前または最中にＨ２Ｓｅガス、Ｈ２Ｓガス、またはＳｅ蒸気に暴露されてもよい。この実施形態において、暴露を相対的に短くすることによってアルミニウム担体は、特に高温でのこれらのガスおよび蒸気に対してより良く持ちこたえることができる。
【００３６】
一旦、新生吸収層１６がアニールされた時点で、装置１０を完成させるために更なる層が形成されてもよい。例えば、吸収層の接点パターンとして窓層が一般的に用いられる。一例として、接点パターン層は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、またはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、あるいはこれら２つ以上の一部の組み合わせを含んでもよい。これらの材料の層は、例えば、薬浴堆積、化学的表面堆積、または噴霧熱分解によって、約５０ｎｍから約１００ｎｍの厚さに堆積されてもよい。さらに、例えば、伝導性酸化物層などの透明電極がスパッタリング、蒸気堆積、ＣＶＤ、ＡＬＤ、電気化学原子層エピタキシーなどによって窓層上に形成されてもよい。
【００３７】
本発明の実施形態は、堆積または別の方法でアルミニウム担体上に形成された新生ＣＩＧＳ吸収層の急速加熱処理によって、先行技術に伴う不利な点を克服する。アルミニウム担体は、従来の担体よりはるかに安価で、かつ軽量である。従って、アルミニウム担体にもとづく太陽電池は、従来のシリコンベースの太陽電池と比較した場合、発電ワットあたりの低コストおよびはるかに短いエネルギー資本回収期間を有する。さらに、アルミニウム担体は、太陽電池製造の際の生産性が高いロール対印刷、およびソーラーモジュールおよびシステムのインストールの際により速く簡便なインストール過程の両方を可能にする柔軟な形状因子を可能にする。
【００３８】
本発明の実施形態は、軽量で安価なアルミニウム担体上の光電池装置の製造を可能にする。新生吸収層１６の急速加熱／急速熱処理は、アルミ箔担体１２を損傷または破壊せずに適切なアニールおよびＶＩＡ族の元素の組み込みを可能にする。プラトー温度範囲は、アルミ箔担体の損傷または破壊を防ぐためにアルミニウムの融点（約６６０℃）より十分に低い。アルミ箔担体の使用は、前記担体により作製され、例えば、太陽電池などの光電池装置の材料コストを大幅に低減させることができ、その結果、ワットあたりのコストが低減する。スケールメリットは、アルミ箔担体を担体上に構築される光電池装置の様々な層と共に一連の堆積、アニール、およびその他の処理段階を通過する際にロール対法により処理して達成されることもある。
【００３９】
ＣＩＧＳ太陽電池は例示のために述べられているが、当業者は、本発明の実施形態が大部分の任意の種類の対応する電池の構造に適用可能であることを認めるであろう。例えば、層１６は、有機オリゴマーまたはポリマー（有機太陽電池用）、二層または相互貫入層または無機および有機材料（有機／無機ハイブリッド太陽電池用）、液体またはゲルベースの電解液中の色素増感チタニアナノ粒子（集光フィルムの感度を上げる電荷移動色素の単層により被覆された数ナノメートルサイズの酸化チタン粒子を含む透明フィルムを備えたグレッツェル太陽電池用）、銅−インジウム−ガリウム−セレン（ＣＩＧＳ太陽電池用）、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、および／または上記の組み合わせを備え、活性素材がバルク材料、マイクロ粒子、ナノ粒子、または量子ドットのうち、任意のいくつかの形で存在するが、これらに限定されない吸収層であってもよい。さらに、その他の可能な吸収層が（ドープした、またはドープしていない）非晶質シリコン、孔が有機半導体材料により満たされた無機多孔質半導体テンプレートを有するナノ構造層（例えば、本明細書に参照され組み込まれる、米国特許出願第ＵＳ  ２００５−０１２１０６８  Ａｌ号を参照）、ポリマー／混合太陽電池構造、有機色素、および／またはＣ６０分子、および／またはその他の低分子、微結晶シリコン太陽電池構造、ランダムに配置された無機素材のナノロッドおよび／または有機マトリックス内に配置されたテトラポッド、量子ドットにもとづく太陽電池、もしくは上記の組み合わせであってもよい。これらの種類の太陽電池の多くは、柔軟な担体上に製造することができる。
【００４０】
Ｐ型層は、有機または無機のいずれかであってもよいことを理解すべきであろう。あるいは、Ｎ型層は有機または無機のいずれかであってよい。可能性がある組み合わせは、無機Ｐ型層と無機Ｎ型層、無機Ｐ型層と有機Ｎ型層、有機Ｐ型層と無機Ｎ型層、または有機Ｐ型層と有機Ｎ型層である。
【００４１】
制限を目的としない一例として、Ｐ型層およびＮ型層、もしくはＰ型層またはＮ型層に適した無機材料は、チタニア（ＴｉＯ２）、ナノ結晶ＴｉＯ２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕ２ＯまたはＣｕｘＯｙ）、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム／チタンおよびその他の酸化物、チタン酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化銅（例えば、Ｃｕ２Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム−テルル（ＣｄＴｅＳｅ）、セレン化銅−インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、酸化カドミウム（ＣｄＯｘ）などの酸化金属、すなわち一般的に半導体材料で同時に２つ以上の前記材料の混合物または合金を含む。
【００４２】
制限を目的としない一例として、Ｐ型層およびＮ型層、もしくはＰ型層またはＮ型層に適した有機材料は、ポリ（フェニレン）およびその誘導体、ポリ（フェニレンビニレン）およびその誘導体（例えば、ポリ（２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−ｌ，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、（ＰＰＶ））、ＰＰＶ共重合体、ポリ（チオフェン）およびその誘導体（例えば、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−オクチルチオフェン−２，５，−ジイル）、レジオランダム、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオレギュラー、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）、レジオランダム）、ポリ（チエニレンビニレン）およびその誘導体、ならびにポリ（イソチアナフテン）およびその誘導体といった共役高分子を含む。その他の適したポリマーは、有機金属高分子、ペリレンユニットを含むポリマー、ポリ（スクアライン）およびその誘導体、ならびにディスコティック液晶を含む。