(57)【要約】本発明は、第１の電極と第２の電極（３２、４０）との間に挟まれた活性ゾーン（３４）を備え、電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するための光電子デバイス（３０）に関し、本光電子デバイスは、側部エッジ（５４）を備える、少なくとも活性ゾーンを形成する層（３２、３６、３８、４０）のスタック（３１）を備え、前記スタックが一連の折り畳み（４２）を備え、側部エッジを介して電磁放射線を受信または放出するために使用される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極（３２、４０；６２）との間に挟まれた活性ゾーン（３４）を備え、電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するための光電子デバイス（３０；６０）であって、側面エッジ（５４）ならびに第１および第２の対向する面を備える、層（３２、３６、３８、４０、６２）のスタック（３１；６１）を備え、前記スタックの前記層が少なくとも前記活性ゾーンならびに前記第１および第２の電極を形成し、前記スタックが前記層の積層方向に対して垂直に前記側面エッジを通して電磁放射線（８６）を受信または放出するように意図されている、光電子デバイス（３０；６０）。
【請求項２】
前記活性ゾーン（３４）内の電磁放射線の伝搬方向が、前記層（３２、３６、３８、４０、６２）の前記積層方向に対して垂直である、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記スタックが、第１の面の第１の一部分および第２の面の第１の一部分を画定する第１の部分と、前記第１の面の第２の一部分および前記第２の面の第２の一部分を画定する第２の部分と、を備え、前記第１の面の前記第１の一部分が前記第１の面の前記第２の一部分または前記第２の面の前記第２の一部分と接触している、請求項１または請求項２に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記スタック（３１；６１）が、一連の折り畳み（４２）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記折り畳み（４４）が、蛇腹形状である、請求項４に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
各折り畳み（４２）が、前記スタックの前記層が平坦である第１のフラップ（４４）と、前記スタックの前記層が湾曲している角度付きゾーン（４６）と、前記スタックの前記層が平坦である第２のフラップ（４８）と、を連続的に備え、前記折り畳みのうちの１つの前記第２のフラップが前記一連の折り畳みにおける次に続く折り畳みの前記第１のフラップに対応し、前記角度付きゾーンが前記光電子デバイスの両側に交互に配向されている、請求項５に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記折り畳みのうちの第１の折り畳み（４２）に対する前記第１の電極（４０）と接触する第１の導電性プレート（５０）と、前記第１の折り畳みとは異なる、前記折り畳みのうちの第２の折り畳みに対する前記第２の電極（３２；６２）と接触する第２の導電性プレート（５２）と、をさらに備える、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
電気的に絶縁性の基板（３２）をさらに備え、前記第２の電極（６２）が前記活性ゾーン（３４）と前記基板との間に挟まれ、前記基板が前記第２の電極を露出させる開口部（６４）を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
前記第２のプレート（５２）が、開口部（６４）を通して前記第２の電極（６２）と接触している、請求項５に従属する請求項８に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記スタック（６１）が、螺旋の形態で巻かれている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
前記螺旋の中心にあって、前記第１の電極（４０）と接触している第１の導電性要素（９６）と、前記螺旋の周辺部にあって、前記第２の電極（６２）と接触している第２の導電性要素（９８）と、を備える請求項１０に記載の光電子デバイス。
【請求項１２】
