(57)【要約】  組込型の光電池を備えるディスプレイと、関連するシステム、部品および方法とを開示する。
2009506360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板に支持された光電池と、
光電池に支持され、かつ、動作可能に光電池に接続されたディスプレイと、を備える物品であって、
ディスプレイが電気的に作動されないとき、ディスプレイは透明または半透明であり、
ディスプレイが電気的に作動されるとき、ディスプレイは不透明である物品。
【請求項２】
物品は可撓性である請求項１に記載の物品。
【請求項３】
厚さは約５ｍｍ以下である請求項１に記載の物品。
【請求項４】
ディスプレイは、宣伝物、新聞、名刺、雑誌または書籍のうちの少なくとも一部を含む請求項１に記載の物品。
【請求項５】
ディスプレイは、固定の画像、広告、パターン、文字またはロゴを示すように構成されている請求項１に記載の物品。
【請求項６】
ディスプレイは、アニメーションの画像、広告、パターン、文字またはロゴを示すように構成されている請求項１に記載の物品。
【請求項７】
ディスプレイはパッシブマトリクスを含む請求項１に記載の物品。
【請求項８】
ディスプレイは電気泳動ディスプレイまたはエレクトロクロミックディスプレイを含む請求項１に記載の物品。
【請求項９】
光電池は光活性層を含む請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
光活性層は電子供与性材料および電子受容性材料を含む請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含む請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
電子受容性材料は置換フラーレンを含む請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
電子供与性材料は、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレンおよびポリイソチアナフタレンから選択された材料を含む請求項１０に記載の物品。
【請求項１４】
電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含む請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
光電池は２つの電極を含む請求項９に記載の物品。
【請求項１６】
光電池は光活性層と２つの電極のうちの一方との間にホールブロック層を含む請求項１５に記載の物品。
【請求項１７】
ホールブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物およびそれらの組み合わせから選択された材料を含む請求項１６に記載の物品。
【請求項１８】
光電池は光活性層と２つの電極のうちの一方との間にホールキャリア層を含む請求項１５に記載の物品。
【請求項１９】
ホールキャリア層は、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含む請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
ディスプレイの動作用の追加の電源または電子デバイスを必要としないように構成されている請求項１に記載の物品。
【請求項２１】
基板と、
基板に支持された光電池と、
光電池に支持され、かつ、動作可能に光電池に接続されたディスプレイと、を備える物品であって、
ディスプレイが第１の状態にあるとき、ディスプレイは透明または半透明であり、
ディスプレイが第２の状態にあるとき、ディスプレイは不透明である物品。
【請求項２２】
第１の状態および第２の状態はいずれも電気的な状態である請求項２１に記載の物品。
【請求項２３】
ディスプレイの動作用の追加の電源または電子デバイスを必要としないように構成されている請求項２１に記載の物品。
【請求項２４】
ディスプレイが透明または半透明である第１の条件の組の下でディスプレイを動作させる工程と、
ディスプレイが不透明である第２の条件の組の下でディスプレイを動作させる工程と、
１つ以上の光電池によってディスプレイに動力が供給されることと、からなる方法。
【請求項２５】