その他の適した有機材料は、有機顔料または染料、芳香族を結合したアゾクロモフォア（−Ｎ＝Ｎ−）を有するアゾ染料、無金属フタロシアニンを含むフタロシアニン；（ＨＰｃ）、ペリレン、ペリレン誘導体、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）、フタロシアニン亜鉛（ＺｎＰｃ）、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれぞれの誘導体、ポリ（シラン）、ポリ（ジャーミネイト）、２，９−ジ（ペント−３−イル）−アントラ［２，ｌ，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ’］ジイソキノリン−１，３，８，１０−テトラオン、および２，９−ビス−（１−ヘキシル−ヘプタ−１−イル）−アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ］ジイソキノリン−ｌ，３，８，１０−テトラオンおよびペンタセン、ペンタセン誘導体および／またはペンタセン前駆物質、ポリ（はしご状ベンズイミダゾベンゾフェナントロリン）（ＢＢＬ）などのＮタイプはしご型ポリマー、もしくは上記の任意の組み合わせを含む。
【００４３】
本発明で用いるのに適した有機太陽電池の一つは、液体電解液を用いる色素増感ナノ結晶ＴｉＯ２にもとづく太陽電池を備えたグレッツェル太陽電池である（本明細書において全体を組み込まれた、オリーガンらによる”色素増感コロイダルＴｉＯ２に基づく低コスト及び高効率太陽電池”，ネイチャー、３５３巻、ｐｐ７３７−７４０，１９９１年１０月２４日）。色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）は、光吸収および電荷分離の過程に分けられる。化学的に半導体表面に吸収されたルテニウムベース色素の単層が光を吸収する。光子によって励起された後、色素は半導体のＴｉＯ２（チタニア）を含む電子をナノ粒子ペーストに注入し、チタニア内部の電場は電子の抽出を可能にする。並行プロセスにおいて、正電荷は色素から液体ヨウ化物／三ヨウ化物ベースの酸化還元メディエータに伝達され、これにより溶液を通じて対極へのホール移動が可能になり、その後酸化還元メディエータは還元状態に戻り、回路を閉鎖する。
【００４４】
別の実施形態において、液体ヨウ化物／三ヨウ化物電解液は、効果的な装置機能に十分なホール移動を示す固定状態の材料で置き換えてもよい。これらのアプローチは：
（１）イオン伝導ポリマーゲルの利用（ワンら、２００３）、（２）イオン液を含むゾルゲルナノ複合材料（スタサトスら、２００３）、（３）イオン伝導体（カオら、１９９５）、（４）ＣｕＩまたはＣｕＳＣＮなどの無機Ｐ型半導体（テナコンら、１９９５；  オリーガン及びスチュワート、１９９８；オリーガンら、２００３）、および（５）２，２’７，７’テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−  メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−Ｍｅ  ＯＴＡＤ）などの低分子量有機ホール伝導体（クルーガーら、２００１）を含む。
（高効率太陽電池構成）
図１および上記段落に示された装置の製造は、下記図２Ａにおいて詳述される高効率太陽電池の構成での利用に適していることを理解すべきである。図２Ａは、本発明の実施形態による光電子装置の配置１００を説明する。一部の実施形態において、これは光電子装置の配置１００における一連の相互接続と見なしてもよい。配置１００は、第一の装置モジュール１０１および第二の装置モジュール１１１を含む。装置モジュール１０１および１１１は、太陽電池のような光電池装置である場合、または発光ダイオードといった発光素子である場合がある。好ましい実施形態において、装置モジュール１０１および１１１は太陽電池である。第一および第二装置モジュール１０１および１１１は、例えば、ポリエチレンテレフタル酸（ＰＥＴ）の様なプラスチック材料から作製されることもある（例えば約５０ミクロンの厚さ）絶縁キャリア担体１０３に取り付けられる。同様に、キャリア担体１０３は、屋根など屋外の場所への配置１００の取り付けを容易にするため、例えば熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）またはエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）のような高分子ルーフィング膜素材からなるより厚い構造膜１０５に取り付けられる。
【００４５】
制限を目的としない一例として、およそ長さ４インチ（約１０．１６センチメートル）、幅１２インチ（約３０．４８センチメートル）の装置モジュール１０１および１１１は、いくつかの層を含み一体に重ね合わされたかなり長いシートから切り出されてもよい。各装置モジュール１０１および１１１は、一般的に、底面電極１０４、１１４および導電性バックプレーン１０８、１１８の間の底面電極１０４、１１４と絶縁層１０６、１１６とに接触する装置層１０２、１１２を含む。本発明の一部の実施形態において、バックプレーン１０８、１１８が背面上面電極１０８、１１８として記載され得ることを理解すべきである。Ｓ１、Ｓ２担体のための底面電極１０４、１１４、絶縁層１０６、１１６、およびバックプレーン１０８、１１８は、装置層１０２、１１２を支持する。
【００４６】
絶縁担体上に薄い金属層を堆積して担体を形成する先行技術の太陽電池とは対照的に、本発明の実施形態は、箔のような柔軟バルク材料にもとづくＳ１、Ｓ２担体を利用する。箔のような柔軟バルク材料は、先行技術の真空金属蒸着層よりも厚みを有するが、より安価で、入手がより容易で、より取り扱いやすい可能性もある。好ましくは、少なくとも底面電極１０４、１１４がアルミ箔のような金属箔で作製される。銅、ステンレス鋼、チタン、モリブデン、またはその他の安定な金属箔が利用されてもよい。一例として、底面電極１０４、１１４およびバックプレーン１０８、１１８は、約１ミクロンから約２００ミクロンの厚さ、好ましくは、約２５ミクロンから約１００ミクロンの厚さのアルミ箔から作製してもよく；絶縁層１０６、１１６は、ポリエチレンテレフタル酸（ＰＥＴ）のような約１ミクロンから約２００ミクロンの厚さ、好ましくは、約１０ミクロンから約５０ミクロンの厚さのプラスチック箔材料から作製してもよい。一実施形態において、特に底面電極１０４、１１４、絶縁層１０６、１１６、およびバックプレーン１０８、１１８は、始動担体Ｓ１、Ｓ２を形成するために一体に重ね合わされる。箔は底面電極１０４、１１４およびバックプレーン１０８、１１８の両方に利用される場合があるが、メッシュグリッドを絶縁層１０６、１１６上にバックプレーンとして用いることも可能である。前記グリッドは、絶縁層１０６、１１６の背面に導電性インクまたは塗料を用いて印刷されてもよい。特に適した伝導性塗料またはインクの一例は、ミシガン州、ミッドランドに所在するダウコーニング社から入手可能なダウコーニング（登録商標）、ＰＩ−２０００、高導電性銀インクである。ダウコーニング（登録商標）は、ミシガン州、ミッドランドに所在のダウコーニング社の登録商標である。さらに、絶縁層１０６、１１６は、面電極１０４、１１４またはバックプレーン１０８、１１８またはその両方に用いられる箔表面を陽極酸化処理することによって、又は当業者にとって公知である噴霧、コーティング、または印刷技術により絶縁コーティングを施すことによって形成される。