前記スタック（６１）が、電気的に絶縁性の基板（３２）を備え、前記第２の電極（６２）が前記電気的に絶縁性の基板と前記活性ゾーン（３４）との間に挟まれている、請求項１０または請求項１１に記載の光電子デバイス。
【請求項１３】
前記活性ゾーン（３４）の厚さが、０．１μｍ〜１００μｍである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１４】
前記活性ゾーン（３４）が、電磁放射線と電気信号との間の変換の大部分が行われるゾーンである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１５】
電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するための光電子デバイス（３０；６０）を製造するための方法であって、前記光電子デバイスが第１の電極と第２の電極（３２、４０；６２）との間に挟まれた活性ゾーン（３４）を備え、前記方法が、側面エッジ（５４）ならびに第１および第２の対向する面を備える、層（３２、３６、３８、４０、６２）のスタック（３１；６１）の形成を含み、前記スタックの前記層が少なくとも前記活性ゾーンならびに前記第１および第２の電極を形成し、前記スタックが前記側面エッジを通して電磁放射線（８６）を受信または放出するように意図されている、方法。
【請求項１６】
第１の面の第１の一部分および第２の面の第１の一部分を画定する第１の部分と、前記第１の面の第２の一部分および前記第２の面の第２の一部分を画定する第２の部分と、を備える前記スタックの形成を含み、前記第１の面の前記第１の一部分が前記第１の面の前記第２の一部分または前記第２の面の前記第２の一部分と接触している、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スタック（３１）を形成するステップであって、前記スタックの前記層が１０％以内まで平坦である、ステップと、
折り畳み（４２）を形成するために前記スタックを折り畳むステップと、
を含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基板（８０）を用意するステップと、
前記基板内に溝（８４）を形成するステップと、
前記溝が刻まれた基板に前記スタックの層（３６、３８）を堆積させるステップと、
を含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記スタック（６１）を形成するステップであって、前記スタックの前記層が１０％以内まで平坦である、ステップと、
前記スタックを巻いて螺旋を形成するステップと、
を含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、本明細書の構成要素をなすと考えられる仏国特許出願第１６／５７１５９号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、光電子デバイス、およびそのようなデバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光電子デバイスは、電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するのに適したデバイス、特に電磁放射線の検出、測定、もしくは放出に専用のデバイス、または光起電力用途に専用のデバイスを意味する。
【０００４】
実質的に平坦な層のスタックによって光電子デバイスを生成することが知られている。
【０００５】
図１は、下から上へ、
基板１２と、
底部電極を形成する導電層１４と、
電磁放射線／電気信号変換の大部分が行われる活性ゾーン１６であって、例えば、第１の導電型、例えばｎ型ドーピングでドープされた半導体層１８、および第２の導電型、例えばｐ型ドーピングでドープされた半導体層２０のスタックを備える活性ゾーン１６と、
頂部電極を形成する導電層２２と、
を備える光電子デバイス１０を部分的かつ概略的に示す。
【０００６】
光起電力用途、および電磁放射線を検出または測定するための用途に対しては、電極２２の活性ゾーン１６とは反対側の面２４は、図１の矢印２６によって表わされる電磁放射線、例えば可視光を受信するように配置されている。電磁放射線は、活性ゾーン１６で吸収され、電荷キャリアである電子および正孔の生成を引き起こし、これらの電荷キャリアが電極１４、２２によって収集される。電磁放射線の放出に関連する用途に対しては、電極１４、２２によって伝導される電荷キャリアが活性ゾーン１６で電磁放射線に変換され、この電磁放射線が面２４を通してデバイス１０から脱出する。
【０００７】