ディスプレイの電気的な状態を変化させる工程によって、ディスプレイを透明または半透明から不透明へ変化させる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ディスプレイの電気的な状態を変化させる工程によって、ディスプレイを不透明から透明または半透明へ変化させる請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ディスプレイの電気的な状態を変化させる工程によって、ディスプレイを不透明から透明または半透明へ変化させる請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
物品はディスプレイの動作用の追加の電源または電子デバイスを必要としないように構成されている請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は組込型の光電池を備えるディスプレイと、関連するシステム、部品および方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池は、光形態のエネルギーを電気形態のエネルギーへ変換するために一般に用いられる。典型的な光電池では、２つの電極の間に光活性材料が配置されている。一般に、光は一方または両方の電極を通過し、光活性材料と相互作用して、電気エネルギーへ変換される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
一態様では、本発明は、基板と、基板に支持された光電池と、光電池に支持され、かつ、動作可能に光電池に接続されたディスプレイとを備える物品を特徴とする。このディスプレイは、電気的に作動されないときには透明または半透明であり、電気的に作動されるときには不透明である。
【０００４】
別の態様では、本発明は、基板と、基板に支持された光電池と、光電池に支持され、かつ、動作可能に光電池に接続されたディスプレイとを備える物品を特徴とする。このディスプレイは、第１の状態にあるときには透明または半透明であり、第２の状態にあるときには不透明である。
【０００５】
さらに別の態様では、本発明は、ディスプレイが透明または半透明である第１の条件の組の下でディスプレイを動作させる工程と、ディスプレイが不透明である第２の条件の組の下でディスプレイを動作させる工程とを含む方法を特徴とする。このディスプレイには１つ以上の光電池によって動力が供給される。
【０００６】
実施形態には、次の態様のうちの１つ以上が含まれてよい。
物品は可撓性であってよい。
物品の厚さは約５ｍｍ以下であってよい。
【０００７】
ディスプレイは、宣伝物、新聞、名刺、雑誌または書籍のうちの少なくとも一部を含んでよい。一部の実施形態では、ディスプレイは、固定の画像、アニメーションの画像、広告（ｓｉｇｎａｇｅ）、パターン、文字またはロゴを示すように構成されてよい。他の実施形態では、ディスプレイは、アニメーションの画像、広告、パターン、文字またはロゴを示すように構成されてよい。
【０００８】
ディスプレイはパッシブマトリクスを含んでよい。
ディスプレイは電気泳動ディスプレイまたはエレクトロクロミックディスプレイを含んでよい。
【０００９】
ディスプレイは光電池上に配置されてよい。一部の実施形態では、光電池はディスプレイ上に配置されてよい。
光電池は光活性層を含んでよい。一部の実施形態では、光活性層は電子供与性材料および電子受容性材料を含んでよい。
【００１０】
電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマ
ーおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。一部の実施形態では、電子受容性材料は置換フラーレンを含んでよい。
【００１１】
電子供与性材料は、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレンおよびポリイソチアナフタレンから選択された材料を含んでよい。一部の実施態様では、電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含んでよい。
【００１２】
光電池は２つの電極をさらに含んでよい。一部の実施形態では、光電池は光活性層と２つの電極のうちの一方との間にホールブロック層またはホールキャリア層をさらに含んでよい。
【００１３】
ホールブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物およびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。