【００４７】
装置層１０２、１１２は、一般的に、透明導電膜１０９および底面電極１０４の間に活性層１０７を含む。一例として、装置層１０２、１１２の厚さは約２ミクロンであってもよい。少なくとも第一の装置１０１は、透明導電膜１０９およびバックプレーン１０８の間に一つ以上の電気接点１２０を含む。電気接点１２０は、透明導電膜１０９、活性層１０７、底面電極１０４および絶縁層１０６にを通じて形成される。電気接点１２０は、透明導電膜１０９およびバックプレーン１０８の間の電気的な導電性パスを提供する。電気接点１２０は、活性層１０７、底面電極１０４および絶縁層１０６から電気的に絶縁される。
【００４８】
接点１２０は、活性層１０７、透明導電膜１０９、底面電極１０４および絶縁層１０６を通じたビアホールをそれぞれ含んでもよい。各ビアホールの直径は約０．１ミリメートルから約１．５ミリメートルの範囲、好ましくは、約０．５ミリメートルから約１．０ミリメートルの範囲である。ビアホールは、例えば、機械的な方法、レーザーまたは電子ビームによる穴開け、もしくはこれらの技術の組み合わせによる打ち抜きや穴開けによって形成してもよい。絶縁材料１２２は、チャネルが絶縁材料１２２を通じてバックプレーン１０８まで形成されるように、ビアホールの側壁を被覆する。絶縁材料１２２の厚さは約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲、好ましくは、約１０ミクロンから約２００ミクロンの範囲である場合がある。
【００４９】
絶縁材料１２２は、その背後の露出した導電性表面を完全に被覆するため、好ましくは、少なくとも１０ミクロンの厚さを有している必要がある。絶縁材料１２２は、例えばインクジェット印刷、または環状ノズルからの分散など様々な印刷技術によって形成されてもよい。プラグ１２４は導電材料により作製され、少なくとも部分的にチャンネルを満たし、透明導電膜１０９およびバックプレーン１０８の間の電気接点を形成する。導電性材料は、同様に印刷される。適した材料及び方法として、例えば、はんだのインクジェット印刷（この目的に有用な機器を販売するテキサス州、プラノ所在のマイクロファブ・インコーポレイテッド社の「ソルダジェット」と称される）がある。エレクトロニクス・パッケージングの当業者に知られる導電性接着材料の印刷を用いてもよく、提供された時間は、その後の溶媒除去と硬化を可能にする。プラグ１２４の直径は、約５ミクロンから約５００ミクロンの範囲、好ましくは、約２５ミクロンから約１００ミクロンの範囲であってもよい。
【００５０】
制限を目的としない一例として、他の実施形態において、装置層１０２、１１２の厚さは約２ミクロンであってもよく、底面電極１０４、１１４はアルミ箔からなり、その厚さは約１００ミクロンであってもよく；絶縁層１０６、１１６はポリエチレンテレフタル酸（ＰＥＴ）などのプラスチック材料からなり、その厚さは約２５ミクロンであってもよく；背面上面電極１０８、１１８はアルミ箔からなり、その厚さは約２５ミクロンであってもよい。装置層１０２、１１２は、透明導電膜１０９および底面電極１０４の間に配置される活性層１０７を含んでもよい。前記実施例において、少なくとも第一の装置１０１は、透明導電膜１０９および背面上面電極１０８の間に１つ以上の電気接点１２０を含む。電気接点１２０は、活性層１０７、底面電極１０４、および絶縁層１０６を通じて形成される。電気接点１２０は、透明導電膜１０９および背面上面電極１０８の間の導電性パスを提供する。電気接点１２０は、活性層１０７、底面電極１０４、および絶縁層１０６から絶縁される。
【００５１】
導電性プラグ１２４および担体１０８の間の良好な接点の形成は、超音波溶接等その他の接点形成技術の利用によって支援されてもよい。有用な技術の例は、例えば本明細書に参照されて組み込まれる、Ｊ．ジェイ・ワイマーによる「鉛フリーの３次元スケール」セミコンダクター・インタイナショナル，２００３年１０月１日提出で述べられたような金スタッド隆起の形成である。通常のはんだ、または導電性のインクまたは接着剤は、スタッド隆起の先端部に印刷されてもよい。
【００５２】
ビアホールの形成では、上面電極１０９および底面電極１０４の間に短絡接点が形成されることを防ぐことが重要である。従って、穴開けまたは打ち抜きといった機械的切断技術は、数ミクロンの深さおよび数ミクロンの幅のビアホールの縁部に近接した少体積の材料のレーザー切断除去によって有利に補われる可能性がある。あるいは、ビアホールよりやや直径が大きい透明導電体の除去に化学的エッチング処理が用いられる場合もある。エッチングは、例えば、数滴のエッチング剤を適切な場所にインクジェット印刷またはステンシル印刷することにより局在化することができる。
【００５３】
短絡を回避する更なる方法は、透明導電膜１０９の堆積前に活性層１０７の表面への絶縁材料の薄層の堆積を伴う。この絶縁層の厚さは、好ましくは数ミクロンであり、１から１００ミクロンの範囲であってもよい。ビアホールが形成される領域にのみ（および、ビアホールの縁をやや越えて）堆積されるため、その存在は光電子装置の動作を妨げることはない。本発明の一部の実施形態において、層は、本明細書に参照として組み込まれる２００４年３月２５日に提出されたカール・ピヒラーによる米国特許出願シリアル番号第１０／８１０，０７２号に述べられた構造に類似していてもよい。この構造によりホールが穴開けされたり、または打ち抜かれたりする場合、機械切断処理の精度のため、透明導電膜１０９および底面電極１０４の間においてこれらの層よりも厚い絶縁体の層が存在していることから、短絡が生じることはない。
【００５４】
この層の材料は、従来の任意の絶縁体であってよく、好ましくは、デジタル処理（例えばインクジェット）で印刷可能な材料である。ナイロン  ＰＡ６（融点（ｍ．ｐ．）２２３℃）、アセタール（ｍ．ｐ．１６５℃）、ＰＢＴ（構造的にＰＥＴに類似しているがエチル基をブチル基で置き換えている）（ｍ．ｐ．２１７℃）、およびポリプロピレン（ｍ．ｐ．１６５℃）などの熱可塑性ポリマーが、容易に得られる有用な材料のリストの例である。これらの材料は、絶縁層１２２にも利用されてもよい。インクジェット印刷は絶縁体アイランドを形成するのに望ましい方法であるが、他の印刷または堆積方法（従来のフォトリソグラフィーを含む）も本発明の範囲に含められる。
【００５５】