光電子デバイス１０の設計は、困難な場合がある。これは、光起電力用途、および電磁放射の検出または測定のための用途に対しては、電磁放射線２６が、デバイス１０を形成する層を、これらの層の積層方向Ｅと平行に通過するためである。したがって、活性ゾーン１６を通過する際に吸収される電磁放射線２６の割合を増加させるために、活性ゾーン１６の厚さを厚くすることが望ましいことになる。しかしながら、活性ゾーン１６で生成された電荷キャリアである電子および正孔が電極１４、２２のうちの一方に到達するためには、積層方向Ｅと平行な方向に活性ゾーン１６を全体的に通過することが必要である。そのため、電極１４、２２のうちの一方に到達する前に活性ゾーン１６で再結合する電荷キャリアの量を減らすためには、活性ゾーン１６の厚さを薄くすることが望ましいことになる。上述の２つの制約は、相反しており、光電子デバイス１０の設計では、活性ゾーン１６における電磁放射線の良好な吸収と電荷キャリアの良好な収集との間で妥協点を見つける必要があり、これは、活性ゾーンを構成する材料に依存する。
【０００８】
光起電力用途、電磁放射線の検出または測定のための用途、および電磁放射線の放出のための用途に共通の別の欠点は、電磁放射線２６が活性ゾーン１６または面２４に到達するためには、電極２２を通過しなければならないということである。したがって、電極２２は、活性ゾーン１６で生成された電荷キャリアの伝導を保証しながらも電磁放射線２６に対して少なくとも部分的に透過性でなければならない。しかしながら、電極２２を完全に透過性になるように生成することは不可能であり、その結果、電極２２による光の一部の吸収による損失が常に観察される。
【０００９】
米国特許出願第２０１２／００５５５３７号明細書は、入射光の反射を増加させるために、導電層間に挟まれた活性ゾーンを備えるスタックで覆われた基板に小孔が形成され、それにもかかわらず光が導電層のうちの１つを通過することによって活性ゾーンに到達する、光起電力パネルを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願第２０１２／００５５５３７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態の１つの目的は、上述の光電子デバイスの欠点の全てまたは一部を克服することを目的とする。
【００１２】
一実施形態の別の目的は、光電子デバイスの電極が光電子デバイスによって放出または捕捉された電磁放射線に対して透過性ではないということである。
【００１３】
一実施形態の別の目的は、光電子デバイスの活性ゾーンを通過する際に吸収される電磁放射線の割合を増加させることである。
【００１４】
一実施形態の別の目的は、電極と、光電子デバイスの活性ゾーンの中心部との間の電荷キャリアの移動を短くすることである。
【００１５】
したがって、一実施形態は、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた活性ゾーンを備え、電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するための光電子デバイスを提供し、本光電子デバイスは、側面エッジならびに第１および第２の対向する面を備える、層のスタックを備え、スタックの前記層が少なくとも活性ゾーンならびに第１および第２の電極を形成し、前記スタックが側面エッジを通して電磁放射線を受信または放出するように意図されている。
【００１６】
一実施形態によると、活性ゾーン内の電磁放射線の伝搬方向は、層の積層方向に対して垂直である。
【００１７】
一実施形態によると、前記スタックは、第１の面の第１の一部分および第２の面の第１の一部分を画定する第１の部分と、第１の面の第２の一部分および第２の面の第２の一部分を画定する第２の部分と、を備え、第１の面の第１の一部分が第１の面の第２の一部分または第２の面の第２の一部分と接触している。
【００１８】
一実施形態によると、前記スタックは、一連の折り畳みを備える。
【００１９】
一実施形態によると、折り畳みは、蛇腹形状である。
【００２０】
一実施形態によると、各折り畳みは、スタックの層が平坦である第１のフラップと、スタックの層が湾曲している角度付きゾーンと、スタックの層が平坦である第２のフラップと、を連続的に備え、折り畳みのうちの１つの第２のフラップが一連の折り畳みにおける次に続く折り畳みの第１のフラップに対応し、角度付きゾーンが光電子デバイスの両側に交互に配向されている。
【００２１】