ホールキャリア層は、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。
【００１４】
第１の状態および第２の状態はいずれも電気的な状態であってよい。一部の実施形態では、ディスプレイの電気的な状態を変化させる工程によって、ディスプレイを透明または半透明から不透明へ変化させることが可能である。一部の実施形態では、ディスプレイの電気的な状態を変化させる工程によって、ディスプレイを不透明から透明または半透明へ変化させることが可能である。
【００１５】
物品はディスプレイの動作用の追加の電源または電子デバイスを必要としないように構成されてよい。
実施形態では、次の１つ以上の利点が提供されてよい。
【００１６】
寿命の短い品目（すなわち、雑誌または新聞）において物品が用いられる実施形態では、物品は、比較的短い動作寿命（例えば、数時間または数日間）、比較的短い貯蔵寿命（例えば、１ヶ月）またはその両方を有することが可能である。
【００１７】
他の特徴、目的および利点は、明細書、図面および特許請求の範囲から明らかとなる。
様々な図面において、同様の参照符号は同様の要素を示す。
一般に、本開示は組込型の光電池を備えるディスプレイに関する。図１には、基板１０１、ディスプレイ１０２および光電池１０３を備える物品１００を示す。光電池１０３はディスプレイ１０２上に配置されており、ディスプレイ１０２は基板１０１上に配置されている。光電池１０３およびディスプレイ１０２は、電気的な接続Ａ，Ｂを介して動作可能に接続されている。図１に示すように、光（例えば、屋内光、屋外光）は光電池１０３に衝突し、光電池１０３は、接続Ａ，Ｂを介してディスプレイ１０２へ伝達される、電流を生成する。これによって、ディスプレイ１０２が作動される。図１には光が光電池１０３に衝突するように示したが、一部の実施形態では、光は基板１０１に衝突することが可能である。一定の実施形態では、光は基板１０１および光電池１０３の両方に衝突することが可能である。
【００１８】
図２には、物品２００を示す。物品２００は、基板１０１、ディスプレイ１０２および光電池１０３を備え、ディスプレイ１０２が光電池１０３上に配置され、光電池１０３が基板１０１上に配置されるように構成されている。物品２００では、光電池１０３およびディスプレイ１０２は、電気的な接続Ｃ，Ｄを介して動作可能に接続されている。図２に示すように、光（例えば、屋内光、屋外光）はディスプレイ１０２に衝突する。光のうち
の少なくとも一部はディスプレイ１０２を通過して光電池１０３に衝突し、接続Ｃ，Ｄを介してディスプレイ１０２へ伝達される、電流を生成する。これによって、ディスプレイ１０２が作動される。図２には光がディスプレイ１０２に衝突するように示したが、物品２００の一部の実施形態では、光は、光電池２００に衝突する前に、物品２００の基板１０１に衝突することが可能である。物品２００の一定の実施形態では、光は、光電池１０３に衝突する前に、基板１０１およびディスプレイ１０２の両方に衝突することが可能である。
【００１９】
一般に、当該技術分野において既知の適切な材料から、ディスプレイ１０２を形成することが可能である。物品１００においては、不透明材料、半透明材料または透明材料からディスプレイ１０２を形成することが可能である。物品２００においては、通常、半透明材料または透明材料からディスプレイ１０２を形成する。一定の実施形態では、ディスプレイ１０２を着色または染色することが可能である。一部の実施形態では、ディスプレイ１０２を設計すること、ディスプレイ１０２に模様を付けること、縞模様をつけること、または絵を付けることが可能である。これらの選択肢の組み合わせを用いることが可能である。一定の実施態様では、ディスプレイ１０２において、異なる領域を異なる材料から形成することが可能である。
【００２０】
一定の実施形態では、ディスプレイ１０２はパッシブマトリクスを含んでよい。一部の実施形態では、ディスプレイ１０２は電気泳動ディスプレイまたはエレクトロクロミックディスプレイを含んでよい。図１に示す実施形態では、ディスプレイ１０２は、例えば、固定の画像、アニメーションの画像、広告、パターン、文字またはロゴを示すように構成されてよい。
【００２１】
一部の実施形態では、物品１００は複数のディスプレイ１０２および複数の光電池１０３を備える。