ビアホールの形成において、最初に少なくとも２つの別の要素で光電子装置を製造するのが有用であり、一つは絶縁層１０６、底面電極１０４、および層１０２を含み、二つ目はバックプレーン１０８を含む。これら２つの要素は、次に、複合構造１０６／１０４／１０２を通じてビアホールが形成された後、ビアホールが満たされる前に一体に重ね合わされる。この重ね合わせとビアホールの形成後に、バックプレーン１０８が複合物に重ね合わされ、ビアホールが上述のように満たされる。
【００５６】
ジェット印刷されたはんだ、または導電性接着剤は導電性ビアプラグ１２４を形成する有用な材料を含むが、このプラグは機械的な方法により形成することも可能である。上述のように、例えば、適した直径のワイヤーをビアホール内に配置し、バックプレーン１０８と接触させ、望みの高さで切断して、金スタッド隆起の形成のため類似の方法によりプラグ１２４を形成してもよい。あるいは、予め形成したこのサイズのピンをホール内にロボットアームで配置することもできる。ピンを配置する前の極めて薄い導電性接着剤の印刷によって、前記のピンまたはワイヤーを適切に保持し、担体への電気接点を支援または確保してもよい。この方法で、導電性接着剤の厚いプラグの長い乾燥時間といった問題が解消される。ピンは先端または鋸歯状の縁を持ち、バックプレーン１０８に少しだけ穴を開け、さらに接触を支援する。前記のピンは、絶縁されたワイヤーまたは覆われたワイヤー（例えば、蒸着または酸化）の場合のように、既に存在する絶縁を備えていてもよい。絶縁材料の導入をより簡単にするため、これらは絶縁材料の適用前にビアホールに配置してもよい。
【００５７】
ピンが適切な固い金属から作製され、かつその先端が少しだけテーパ状である場合、打ち抜きの段階でビアホールの形成に用いてもよい。パンチまたはドリルを用いる代わりに、ピンは、その先端がちょうど底面に貫通する深さにまで複合構造１０６／１０４／１０２に挿入され、次に、担体１０８がこの複合物と重ね合わされる際、その先端は少しだけ貫通して良好な接点を形成する。これらのピンは、打ち抜かれていない担体に、例えば機械的圧力または空気圧によって、ピンがちょうど適合するチューブを通じて投入されてもよい。
【００５８】
例えば、Ａｌ、Ｎｉ、またはＡｇからなる一つ以上の導電性トレース１２６は、導電性材料１２４を用いて電気接点で透明導電膜１０９上に配置されてもよい。図２Ｂに示されるように、トレース１２６は、全体のシート抵抗を低減させるために多数の接点１２０を互いに結合してもよい。一例として、接点１２０は、最近傍の各接点と結合するトレース１２６と互いに約１センチメートルの間隔をあけて配置されてもよく、またはある場合には、それを取り巻く透明導電体に配置されてもよい。好ましくは、トレース１２６の数、幅、間隔は、接点１２０とトレース１２６とが装置モジュール１０１の表面の約１％未満をカバーするように選択される。トレース１２６の幅は、約１ミクロンから約２００ミクロンの範囲、好ましくは、約５ミクロンから約５０ミクロンの範囲である。トレース１２６は、中心と中心とが約０．１ミリメートルから約１０ミリメートル、好ましくは、約０．５ミリメートルから約２ミリメートルの距離で隔てられてもよい。より幅広いラインにあっては、過剰なシャドーイング損失を避けるためにより大きな間隔が必要である。配線が互い（例えば２つの要素内で）に適切に等距離であるかぎり、トレース１２６のための様々なパターンまたは方向が用いられてもよい。接点１２０から扇形に展開するトレース１２６の別のパターンが図２Ｃに示されている。図２Ｄに示されるもう一つの別のパターンでは、トレース１２６は、さらに細いトレース１２６が接点１２０から放射状に広がる太いトレースから分岐して広がる「分岐点」パターンを形成する。図２Ｅに示されるさらにもう一つの別のパターンでは、トレース１２６は、接点１２０から矩形のパターンを形成する。各接点に連結されたトレース１２６は、図２Ｅに示された数より多くてもよく、また少なくてもよい。一部の実施形態は、１つ以上、２つ以上、３つ以上などでもよい。図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、および図２Ｅに例示されたトレースパターンは説明を目的としたものであり、本発明の実施形態において使用され得ると考えられるトレースパターンの限定を意図するものではない。伝導性バックプレーン１０８、１１８は電流を一つの装置モジュールから隣に伝達するため、伝導性トレース１２６は太い「バス」を防ぐために「フィンガー」を含む場合もある点に留意されたい。シャドーイングの量の減少はバスに起因し、また装置配置１００において、審美的な見地から、より要求を満たす外観がもたらされる。
【００５９】
比較的厚く導電性が高い柔軟バルク導体底面電極１０４、１１４およびバックプレーン１０８、１１８からなり、透明導電膜１０９、活性層１３０、底面電極１０４、１１４および絶縁層１０６、１１６と通じた絶縁された接点１２０を形成する担体Ｓ１、Ｓ２上での装置モジュール１０１、１１１の製造は、装置モジュール１０１、１１１を比較的大きくすることを可能にする。その結果として、配置１００は、先行技術の配置よりも少ない装置モジュールから作製することができ、より少ない一連の相互接続が必要となる。例えば、装置モジュール１０１、１１１は、約１センチメートルから約３０センチメートルの長さ、約１センチメートルから約３０センチメートルの幅を有する。より小さな電池（例えば長さ１センチメートル未満および幅１センチメートル、もしくは長さ１センチメートル未満または幅１センチメートル）を作製してもよい。
【００６０】
バックプレーン１０８、１１８は電流を一つの装置モジュールから次に伝達するため、トレース１２６はこの目的のための先行技術で使われるような太いバスを含む必要がないことに留意されたい。代わりに、トレース１２６のパターンは、接点１２０に電流を伝達するのに十分な導電性「フィンガー」を提供することのみが必要である。バスが存在しない場合、活性層１０２、１１２はその大部分が露出され、効率が高められる。さらに、バスがないトレース１２６のパターンは、審美的な要求を満たすことができる。
【００６１】
第一の装置１０１のバックプレーン１０８と第二の装置１１１の底面電極１１４との間における電気接点は、底面電極１１４の一部を露出するために第二の装置モジュールのバックプレーン１１８および絶縁層１１６を縮小することによって実現される。図２Ｂは、特にバックプレーン１１８および絶縁層１１６の縮小に関する一つの方法の例を説明する。具体的には、ノッチ１１７は、絶縁層１１６の縁部に形成されてもよい。ノッチ１１７は、類似しているがやや大きいバックプレーン１１８のノッチ１１９と整合される。ノッチ１１７、１１９の配置は、第二の装置モジュール１１１の底面電極１１４の一部を露出させる。
【００６２】
電気接点は、多数の様々な方法で、第一の装置モジュール１０１のバックプレーン１０８と第二の装置モジュール１１１の底面電極１１４の露出した部分との間に作製されてもよい。例えば、図２Ａに示されるように、薄い導電性層１２８は、キャリア担体１０３の一部の上にノッチ１１７、１１９と共に配列するパターンで配置されてもよい。