一実施形態によると、本デバイスは、前記折り畳みのうちの第１の折り畳みに対する第１の電極と接触する第１の導電性プレートと、第１の折り畳みとは異なる、前記折り畳みのうちの第２の折り畳みに対する第２の電極と接触する第２の導電性プレートと、をさらに備える。
【００２２】
一実施形態によると、本デバイスは、電気的に絶縁性の基板をさらに備え、第２の電極が活性ゾーンと基板との間に挟まれ、基板が第２の電極を露出させる開口部を備える。
【００２３】
一実施形態によると、第２のプレートは、本開口部を通して第２の電極と接触している。
【００２４】
一実施形態によると、スタックは、螺旋状に巻かれている。
【００２５】
一実施形態によると、光電子デバイスは、螺旋の中心にあって、第１の電極と接触している第１の導電性要素と、螺旋の周辺部にあって、第２の電極と接触している第２の導電性要素と、を備える。
【００２６】
一実施形態によると、スタックは、電気的に絶縁性の基板を備え、第２の電極が電気的に絶縁性の基板と活性ゾーンとの間に挟まれている。一実施形態によると、活性ゾーンの厚さは、０．１μｍ〜１００μｍである。
【００２７】
一実施形態によると、活性ゾーンは、電磁放射線と電気信号との間の変換の大部分が行われるゾーンである。
【００２８】
別の実施形態は、電気信号を電磁放射線に、またはその逆に変換するための光電子デバイスを製造するための方法であって、光電子デバイスが第１の電極と第２の電極との間に挟まれた活性ゾーンを備える、方法を提供し、本方法は、側面エッジならびに第１および第２の対向する面を備える、層のスタックを形成することを含み、スタックの前記層が少なくとも活性ゾーンならびに第１および第２の電極を形成し、前記スタックが側面エッジを通して電磁放射線を受信または放出するように意図されている。
【００２９】
一実施形態によると、第１の面の第１の一部分および第２の面の第１の一部分を画定する第１の部分と、第１の面の第２の一部分および第２の面の第２の一部分を画定する第２の部分と、を備える前記スタックを形成することを含み、第１の面の第１の一部分が第１の面の第２の一部分または第２の面の第２の一部分と接触している。
【００３０】
一実施形態によると、本方法は、
前記スタックを形成するステップであって、前記スタックの層が１０％以内まで平坦である、ステップと、
折り畳みを形成するために前記スタックを折り畳むステップと、
を含む。
【００３１】
一実施形態によると、本方法は、
基板を用意するステップと、
基板内に溝を形成するステップと、
溝が刻まれた基板上に前記スタックの層を堆積させるステップと、
を含む。
【００３２】
一実施形態によると、本方法は、
前記スタックを形成するステップであって、前記スタックの層が１０％以内まで平坦である、ステップと、
前記スタックを巻いて螺旋を形成するステップと、
を含む。
【００３３】
これらの特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付図に関連して非制限的に与えられる特定の実施形態の以下の説明において詳細に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】前述した従来の光電子デバイスの一例の断面斜視図の部分概略図である。
【図２】光電子デバイスの実施形態の断面斜視図の部分概略図である。
【図３】光電子デバイスの実施形態の断面斜視図の部分概略図である。
【図４】光電子デバイスの一用途の動作原理を示す図２の詳細図である。
【図５Ａ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図５Ｂ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図５Ｃ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図６Ａ】図３の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図６Ｂ】図３の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図６Ｃ】図３の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図７Ａ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図７Ｂ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図７Ｃ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図７Ｄ】図２の光電子デバイスを製造するための方法の実施形態の連続するステップで得られる構造の断面斜視図の部分概略図である。