典型的には、物品１００の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約５，０００μｍ以下（例えば、約１，０００μｍ以下、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）またはその両方である。一部の実施形態では、物品１００を、宣伝物、新聞、名刺、ジャーナル誌、雑誌または書籍のうちの少なくとも一部として用いることが可能である。一定の実施形態では、物品１００は追加の電源（例えば、バッテリ）または別の電子デバイス（例えば、トランジスタ）を必要としない。
【００２２】
図３は、組込型の光電池２０３を備え、アニメーションを表示するまたは明滅するディスプレイ２０２を備える、図２に示した物品２００の概略図である。図３に示す実施形態では、電気による作動によって不透明材料に変化させることの可能な半透明材料または透明材料から、ディスプレイ２０２を形成することが可能である。図３（ａ）に示すように、光は半透明または透明なディスプレイ２０２を通過し、光電池２０３に入る。図３（ｂ）に示すように、次いで、光電池２０３は太陽エネルギーを電気に変換することが可能であり、この電気はディスプレイ２０２へ輸送される。電気による作動によって、ディスプレイ２０２は不透明になる。図３（ｃ）に示すように、不透明なディスプレイ２０２は光が光電池２０３へ到達することを阻止し、この結果、光電池２０３は電気の発生を停止する。図３（ｄ）に示すように、不透明なディスプレイ２０２へ電気が輸送されないと、ディスプレイ２０２は再び半透明または透明になる。ディスプレイ２０２が光の通過を可能とすると、光電池２０３は再び作動されて電気を発生することが可能であるので、このサイクルは自己反復することが可能である。このサイクルはアニメーションまたは明滅の効果を提供することが可能である。一部の実施形態では、物品２００はアニメーションまたは明滅のために追加の電源（例えば、バッテリ）または別の電子デバイス（例えば、トランジスタ）を必要としない。
【００２３】
一部の実施形態では、不透明材料、半透明材料または透明材料から基板１０１を形成することが可能である。本明細書では、物品１００に用いる厚さにて、動作中に用いられる一定の波長または一定の波長範囲の入射光の約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上）を透過させる材料を、透明材料と称する。代表的な波長または波長範囲は、約３００ナノメートル〜約８５０ナノメートルにある。不透明材料は、物品１００に用いる厚さにて、動作中に用いられる一定の波長または一定の波長範囲の入射光の約２０％以下（例えば、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下）を透過させる材料である。半透明材料は、物品１００に用いる厚さにて、透明材料の透過させる入射光の量と不透明材料の透過させる入射光の量との間の量の入射光を透過させる材料である。基板１０１を形成可能な代表的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルおよびポリエーテルケトンが含まれる。一定の実施形態では、ポリマーはフッ素化ポリマーであってよい。一部の実施形態では、ポリマー材料の組み合わせを用いる。一定の実施態様では、基板１０１において、異なる領域は異なる材料から形成され得る。
【００２４】
一般に、基板１０１は、可撓性、半剛性、または剛性であることが可能である（例えば、ガラスなど）。一部の実施形態では、基板２１０の曲げ弾性率は約５，０００ＭＰａ未満（例えば、約２，５００ＭＰａ未満、約１，０００ＭＰａ未満）である。一定の実施態様では、基板１０１において、異なる領域が可撓性、半剛性または不撓性であることが可能である（例えば、可撓性の１つ以上の領域および半剛性の異なる１つ以上の領域、可撓性の１つ以上の領域および不撓性の異なる１つ以上の領域など）。一部の実施形態では、基板１０１、ディスプレイ１０２および光電池１０３すべてを可撓性材料から形成する。
【００２５】
典型的には、基板１０１の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約５，０００μｍ以下（例えば、約１，０００μｍ以下、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）またはその両方である。
【００２６】
一般に、基板１０１は有色または無色であってよい。一部の実施形態では、基板１０１のうちの１つ以上の部分は有色であり、基板１０１のうちの異なる１つ以上の部分は無色である。
【００２７】