【００６３】
薄い導電性層は、例えば（充填された）導電性ポリマーまたは銀インクであってもよい。導電性層の厚さは、例えば約１ミクロンであり、極めて薄くてもよい。薄い導電性層１２８の最低限の厚さ決定のための一般基準は、この層で消費された部分的な力ｐ＝（Ｊ／Ｖ）ｐ（Ｌ０２／ｄ）が約１０−５以下で、式中、Ｊは電流密度、Ｖは電圧、Ｌ０は薄い導電性層１２８の厚さ（おおよそ、第一と第二の装置モジュールの間におけるギャップ幅）、およびｐおよびｄはそれぞれ抵抗率と導電層１２８の厚さである。数字的な一例として、多くの用途の場合、（Ｊ／Ｖ）はおおよそ０．０６Ａ／Ｖｃｍ２である。Ｌ０＝４００ミクロン＝０．０４ｃｍの場合、その結果ｐはおよそ１０−４（ｐ／ｄ）に等しい。従って、抵抗率ｐが約１０−５Ωｃｍであったとしても（良好なバルク導電体の約１０分の１以下）、ｄは約１ミクロン（１０−４ｃｍ）の厚さである。従って、ほとんどあらゆる妥当な厚さの比較的抵抗性が高いポリマー導体でも機能する。
【００６４】
第一の装置モジュール１０１は、薄い導電性層１２８の一部を露出したままバックプレーン１０８を薄い導電性層１２８に電気的に接触させるべくキャリア担体１０３に取り付けられてもよい。従って、電気接点は、露出された薄い導電性層１２８の部分と第二の装置モジュール１１１の露出された底面電極１１４の部分との間に形成される。例えば、導電体１２９の隆起（例えば、より導電性が高い接着剤）は、薄い導電性層１２８上において底面電極１１４の露出部分と配列する位置に配置されてもよい。第二の装置モジュール１１１がキャリア担体に取り付けられる場合、導電体１２９の隆起は、底面電極１１４の露出部分との接点を形成するよう十分に高くされている。ノッチ１１７、１１９の寸法は、基本的には、薄い導電性層１２８が第二の装置モジュール１１１のバックプレーン１１８と望ましくない接触を形成することのないように選択される。例えば、底面電極１１４の縁部は、絶縁層１１６に対して約４００ミクロンの縮小ＣＢｉの量だけ縮小されてもよい。バックプレーン１１８は、絶縁層１１６に対してＣＢｉよりも十分大きいＣＢ２量だけ縮小されてもよい。
【００６５】
装置層１０２、１１２は、好ましくは、例えばロール対処理システムのような大規模生産が可能な種類である。装置層１０２、１１２に利用可能な数多くの様々な種類の装置構造が存在している。一般性を失わずに、一例として、図２Ａの挿入図は、装置層１０２のＣＩＧＳ活性層１０７の構造および関連する層を示す。一例として、活性層１０７は、ＩＢ、ＩＩＩＡおよびＶＩＡ族の元素を含む材料に基づく吸収層１３０を含んでもよい。好ましくは、吸収層１３０は、ＩＢ族の元素として銅（Ｃｕ）を、ＩＩＩＡ族の元素としてガリウム（Ｇａ）および／またはインジウム（Ｉｎ）および／またはアルミニウムを、ＶＩＡ族の元素としてセレン（Ｓｅ）および硫黄（Ｓ）、もしくはセレン（Ｓｅ）または硫黄（Ｓ）を含む。前記の材料（ＣＩＧＳ材料と呼ばれる場合もある）の例は、共に本明細書に参照されて組み込まれる、２００１年７月３１日にエバスペーチャらにより発行された米国特許第６，２６８，０１４号、および２００４年１１月４日公開のビュレント・バサルによる米国特許出願第ＵＳ  ２００４−０２１９７３０  Ａｌ号に記載されている。窓層１３２は、一般に、吸収層１３０と透明導電膜１０９との間の分岐パートナーとして用いられる。一例として、窓層１３２は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、またはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、もしくはこれらの２つ以上の組み合わせを含む場合がある。これらの材料の層は、例えば、化学浴堆積または化学的表面堆積によって、約５０ｎｍから約１００ｎｍの厚さに堆積されてもよい。底面電極とは金属が異なる層１３４は、底面電極１０４からの金属の拡散を防ぐために底面電極１０４および吸収層１３０の間に堆積されてもよい。例えば、底面電極１０４がアルミニウムからなる場合、層１３４はモリブデンの層であってもよい。これは、電荷を伝達し特定の保護特性を提供するのに役立つ。さらに、層１３と類似した材料の別の層１３５も、層１３４およびアルミニウム層１０４の間に適用されてもよい。材料は層１３と同一か、層１３のために記載した一連の材料から選択された別の材料であってもよい。場合により、別の層１３７を層１０４の反対面に適用してもよい。材料は層１３５と同一か、層１３のために記載した一連の材料から選択された別の材料であってもよい。本明細書に記載の任意の実施形態において、図５および６の実施形態を制限せずに、層１３５および１３７、もしくは層１３５または１３７に類似の保護層が箔の周りに適用されてもよい。
【００６６】
ＣＩＧＳ太陽電池は、例示目的として述べられたが、当業者にとって、一連の相互接続技術の実施形態は、ほとんど全ての種類の太陽電池構造に適用できることを認めるであろう。前記太陽電池の例は、非晶質シリコンにもとづく太陽電池、グレッツェル太陽電池構造（場合によって、透明膜は直径数ナノメートルのサイズで、集光のために膜を増感するために荷電伝達色素の単層で被覆した二酸化チタン粒子を含む）、有機半導体材料により孔が満たされた多孔質無機半導体テンプレートを有するナノ構造層（例えば、本明細書に参照されて組み込まれる、米国特許出願第ＵＳ  ２００５−０１２１０６８  Ａｌ号）、ポリマー／混合太陽電池構造、有機色素、および／またはＣ６０分子および／またはその他の低分子、微結晶シリコン太陽電池構造、ランダムに配置された無機素材のナノロッドおよび／または有機マトリックス内に配置されたテトラポッド、量子ドットにもとづく太陽電池、もしくは上記の組み合わせ含むがそれに限定されない。さらに、本明細書で述べられた一連の相互接続技術の実施形態は、太陽電池以外にも他の光電子装置に使用可能である。
【００６７】
あるいは、光電子装置１０１、１１１は、有機発光素子（ＯＬＥＤ）などの発光素子であってもよい。ＯＬＥＤの例は、発光ポリマー（ＬＥＰ）にもとづく装置を含む。前記の場合において、活性層１０７は、底面電極１０４上に例えばウェブ被覆などによって一般的に５０から２００ｎｍの厚さで堆積される可能性があるポリ（３、４）エチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の層を含み、水を除去するために焼成される場合がある。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、ドイツ、レバークーゼン所在のバイヤー・コーポレイションから入手可能である。ポリフルオレンにもとづくＬＥＰは、次にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層上に約６０−７０ｎｍの厚さで（例えばウェブ被覆などによって）堆積されてもよい。適したポリフルオレンにもとづくＬＥＰはダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能である。