【図８】図２による２つの光電子デバイスを備える光電子システムの実施形態の部分概略断面斜視図である。
【図９】光電子デバイスの別の実施形態の部分概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
様々な図において、同一の要素は、同一の参照記号によって示されており、加えて、様々な図は、縮尺通りには描かれていない。明瞭にするために、記載された実施形態の理解に有用な要素のみが示され、詳述されている。特に、光電子デバイスの制御回路、特に光起電力セルによって供給される電流を処理するための回路、および電磁放射線検出デバイスによって供給される信号を処理するための回路、または電磁放射線放出デバイスに供給する回路は、当業者によく知られており、以下では説明されない。
【００３６】
以下の記載では、用語「上方の」および「下方の」などの相対位置修飾語が参照される場合、図の向き、または通常の使用位置にある光電子デバイスが参照される。別段の記載がない限り、表現「およそ」、「実質的に」、および「の程度の」は、１０％以内、好ましくは、５％以内までを意味する。
【００３７】
図２は、光電子デバイス３０の実施形態を示す。
【００３８】
光電子デバイス３０は、複数の層のスタック３１を備える。
【００３９】
スタック３１は、
基板３２と、
電磁放射線から電気信号への変換の大部分が行われる活性ゾーン３４であって、例えば、第１の導電型でドープされた、例えばｎ型ドープされた半導体層３６、および第２の導電型でドープされた、例えばｐ型ドープされた半導体層３８のスタックを備える活性ゾーン３４と、
電極を形成する導電層４０であって、活性ゾーン３４が基板３２と電極４０との間に挟まれている、導電層４０と、
を備える。
【００４０】
図示されていない界面層が、活性ゾーン３４と基板３２との間および／または活性ゾーン３４と電極層４０との間に設けられてもよい。
【００４１】
スタック３１は、一連の折り畳み方向Ａに延在する、Ｚ折りとも呼ばれる一連の蛇腹折り畳み４２を備える蛇腹構造を有する。それぞれの折り畳み４２は、スタック３１の層が実質的に平坦である第１のフラップ４４、スタックの層が湾曲している角度付きゾーン４６、およびスタック３１の層が実質的に平坦である第２のフラップ４８を連続的に備える。１つの折り畳みの第２のフラップ４８は、次に続く折り畳みの第１のフラップ４４に対応する。角度付きゾーン４６は、蛇腹構造の両側に交互に位置している。好ましくは、折り畳み４２は連続しており、すなわち、２つの連続した折り畳み４２が互いに接触している。
【００４２】
光電子デバイス３０は、２つの導電性プレート５０、５２を備える。本実施形態では、２つのプレート５０、５２は、実質的に平行である。スタック３１は、２つのプレート５０、５２間に挟まれ、角度付きゾーン４６がプレート５０および５２と接触している。特に、プレート５０は、プレート５０と同じ側に配向されたスタック３１の角度付きゾーン４６において電極４０と接触し、プレート５２は、プレート５２と同じ側に配向されたスタック３１の角度付きゾーン４６において基板３２と接触している。角度付きゾーン４６は、プレート５０と同じ側、およびプレート５２と同じ側に交互に配向されている。
【００４３】
スタック３１は、同じ側に配置されたスタック３１の各層の各側面エッジによって画定される側面エッジ５４を備える。一実施形態によると、面５４は、実質的に平坦であり、プレート５０、５２に対して垂直である。
【００４４】
２つのプレート５０、５２間の最小距離は、幅Ｄと呼ばれる。一連の折り畳み方向Ａに測定されたスタック３１の寸法は、長さＷと呼ばれる。寸法ＤおよびＷの測定方向に対して垂直の方向に測定されたスタック３１の寸法は、奥行きＬと呼ばれる。加えて、寸法Ｗに平行に測定された折り畳みの周期は、Ｐと呼ばれる。
【００４５】
長さＷは、数ミリメートル〜数メートル、例えば１ｍｍ〜１０ｍであってもよい。長さＷは、光電子デバイス３０の機能に影響を及ぼさない。
【００４６】
図３は、光電子デバイス６０の実施形態を示す。光電子デバイス６０は、スタック３１が、以下の点でスタック３１と区別されるスタック６１によって置き換えられているという点を除いて、図２で示した光電子デバイス３０の一組の要素を備える。すなわち、
スタック６１は、基板３２と活性ゾーン３４との間に挟まれた電極を形成する導電層６２を備え、
基板３２は、プレート５２と同じ側に位置するスタック３１の角度付きゾーン４６において貫通開口部６４を備え、電極層６２が各開口部６４を通してプレート５２と接触している。