一般に、光電池１０３は、有機光電池、色素増感光電池またはハイブリッド光電池など、任意の適切な光電池であってよい。そのような光電池の他の例には、アモルファスシリコン、カドミウムセレン化物、カドミウムテルル物、銅インジウム硫化物、および銅インジウムガリウムセレン化物から形成される光活性材料を含む光電池が含まれる。
【００２８】
一部の実施形態では、光電池１０３は有機光電池である。図４には、有機光電池３００の断面図を示す。有機光電池３００は、基板３１０、カソード３２０、ホールキャリア層３３０、光活性層（電子受容性材料および電子供与性材料を含有する）３４０、ホールブロック層３５０、アノード３６０および基板３７０を備える。
【００２９】
一般に、使用中、光は基板３１０の表面に衝突し、基板３１０、カソード３２０およびホールキャリア層３３０を通過する。続いて、光は光活性層３４０と相互作用し、電子供与性材料から電子受容性材料へと輸送される電子を生じさせる。続いて、電子受容性材料によって、電子はホールブロック層３５０を通じてアノード３６０へと伝達され、電子供与性材料によって、ホールはホールキャリア層３３０を通じてカソード３２０へと輸送される。アノード３６０およびカソード３２０は、アノード３６０から負荷を通じてカソー
ド３２０へと電子が流れるように、外部の負荷を介して電気的に接続されている。
【００３０】
光活性層３４０の電子受容性材料は、フラーレンを含んでよい。一部の実施形態では、光活性層３４０は１つ以上の無置換フラーレンおよび１つ以上の置換フラーレンを含んでよい。無置換フラーレンの例には、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４およびＣ９２が含まれる。置換フラーレンの例には、Ｃ６１−フェニル酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）およびＣ６１−フェニル酪酸グリシドールエステル（ＰＣＢＧ）が含まれる。
【００３１】
本明細書では、用語「フラーレン」は、複数の炭素原子を有する三次元炭素骨格を含む化合物（例えば、分子）を意味して用いられる。そのようなフラーレンの炭素骨格は一般に閉殻を形成するが、その形状は、例えば、球状または半球状であってよい。これに代えて、この炭素骨格は、例えば、管形状など、不完全な閉殻を形成してもよい。フラーレンの炭素原子は、一般に、４面体型のネットワークにおいて最も近い３つの隣接原子に結合している。用語「フラーレン」には、無置換フラーレンおよび置換フラーレンが含まれる。
【００３２】
無置換フラーレンはＣｊとして表すことができる。ここでｊは、炭素骨格の炭素原子の数に関連した整数である。例えば、Ｃ６０は、そのうちの１２が五角形、２０が六角形である３２の表面を含む、先端の切り取られた２０面体を形成する。他の適切なフラーレンには、例えば、Ｃｊが含まれる。ここで、ｊは５０以上であってよく、約２５０未満であってよい。無置換フラーレンは、一般に、元素炭素または含炭素種などの炭素源の高温反応によって生成可能である。例えば、充分な高温は、レーザ蒸発、電気アークまたは炎を用いて生成されてよい。炭素源を高温にさらすことによって炭素に富む堆積物が形成され、そこから様々な無置換フラーレンが得られる。通常、溶媒抽出およびクロマトグラフィの組み合わせを用いて、無置換フラーレンを精製することが可能である。
【００３３】
置換フラーレンには、ＰＣＢＭおよびＰＣＢＧなど１つ以上の置換基を含むフラーレンが含まれる。適切な置換基の例には、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、ヒドロキシル、ハロゲン、チオ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、シアノ、ニトロ、アシル、アシルオキシ、カルボキシルおよびカルボン酸エステルが含まれる。これらの置換基は、１つ以上の適切な置換基によってさらに置換されてよい。任意の適切な方法によって置換フラーレンを調製することが可能である。例えば、アルキルフラーレン誘導体は、フラーレンを有機アルキルリチウムまたはアルキルグリニャール試薬と反応させ、次いでハロゲン化アルキルと反応させることによって調製可能である。別の例として、ＰＣＢＭは、塩基の存在下、Ｃ６０を４−ベンゾイル酪酸メチル−ｐ−トシルヒドラゾンと反応させることによって調製可能である。ＰＣＢＭをさらに修飾して、他の置換フラーレン（例えば、ＰＣＢＧ）を得ることが可能である。
【００３４】