【００６８】
透明導電膜１０９は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはアルミニウムでドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）であってもよく、スパッタリング、蒸着、ＣＢＤ、電気メッキ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ等を含むがそれに限定されない任意の様々な方法を用いて堆積可能である。あるいは、透明導電膜１０９は、例えば、回転、浸漬、または噴霧被覆などを用いて堆積可能な、ドープされたＰＥＤＯＴ（ポリ−３、４−エチレンジオキシチオフェン）透明導電性ポリマー層を含んでもよい。ＰＳＳ：ＰＥＤＯＴはドープされた、ジエチルで架橋された複素環チオフェン環にもとづく導電性ポリマーである。ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＳＳ）でドープされたＰＥＤＯＴの水分散液は、マサチューセッツ州、ニュートン所在のＨ．Ｃ．スタルクからバイトロン（登録商標）Ｐの商標名で入手可能である。バイトロン（登録商標）は、ドイツ、レバークーゼン所在のバイヤー・アクチェンゲゼルシャフトの登録商標である。その導電性に加えて、ＰＳＳ：ＰＥＤＯＴは、装置の性能を向上させる平坦化層として使用することもできる。ＰＥＤＯＴを使用する場合に考えられる不利益として一般的なコーティングの酸性特性があり、ＰＥＤＯＴが太陽電池中の他の材料に対して化学的に攻撃・反応、分解の原因となることがある。ＰＥＤＯＴ中の酸成分の除去は、アニオン交換処理によって行ってもよい。非酸性ＰＥＤＯＴは、市販品を購入することができる。あるいは、類似の材料をコロラド州、ウィートリッジ所在のＴＤＡマテリアルから例えばオリゴトロン（商標）およびアデトロン（商標）を購入することもできる。
【００６９】
第一の装置モジュール１０１および第二の装置モジュール１１１間のギャップは、硬化性ポリマーエポキシ、例えばシリコンにより満たされてもよい。環境抵抗、例えば水または空気への暴露に対する保護を提供するため、任意のカプセル材料の層（不図示）により配置１００を被覆することも可能である。カプセル材料は、下の層を保護するためにＵＶ光を吸収してもよい。適したカプセル材料の例は、ＴＨＶ（例えば、ダイニオンのＴＨＶ２２０フッ酸ポリマー、テトラフルオロエチレンの熱可塑性フッ化ポリマー、ヘクサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリジン）、テフゼル（登録商標）（デュポン）、テフデル、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑性物質、ポリイミド、ポリアミド、プラスチックおよびガラスのナノラミネート複合材料（例えば、本明細書で参照されて組み込まれる、同一出願人による同時係属出願のブライアン、セイガーおよびマーティン、ロッシュアイゼンによる「無機／有機ハイブリッドナノ積層バリアフィルム」と題する米国特許出願第２００５−００９５４２２  Ａｌ号に記載されたような障壁膜）、ならびに上記の組み合わせといった一つ以上のフルオロポリマー層を含む。
【００７０】
本発明の実施形態による相互接続された装置製造のための数多くの様々な方法がある。例えば、図３はそのような方法の一つを説明している。この方法において、例えば図２Ａ−２Ｂに関して記載されるように、装置は活性層を底面電極および透明導電膜の間に含む連続的な装置シート２０２で製造される。装置シート２０２は、図２Ａに図示された接点１２０のような接点２０３でもパターン化される。接点２０３は、導電性トレース（不図示）によって上述のように電気的に接続されてもよい。絶縁層２０４およびバックプレーン２０６も連続シートとして製造される。図３に示される例においては、絶縁層２０４は、例えばバックプレーン層２０６の同様のノッチ２０７と整列するノッチ２０５を形成するよう縮小されている。バックプレーン層２０６のノッチは、絶縁層２０４のノッチよりも大きい。装置シート２０２、絶縁層２０４およびバックプレーン層は一体に重ね合わされ、絶縁層２０４を装置シート２０２およびバックプレーン２０６の間に有する積層板２０８を形成する。次に、積層板２０８はノッチ２０５、２０７を横切る点線に沿って２つ以上の装置モジュールＡ、Ｂに切断される。導電性接着剤２１０（例えば、導電性ポリマーまたは銀インク）のパターンは、次にキャリア担体２１１上に堆積される。モジュールはキャリア担体２１１に接着される。導電性接着剤２１０のより広い領域２１２は、モジュールＡのバックプレーン２０６と電気接点を形成する。導電性接着剤２１０のフィンガー２１４は、より広い領域２１２から外に突き出る。フィンガー２１４はモジュールＢのノッチ２０５、２０７と整列する。ノッチ２０５、２０７を通じたモジュールＢの底面電極との電気接点を容易にするように、フィンガー２１４上に追加の導電性接着剤を配置してもよい。好ましくは、導電性接着剤２１０がモジュールＢのバックプレーン２０６と望ましくない電気接点を形成しないように、フィンガー２１４はバックプレーン２０６のノッチ２０７よりも細い。
【００７１】
図３に図示された実施形態において、装置シート、絶縁層、およびバックプレーンは個別のモジュールに切断される前に一体に重ね合わされる。別の実施形態において、層は最初に切断され、次にモジュールに（重ね合わせによって）組み立てられてもよい。例えば、図４に示されるように、第一および第二の装置モジュールＡ’、Ｂ’は、予め切断された装置層３０２Ａ、３０２Ｂ、絶縁層３０４Ａ、３０４Ｂ、およびバックプレーン３０６Ａ、３０６Ｂがそれぞれ重ね合わされてもよい。各装置層３０２Ａ、３０２Ｂは、活性層を透明導電膜および底面電極の間に含む。少なくとも一つの装置層３０２Ａは、上述のタイプの電気接点３０３Ａ（および任意で導電性トレース）を含む。
【００７２】
この例において、絶縁層３０４Ｂがバックプレーン３０６Ｂの端から突出するように、モジュールＢのバックプレーン３０６Ｂは単純に絶縁層３０４Ｂより短くすることで縮小されていた。同様に、絶縁層３０４Ｂは、装置層３０２Ｂより短く、またはより具体的には、装置層３０２Ｂの底面電極より短くすることで縮小されていた。予め切断された層が一体に重ね合わされてモジュールＡ’、Ｂ’を形成した後、モジュールはキャリア担体３０８に取り付けられ、モジュールＡ’のバックプレーン３０６ＡおよびモジュールＢ’の装置層３０２Ｂの底面電極の間に電気的接続が作製される。図４に示される例では、導電性接着剤３１０を通じて隆起した部分３１２との接点が形成され、モジュールＢ’のバックプレーン３０６Ｂとの望ましくない接点の形成を避ける一方で、底面電極との接点を作製する。