【００４７】
基板３２は、１μｍよりも厚く、好ましくは１μｍ〜８００μｍ、さらにより好ましく１μｍ〜１００μｍであってもよい厚さを有する。基板３２は、可撓性であり、すなわち、外力の作用下で、破損または断裂することなく、変形し、特に折り重なることができる。
【００４８】
光電子デバイス３０に対しては、基板３２は、導電性であり、したがって、電極の役割を果たす。基板３２は、金属性であってもよい。基板３２は、導電性複合ポリマーまたは導電性プラスチック材料であってもよい。
【００４９】
光電子デバイス６０に対しては、基板３２は、電気的に絶縁性である。基板３２は、例えば、ポリマーから作られている。ポリマーの例は、ポリエチレン・ナフタリン（ＰＥＮ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、カプトン、またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。
【００５０】
電極層４０は、導電性酸化物、カーボンナノチューブ、グラフェン、特にナノチューブまたはナノワイヤーの格子から構成された導電性ポリマー、金属、あるいはこれらの化合物のうちの少なくとも２つの混合物または合金から作られてもよい。一例として、電極層４０は、導電性のナノワイヤーまたは導電性のナノ粒子、例えば銀のナノワイヤーを含んでもよい。
【００５１】
電極層４０を生成するのに適した導電性酸化物の例は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、およびガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）である。電極層４０を生成するのに適した導電性ポリマーの例は、ＰＡｎｉとも呼ばれるポリアニリン、およびポリ（３，４）−エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウムとの混合物であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳという名称で知られているポリマーである。電極層４０を生成するのに適した金属の例は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、およびクロム（Ｃｒ）である。電極層４０を生成するのに適した多層構造の例は、ＡＺＯとＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯタイプの銀との多層構造である。一例として、電極層４０は、５ｎｍ〜２μｍの厚さを有する。一実施形態によると、電極層４０は、光電子デバイス３０または６０によって放出または捕捉される放射線に対して透過性ではない。
【００５２】
電極層６２は、電極層４０と同じ組成および同じ厚さを有してもよく、または異なる構造を有してもよい。
【００５３】
活性ゾーン３４は、基板３２を電極４０から分離する最小距離に相当する厚さを有する。この厚さは、０．０５μｍ〜１００μｍであってもよい。活性ゾーン３４は、有機材料、半導体材料、特にアモルファス・シリコンもしくは結晶シリコン、またはＣｕ２Ｏタイプの材料を主成分としてもよい。
【００５４】
活性ゾーン３４は、小分子、オリゴマー、またはポリマーを含むことができる。これらは、有機材料または無機材料であってもよい。活性ゾーン３４は、体積ヘテロ接合を形成するように、両極性半導体材料、またはｎ型半導体材料もしくはｐ型半導体材料の混合物を、例えば、重ね合わせ層またはナノメートルスケールまでの均質混合物の形態で含むことができる。
【００５５】
活性ゾーン３４を生成するのに適したｐ型半導体ポリマーの例は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［Ｎ−９’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−（４，７−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＤＴＢＴ）、ポリ［（４，８−ビス−（２−エチルヘキシロキシ）−ベンゾ［１，２−ｂ；４，５−ｂ’］ジチオフェン）−２，６−ジイル−ａｌｔ−（４−（２−エチルヘキサノイル）−チエノ［３，４−ｂ］チオフェン）−２，６−ジイル］；４，５−ｂ’］ジチオフェン）−２，６−ジイル−ａｌｔ−（５，５’−ビス（２−チエニル）−４，４，−ジノニル−２，２’−ビチアゾール）−５’，５’’−ジイル）］（ＰＢＤＴＴＴ−Ｃ）、ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレン−ビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、またはポリ［２，６−（４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン）−ａｌｔ−４，７（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）である。