いかなる理論にも拘束されようとするものではなく、光活性層３４０に１つ以上の無置換フラーレンおよび１つ以上の置換フラーレンの混合物を含む光電池は、増強された熱安定性を示すと考えられる。例えば、一定期間に渡って高温で加熱した後、１つ以上の無置換フラーレンおよび１つ以上の置換フラーレンの混合物を含む光電池の受ける効率の変化は比較的小さいことがある。
【００３５】
一般に、置換フラーレンに対する無置換フラーレンの重量比は、所望に従って変更可能である。一定の実施形態では、置換フラーレンに対する無置換フラーレンの重量比は、約
１：２０以上（例えば、約１：１０以上、約１：５以上、約１：３以上、約１：１以上）、約１０：１以下（例えば、約５：１以下、約３：１以下）またはその両方であってよい。
【００３６】
一部の実施形態では、約５０℃以上（例えば、約１００℃以上、約１５０℃以上、約１７０℃以上、約２００℃以上、約２２５℃以上）の温度で約５分以上（例えば、約１０分以上、約１５分以上、約２０分以上、約３０分以上、約６０分以上、約１２０分以上）加熱した後の光電池３００の効率は、加熱前の効率の約５０％以上（例えば、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上）である。
【００３７】
光電池３００の効率は、約０．５％以上（例えば、約１％以上、約２％以上、約３％以上、約４％以上）であってよい。光電池の効率は、電池によって生成された電気エネルギーに対する電池に到達する太陽エネルギーの比に関連する。当該技術分野において既知の方法によって、光電池の効率を取得することが可能である。例えば、光電池に基づき導出される電流−電圧曲線から決定することが可能である一部の実施形態では、光活性層１４０の無置換フラーレンおよび置換フラーレンは、ほぼ相分離しない。
【００３８】
一部の実施形態では、光活性層３４０は１つ以上の非フラーレン電子受容性材料を含んでよい。適切な電子受容性材料の例には、オキサジアゾール、カーボンナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノ粒子）、無機ナノロッド（例えば、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、インジウム燐化物、カドミウムセレン化物および鉛硫化物のうちの１つ以上から形成されるナノロッド）、または電子を受容可能な部位もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ３基含有ポリマーなど）が含まれる。
【００３９】
光活性層３４０の電子供与性材料は、一般に共役部分を有する導電性高分子（例えば、共役有機ポリマー）を含んでよい。共役ポリマーは、重なり合ったπ軌道を有するという点に特徴を有する。この重なり合ったπ軌道が導電性に寄与する。また、共役ポリマーは、２つ以上の共鳴構造を仮定することが可能であるという点に特徴を有する場合もある。共役有機ポリマーは、その共役性を保持する限り、例えば、直鎖ポリマーであっても分岐ポリマーであってもよい。
【００４０】
適切な電子供与性材料の例には、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリチエニルビニレン、ポリチオフェン、ポリポルフィリン、ポルフィリン系大環状化合物、ポリメタロセン、ポリイソチアナフタレン、ポリフタロシアニン、ディスコティック液晶ポリマーおよびそれらの誘導体または組み合わせのうちの１つ以上が含まれる。代表的な電子供与性材料の誘導体には、ペンダント基（例えば、エポキシ、オキセタン、フランまたはシクロヘキセンオキシドなどの環状エーテル）を有する誘導体が含まれる。これに代えて、またはこれに加えて、これらの材料の誘導体には他の置換基が含まれてよい。例えば、電子供与体のチオフェン部分は、各チオフェン部位の３位などにフェニル基を含んでよい。別の例として、アルキル、アルコキシ、シアノ、アミノ、ヒドロキシ置換基のうちの１つ以上は、ポリフェニルアセチレン、ポリジフェニルアセチレン、ポリチオフェンおよびポリ（ｐ−フェニレンビニレン）共役ポリマーのうちのいずれに存在してもよい。一部の実施形態では、電子供与性材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。一定の実施形態では、光活性層３４０は電子供与性材料の組み合わせを含んでよい。
【００４１】
一部の実施形態では、光活性層３４０は、配向した電子供与性材料（例えば、液晶（ＬＣ）材料）、電気活性なポリマー系バインダキャリア（例えば、Ｐ３ＨＴ）および複数の