【００７３】
図５Ａ−５Ｂは、図４に示す方法である導電性接着剤の使用を減らす変化を示している。第一および第二の装置モジュールＡ”、Ｂ”は、図５Ｂに示されるように予め切断された装置層４０２Ａ、４０２Ｂ、絶縁層４０４Ａ、４０４Ｂ、およびバックプレーン層４０６Ａ、４０６Ｂから組み立てられ、キャリア担体４０８に取り付けられる。図５Ｂに示されるように、絶縁電気接点４０３Ａは、装置層４０２Ａ、底面電極４０５Ａおよび絶縁層４０６Ａにより電気接点を形成する。モジュールＢ”の絶縁層４０４Ｂおよびバックプレーン４０６Ｂの前縁は、図４に関して記載されるように装置層４０２Ｂに対して縮小される。一方、電気接点を容易にするため、モジュールＡ”のバックプレーン４０６Ａの後縁は、装置層４０２Ａおよび絶縁層４０４Ａの後縁を越えて広げられる。結果として、モジュールＢ”の装置層４０２ＢはモジュールＡ”のバックプレーン４０６Ａと重なる。図５Ｂに示されるように、バックプレーン４０６Ａの露出部分４０７Ａ上の導電性接着剤４１２の隆線は、装置層４０２Ｂの底面電極４０５Ｂの露出部分との電気接点を形成する。
【００７４】
上述の方法の好ましい実施形態において、個々のモジュールは、例えば、上述のように製造され、次に歩留まり試験のために仕分けられてもよい。例えば２つ以上の装置モジュールは、光電子的効率、開路電圧、短絡回路電流、充填率など、一以上の性能特性に関する試験が行われる場合がある。性能の受け入れ基準を満たす、もしくは越える装置モジュールを配列中で使用することができ、一方、受け入れ基準を満たさないものは破棄してもよい。受け入れ基準の例として、光電子的効率または開路電圧の閾値または許容範囲がある。装置モジュールを個別に仕分け、配列に整列させることで、一体として装置の配列を製造するより高い歩留まりを得ることができる。
【００７５】
電気接点１２０の考察において、透明導電膜およびバックプレーンの間にビアホールが形成され、絶縁体により被覆され、導電性材料により満たされていた。別の実施形態において、透明導電膜およびバックプレーンの間の結合は底面電極の一部を電気接点の一部として用いることで達成される。図６Ａ−６Ｈはどのようにこれが行われるかの例を説明する。具体的には、（図６Ａに示されるように）透明導電膜５０２（例えば、Ａｌ：ＺｎＯ，  ｉ：ＺｎＯ）、活性層５０４（例えば、ＣＩＧＳ）、底面電極５０６（例えば、１００μｍのＡｌ）、絶縁層５０８（例えば５０μｍのＰＥＴ）、およびバックプレーン５１０（例えば、２５μｍのＡｌ）を有する構造５００から開始される。好ましくは、バックプレーン５１０は、絶縁層５０８として絶縁接着剤を用いて底面電極５０６に重ねあわせられる薄いアルミテープのかたちである。これにより、製造が大幅に簡略化され、材料コストが低減する。
【００７６】
電気接点５１２は、図６Ｂに示されるように、底面電極５０６とバックプレーンとの間に、一つ以上の場所に形成することができる。例えば、スポット溶接は絶縁層５０８を通じて、例えばレーザー溶接を用いて形成されてもよい。この様な処理は、電気接点を一段階で形成できるとの理由から魅力的である。あるいは、電気接点５１２は、穴開けプロセスを通じてバックプレーン５１０および絶縁層５０８を通じて底面電極まで止まり穴を形成し、その止まり穴をはんだまたは導電性接着剤のような導電性材料により満たしてもよい。
【００７７】
図６Ｃに示されるように、トレンチ５１４は、次に電気接点５１２の周りに閉鎖環（例えば、円）状に形成することができる。閉鎖環トレンチ５１４は、透明導電膜５０２、活性層５０４、および底面電極５０６を通じてバックプレーン５１０まで切断する。トレンチ５１４は、底面電極５０６、活性層５０４、および透明導電膜５０２の一部を構造５００の残りの部分から分離する。トレンチ５１４を形成するため、レーザー加工などの技術が用いられる。レーザー溶接が電気接点５１２を１回のレーザービームで形成し、二回目のレーザービームがトレンチ５１４を形成する場合、２つのレーザーを構造５００の反対面から互いに予め位置合わせしてもよい。予め位置合わせした２つのレーザーにより、電気接点５１２およびトレンチ５１４を一段階で形成することもでき、それゆえに、全体的な処理速度が向上する。
【００７８】
分離トレンチの形成工程は、透明導電膜５０２および底面電極５０６の間に電気的短絡５１１、５１７を引き起こす可能性がある。トレンチ５１４の外壁５１３に形成された望ましくない短絡５１１を電気的に分離するため、図６Ｄに示されるように、透明導電膜および活性層を通じて底面電極５０６まで分離トレンチ５１６が形成される。分離トレンチ５１６は、閉鎖環トレンチ５１４を取り囲み、トレンチの外壁５１３の短絡５１１を構造５００の他の部分から電気的に分離する。レーザースクライビング工程により分離トレンチ５１６を形成することもできる。スクライビングされる材料が薄くなるほど、分離トレンチ５１６の形成から生じる望ましくない短絡の可能性は低減する。
【００７９】
透明導電膜５０２および底面電極５０６の間における全ての短絡が望ましくないわけではない。トレンチ５１４の内壁５１５に沿った短絡５１７は、電気接点５１２への望ましい電気経路の一部を提供することができる。もし十分な量の短絡が存在するのであれば、電気接点は、図６Ｅ-６Ｆに図示されたように完成される。最初に、図６Ｅに示されるように、絶縁材料５１８を閉鎖環トレンチ５１４および分離トレンチ５１６に、例えば穴を中央にした「ドーナツ」パターンに配置する。次に、図６Ｆに図示されたように導電性フィンガー５２０を、トレンチ５１４によって取り囲まれた分離部分と非分離部分とを含む構造５００の一部に亘って配置する。絶縁材料５１８は、導電性フィンガー５２０の形成に適した十分な平面表面を提供するような方法で配置してもよい。電気接点は、トレンチ５１４の外側の非分離部分の透明導電膜５０２とバックプレーン５１０との間において、フィンガー５２０、分離部分の透明導電膜、トレンチ５１４の内壁上の電気的短絡５１７、トレンチ５１４の内側の底面電極５０６の一部、および電気接点５１２を通じて作製される。
【００８０】
あるいは、短絡５１７が十分な電気接点を提供しない場合、穴開けと充填の処理により、フィンガー５２０および底面電極５０６の分離部分の間に電気接点を提供してもよい。図６Ｇ-６Ｉに図示された別の実施形態において、図６Ｇに示されるように配置された場合に絶縁材料５１８’が分離部分を覆う可能性がある。分離部分を覆う絶縁材料５１８’は、図６Ｈに示されるように底面電極５０６を開口部５１９から露出させるため、例えば相当部分の透明導電膜５０２および活性層５０４に沿って、レーザー加工、または穴開けまたは打ち抜き等の機械的処理によって取り除くこともできる。上述のように、導電性材料５２０’は導電性フィンガーを形成する。導電性材料は、開口部５１９を通じて露出された底面電極５０６との接点を形成し、図６Ｉに示されるように望ましい電気接点が完成する。
【００８１】