【００５６】
活性ゾーン３４を生成するのに適したｎ型半導体材料の例は、フラーレン、特にＣ６０、メチル［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブタノエート（［６０］ＰＣＢＭ）、メチル［６，６］−フェニル−Ｃ７１−ブタノエート（［７０］ＰＣＢＭ）、ペリレン・ジイミド、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、または量子ドットの形成を可能にするナノ結晶である。
【００５７】
活性ゾーン３４がヘテロ接合である場合、光電子デバイス３０、６０は、活性ゾーン３４と電極３２および／または電極４０との間に、例えば、電子もしくは正孔のブロッキング層の役割を果たす追加の層をさらに備えることができる。
【００５８】
図４は、光電子デバイス３０の機能を示す。光電子デバイス６０の機能は、デバイス３０に対して基板３２によって果たされる電荷キャリアの輸送の役割が、デバイス６０に対して電極層６２によって果たされるという点を除いて、光電子デバイス３０の機能と同一である。
【００５９】
光電子デバイス３０は、側面エッジ５４を通して電磁放射線を受信または放出するように意図されている。図４では、光電子デバイス３０が電磁放射線を電気信号に変換する場合の電磁放射線の伝搬方向が矢印Ｆ１によって示されている。方向Ｆ１は、スタック３１上の任意の点でスタック３１の層の積層方向に対して垂直である。活性ゾーン３４での放射線の吸収は、活性ゾーン３４内に過剰な電子および正孔の生成を引き起こし、これらの電子および正孔がデバイス３０の場合は、電極３２、４０に、デバイス６０の場合は、電極４０、６２に移動する。図４では、活性ゾーン３４で生成された電荷キャリアの全体的な伝搬方向が矢印Ｆ２によって示されている。本実施形態では、方向Ｆ１およびＦ２は、実質的に垂直である。図１に示す光電子デバイス１０では、活性ゾーン３４内の電荷キャリアの伝搬方向は、活性ゾーン３４内の電磁放射線の伝搬方向と一致する。逆に、本実施形態では、活性ゾーン３４内の電荷キャリアの伝搬方向は、活性ゾーン３４内の電磁放射線の伝搬方向とは異なる。したがって、活性ゾーン３４内の電荷キャリアの伝搬方向と活性ゾーン３４内の電磁放射線の伝搬方向との間には結合がない（ｕｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）。このため、活性ゾーン３４内の電荷キャリアの伝搬に対して考慮されるべき活性ゾーン３４の厚さは、活性ゾーン３４内の電磁放射線の伝搬に対して考慮されるべきスタック３１の奥行きＬと無関係に選択することができる。これに反して、図１に示す光電子デバイス１０では、デバイス１０の活性ゾーン１６の厚さは、電磁放射線を十分に吸収するには十分な厚さであるが、電荷キャリアの損失を防止するには大きすぎない厚さとの間の妥協から生じる。この妥協は、デバイス３０または６０に対しては行われる必要がない。
【００６０】
図４では、電極３２、４０内の電荷キャリアの伝搬方向も矢印Ｆ３によって示されている。幅Ｄは、特に、デバイス３０に対する電極層３２および４０、ならびにデバイス６０に対する電極層４０、６２が活性ゾーン３４とプレート５０、５２との間で電荷キャリアを輸送する能力に依存する。幅Ｄは、１ｍｍから１０ｍまで、例えば数ミリメートルから数メートルまで変化することができる。
【００６１】
光電子デバイス３０または６０が電磁放射線を放出するように意図されている場合は、電磁放射線の伝搬方向は、矢印Ｆ１の方向と反対であり、活性ゾーン３４内の電荷キャリアの伝搬方向は、方向Ｆ２と反対であり、電極３２、４０内の電荷キャリアの伝搬方向は、矢印Ｆ３と反対である。有利には、電極３２、４０は、電磁放射線の放出を同じ方向に集束させるために、活性ゾーン３４で生成された電磁放射線に対して反射性のある材料から作られる。
【００６２】