ナノ結晶（例えば、ＺｎＯ、ＷＯ３またはＴｉＯ２のうちの１つ以上を含む配向したナノロッド）を含む。液晶材料は、例えば、複数のディスコティックメソゲン単位を含むディスコティックネマティックＬＣ材料であってよい。各単位は、中心基および複数の電気活性な腕部を含んでよい。中心基は１つ以上の芳香環（例えば、アントラセン基）を含んでよい。各電気活性な腕部は、複数のチオフェン部位および複数のアルキル部位を含んでよい。光活性層内では、これらの単位を層および列に整合させることが可能である。隣接した列の単位の電気活性な腕部を交互に組み合わせて、単位間の電子移動を行わせることが可能である。また、電気活性なポリマー系キャリアを分散させ、ＬＣ材料間でさらに電子移動を行わせることも可能である。各ナノ結晶の表面は、ＬＣ材料およびポリマー系キャリアからナノ結晶への電子移動を行わせるように、複数の電気活性な界面活性基を含んでよい。各界面活性基は複数のチオフェン基を含んでよい。各界面活性基を、例えば、リン末端基を介して、ナノ結晶に結合することが可能である。また、光活性層におけるナノ結晶の溶解性を高めるために、各界面活性基には複数のアルキル部位が含まれてよい。
【００４２】
他の電子供与性材料および電子受容性材料は、２００６年７月１４日に出願の同時継続中の米国特許出願第１１／４８６，５３６号明細書に開示されている。これらの内容を引用によって本明細書に援用する。
【００４３】
ここで光電池３００の他の部品を参照する。基板３１０および基板３７０は上述の基板１０１または２０１と同じであってもよく、異なっていてもよい。一部の実施形態では、光電池３００が上述の物品において用いられるとき、基板３１０，３７０のうちの一方または両方を取り除いてもよく、物品の基板またはディスプレイへ組み込んでもよい。
【００４４】
カソード３２０およびアノード３６０のうちの一方または両方は、その上に衝突する光のうちの少なくとも一部を通過させるように構成されてよい。例えば、カソード３２０およびアノード３６０のうちの一方または両方を、透明材料から形成することが可能である。代表的な透明材料には、スズ酸化物（例えば、インジウムをドープしたスズ酸化物（ＩＴＯ））など、透明な酸化物が含まれる。透明材料に代えて、あるいは透明材料と共に、カソード３２０は、光の通過が可能な開放領域と、電子を伝導する導体材料によって形成される閉鎖領域とによって構成されてよい。一実施形態では、カソード３２０およびアノード３６０のうちの一方または両はメッシュである。メッシュ電極を備える光電池は、例えば、同様に所有される同時継続中の米国特許出願公開第１０／３９５，８２３号、第１０／７２３，５５４号および第１０／４９４，５６０号明細書に開示されている。これらの各々を引用によって本明細書に援用する。
【００４５】
ホールキャリア層３３０は、一般に、光電池３００に用いられる厚さにて、メッシュカソード３２０へホールを輸送するとともに、メッシュカソード３２０への電子の輸送をほぼ阻止する材料から形成される。ホールキャリア層３３０を形成可能な材料の例には、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンが含まれる。一部の実施形態では、ホールキャリア層３３０はホールキャリア材料の組み合わせを含んでよい。
【００４６】
一般に、ホールキャリア層３３０の上面（すなわち、ホールキャリア層３３０が光活性層３４０と接触している表面）と、電極３２０の上面（すなわち、電極３２０がホールキャリア層３３０と接触している表面）との間の距離を、所望の通りに変更することが可能である。典型的には、ホールキャリア層３３０の上面と電極３２０の上面との間の距離は、０．０１μｍ以上（例えば、約０．０５μｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上または約０．５μｍ以上）、約５μｍ以下（例えば、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下）、またはその両方である。一部の実施形態では、ホール
キャリア層３３０の上面と電極３２０の上面との間の距離は、約０．０１μｍ〜約０．５μｍである。
【００４７】