図６Ａ-６Ｉに関する上述の技術にはいくつかの変更があることに留意されたい。例えば、一部の実施例では、閉鎖環トレンチが形成されて絶縁材料により満たされた後に、電気接点５１２を作製することが望ましい場合がある。電気接点の形成に関し、上述の工程にはいくつかの利点がある。工程段階が簡略化される。バックプレーンを覆うことを気に掛けずに絶縁層を配置することはより容易である。この工程により、平面表面にフィンガー５２０、５２０’を配置することが可能になる。信頼性のある電気接点は、底面電極５０６とバックプレーン５１０との間にレーザー溶接によって形成することができる。さらに、電気的短絡は、１００％の歩留まりを危険にさらすことなく分離することができる。
【００８２】
本発明の実施形態は、直列接続した光電子装置の大規模配列の比較的低コスト製造を促進する。より大きな装置は、バックプレーンおよび透明導電膜の間における装置モジュールの層を貫通する接点を通じた接続の結果として、シート抵抗低減のために直列に接続される可能性がある。導電トレースはさらにシート抵抗を低減させることができる。より大きな装置は、より少ない接続で配列されてもよい。
【００８３】
説明のために本明細書で述べられた例は、直列に接続された２つの光電子装置モジュールのみを示しているが、三つ以上のこのような装置モジュールも本発明の実施形態に従って結合される場合もあることが理解されるであろう。
【００８４】
第一の装置モジュール１０１および第二の装置モジュール１１１の間におけるギャップは、例えばエポキシまたはシリコンなどの硬化性ポリマーにより満たされてもよい。環境抵抗、例えば、水または空気への暴露に対する保護のため、任意のカプセル材料の層（不図示）で配置１００を覆うことも可能である。カプセル材料は、下の層を保護するためにＵＶ光を吸収してもよい。適したカプセル材料の例は、ＴＨＶ（例えば、ダイニオンのＴＨＶ２２０フッ酸ポリマー、テトラフルオロエチレンの熱可塑性フッ化ポリマー、ヘクサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリジン）、テフゼル（登録商標）（デュポン）、テフダル、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑性物質、ポリイミド、ポリアミド、プラスチックおよびガラスのナノラミネート複合材料（例えば、本明細書で参照されて組み込まれる、同一出願人による同時係属出願のブライアン・セイガーおよびマーティン・ロッシュアイゼンによる「無機／有機ハイブリッドナノ積層フィルム」と題する米国特許出願第２００５-００９５４２２  Ａｌ号に記載されたような障壁膜）、ならびに上記の組み合わせといった一つ以上のフルオロポリマー層を含む。
【００８５】
さらに、濃度、量、およびその他の数的データを本明細書に範囲の形式で示すこともできる。当該範囲形式は単に利便性と簡潔性のために利用され、範囲の境界として明確に列挙された数値だけでなく、数値または部分的な範囲が明確に列挙されるかのように含む個別の数値または部分的な範囲の全ての範囲を含めて柔軟に解釈されるべきであることが理解される。例えば、約１ｎｍから約２００ｎｍの厚さの範囲は、約１ｎｍおよび約２００ｎｍと明確に列挙された限界のみを含むのではなく、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍといった個別のサイズ、および１０ｎｍから５０ｎｍ、２０ｎｍから１００ｎｍ等．．．といった部分的な範囲も例示的に含む（がそれに限定されない）と解釈されなくてはならない。
【００８６】
本明細書で考察され、または引用された文献は、本出願の提出日前の開示のみが提供されている。先行発明にもとづいて当該文献に先行する権限は本発明にはないため、本明細書中のいかなる内容も承認としては解釈されない。さらに、提供された公開の日付は、実際の公開日とは異なる可能性もあり、個別に確認が必要である可能性がある。本明細書で述べられた全ての文献は、引用された文献と関連した構造および方法、もしくは構造または方法を開示・説明するために本明細書に参照されて組み込まれる。具体的には、以下の出願書が本明細書に参照されて組み込まれる：２００４年９月１８日申請の「箔担体上でのＣＩＧＳ吸収層の形成」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／９４３，６８５号、２００５年１月２０日申請の「一連の相互連結された光電子デバイスモジュールアッセンブリ」と題する米国特許出願シリアル番号第１１／０３９，０５３号、２００５年８月１６日申請の「複合導体担体を有する光電子技術」と題する米国特許出願シリアル番号第１１／０３９，０５３号、２００４年２月２日申請の「導電性コーティングにより絶縁性テンプレートから作製された光電池装置」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／７７１，２５０号。
【００８７】
上記は本発明の好ましい実施形態の完全な説明であるが、様々な選択肢、修正および同等物を用いる可能性がある。従って、本発明の範囲は、上記の説明に準拠して決定されてはならず、代わりに、添付の特許請求の範囲に準拠して相当物の完全な範囲と共に決定されるべきである。特許請求の範囲において、不定冠詞の「一つ」は、他に明確に述べる場合を除いて、冠詞の後に続く一つまたはそれ以上の項目の量を意味する。添付の特許請求の範囲は、そのような限定が「手段」と所定の請求項に明確に説明されない限りは、手段及び機能の限定を含むと解釈されない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態による吸収層の製造を示す模式断面図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による光電子装置の配列の一部を示す模式縦断面図。
【図２Ｂ】図２Ａの配列を示す模式平面図。
【図２Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂの光電子装置用の別の配線パターンを示す模式平面図。
【図２Ｄ】図１Ａ及び図１Ｂの光電子装置用の別の配線パターンを示す模式平面図。
【図２Ｅ】図１Ａ及び図１Ｂの光電子装置用の別の配線パターンを示す模式平面図。
【図３】本発明の一実施形態による光電子装置の配列の製造の流れを示す模式フロー図。
【図４】本発明の別の実施形態による光電子装置の配列の製造を示す模式分解図。
【図５Ａ】本発明の更に別の実施形態による光電子装置の配列の製造を示す模式分解図。
【図５Ｂ】図４の配列の一部を示す模式断面図。
【図６Ａ】〜
【図６Ｉ】本発明の実施形態による電気接点の形成を示す模式断面図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【国際調査報告】
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