一般に、光活性層３４０は、衝突する光子を吸収して対応する電子およびホールを形成する際に比較的効率的であるように充分に厚く、このホールおよび電子をデバイスの電極へ輸送する際に比較的効率的であるように充分に薄い。一定の実施形態では、光活性層３４０の厚さは、０．０５μｍ以上（例えば、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上または約０．３μｍ以上）、約１μｍ以下（例えば、約０．５μｍ以下または約０．４μｍ以下）、またはその両方である。一部の実施形態では、光活性層３４０の厚さは、約０．１μｍ〜約０．２μｍである。
【００４８】
ホールブロック層３５０は、一般に、光電池３００に用いる厚さにて、アノード３６０へ電子を輸送するとともに、アノード３６０へのホールの輸送をほぼ阻止する材料から形成される。ホールブロック層３５０を形成可能な材料の例には、ＬｉＦおよび金属酸化物（例えば、亜鉛酸化物、チタン酸化物）が含まれる。
【００４９】
典型的には、ホールブロック層３５０の厚さは、０．０２μｍ以上（例えば、約０．０３μｍ以上、約０．０４μｍ以上または約０．０５μｍ以上）、約０．５μｍ以下（例えば、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下または約０．１μｍ以下）、またはその両方である。
【００５０】
一部の実施形態では、光電池を次のように調製することが可能である。従来技術を用いて基板３７０上にアノード３６０を形成し、アノード３６０上にホールブロック層３５０を形成する（例えば、真空蒸着プロセスまたは溶液コーティングプロセスを用いて）。インクジェット印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティングまたはスクリーン印刷など、適切なプロセスを用いて、ホールブロック層３５０上に光活性層３４０を形成する。光活性層３４０上にホールキャリア層３３０を形成する（例えば、溶液コーティングプロセスを用いて）。ホールキャリア層３３０にカソード３２０を部分的に配置する（例えば、ホールキャリア層３３０の表面の上にカソード３２０を配置し、カソード３２０をプレス加工することによって）。次いで、従来法を用いて、カソード３２０およびホールキャリア層３３０の上に基板３１０を形成する。
【００５１】
一部の実施形態では、上述の圧着加工法を用いて、ＤＳＳＣにおいて用いられる基板上に電極を印刷することが可能である。図５は、ＤＳＳＣ  ４００の断面図である。ＤＳＳＣ  ４００は、基板４１０、電極４２０、触媒層４３０、電荷キャリア層４４０、光活性層４５０、電極４６０、基板４７０および外部負荷４８０を備える。ＤＳＳＣの例は、２００５年１２月１９日に出願の米国特許出願第１１／３１１，８０５号明細書および２００５年１１月９日に出願の米国特許出願公開第１１／２６９，９５６号明細書に説明されている。これらの内容を引用によって本明細書に援用する。
【００５２】
物品においてディスプレイに動力を供給するために光電池が用いられる実施形態について記載したが、一部の実施形態では、少なくともそのうちの一部が電気的に接続される複数の光電池を含む、光電モジュールを用いることが可能である。一例として、図６には、光電池５２０を含むモジュール５１０を備える光電システム５００の概略図を示す。光電池５２０は電気的に直列に接続されており、システム５００は負荷５３０へ電気的に接続されている。図７には、光電池６２０を含むモジュール６１０を有する光電システム６００の概略図を示す。光電池６２０は電気的に並列に接続されており、システム６００は負荷６３０へ電気的に接続されている。一部の実施形態では、光電システムにおける一部（
例えば、全部）の光電池は、１つ以上の共通の基板を有してよい。一定の実施形態では、光電システムにおける一部の光電池は電気的に直列に接続されており、その光電システムの光電池のうちの一部は電気的に並列に接続されている。
【００５３】
特許請求の範囲には他の実施形態が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ディスプレイ上に光電池の配置された物品の断面図。
【図２】光電池上にディスプレイの配置された物品の断面図。
【図３】アニメーションを表示するまたは明滅するディスプレイを備える物品の概略図。
【図４】有機光電池の断面図。
【図５】色素増感太陽電池の断面図。
【図６】電気的に直列に接続された複数の光電池を含むシステムの概略図。
【図７】電気的に並列に接続された複数の光電池を含むシステムの概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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