奥行きＬは、活性ゾーン３４を構成する材料の性質に依存する。光電子デバイス３０が電磁放射線を電気信号に変換する場合、奥行きＬは、活性ゾーン３４内で対象とする電磁放射線の実質的に完全な吸収を可能にするのに十分であるのが好ましい。一実施形態によると、電極３２、４０を構成する材料は、対象とする電磁放射線を拡散させる材料であり、これにより、有利には、活性ゾーン３４内で電磁放射線が進む経路を増大させ、かつ奥行きＬを減少させることが可能になる。奥行きＬは、１μｍから１０ｃｍまで、例えば数マイクロメートルから数センチメートルまで変化することができる。
【００６３】
Ｐの値は、特に基板３２の厚さに依存する。寸法Ｐは、基板３２の厚さの２倍と、活性ゾーン３４の厚さの２倍と、電極層４０の厚さの２倍との和に実質的に等しい。
【００６４】
有利には、亀裂が電極４０または活性ゾーン３４、特に角度付きゾーン４６の１つに現われるとき、この亀裂が光電子デバイスの機能を妨げない。これは、その場合、電荷キャリアの流れが隣接する折り畳みのうちの１つとプレート５０との間の接触ゾーンを通して行われ得るからである。
【００６５】
図５Ａ〜図５Ｃは、図２に示す光電子デバイス３０を製造するための方法の実施形態を示す。
【００６６】
図５Ａは、スタック３１の層を形成するように意図され、同じ参照記号で示された平坦層のスタック７０の生成後に得られる構造を示す。したがって、スタック７０は、スタック７０の層が実質的に平坦であり、スタック７０が光電子デバイス３０の必要とされる奥行きＬよりも厳密に大きな寸法Ｌ’を有するという点を除いて、スタック３１と同じ一連の層を備える。
【００６７】
スタックの厚さは、実質的に、前述した寸法Ｐの半分に相当する。スタック７０の層を構成する材料に応じて、スタック７０を構成する層は、例えば、液体法、陰極スパッタ、蒸着、スピンナ堆積、スプレーコーティング、写真製版法、スロットダイ・コーティング、ブレードコーティング、フレキソ印刷、スクリーン印刷、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、空間ＡＬＤ、およびスプレー熱分解によって堆積させることができる。使用される堆積方法に応じて、堆積させた材料を乾燥させるステップが提供されてもよい。
【００６８】
図５Ｂは、スタック７０を蛇腹折りした後に得られる構造を示す。活性ゾーン３４は、最も機械的に脆弱な材料を含む可能性がある。この場合、図５Ａに示すスタック７０は、活性ゾーン３４が有利には中性繊維の面に位置するように設計される。これにより、折り畳み操作中に活性ゾーン３４に現われる可能性があるいかなる機械的応力も低減させることが可能になる。折り畳み操作後に折り畳み４２を適位置に保持するために、接着剤を基板３２および電極層４０の自由面に配置してもよい。
【００６９】
図５Ｃは、奥行きＬを有するスタック３１を得るために、図５Ｂに示す蛇腹構造を切断した後に得られる構造を示す。
【００７０】
本方法は、スタック３１の両側に導電性プレート５０および５２を配置する少なくとも１つの後続のステップを含む。変形形態として、導電性プレートは、切断操作前に図５Ｂに示すスタック７０の両側に配置され、スタック７０と同時に切断されてもよい。
【００７１】
図６Ａ〜図６Ｃは、図３に示す光電子デバイス６０を製造するための方法の実施形態を示す。
【００７２】
図６Ａは、図５Ａと同様の図であり、スタック６１の層を形成するように意図され、同じ参照記号で示された平坦層のスタック７２の生成後に得られる構造を示す。したがって、スタック７２は、スタック７０の層が実質的に平坦であり、スタック７２が光電子デバイス６０の必要な奥行きＬよりも厳密に大きな寸法Ｌ’を有するという点を除いて、スタック６１と同じ一連の層を備える。
【００７３】
図６Ｂは、電極層６２の部分を露出させるために、基板３２の厚さ全体にわたって基板３２に開口部６４を形成した後に得られる構造を示す。一実施形態によると、各開口部６４は、スタック７２の奥行きＬ’全体にわたって延在する。２つの隣接する開口部６４は、寸法Ｄのほぼ２倍だけ間隔を置いて配置されている。
【００７４】
図６Ｃは、開口部６４が、折り畳み後に、蛇腹構造の角度付き部分４６のレベルに位置するように、スタック７２を蛇腹折りした後に得られる構造を示す。
【００７５】
本方法は、奥行きＬを有するスタック６１を得るために図６Ｃに示す蛇腹構造を切断して、導電性プレート５０および５２を配置する後続のステップを含む。
【００７６】
図７Ａ〜図７Ｄは、図２に示す光電子デバイス３０を製造するための方法の別の実施形態を示す。
【００７７】
図７Ａは、頂面８２を備える導電性または半導体の材料から作られた基板８０を示す。
【００７８】
図７Ｂは、頂面８２から基板８０にトレンチとも呼ばれる開口部８４を形成した後に得られる構造を示す。開口部８４は、基板８０の厚さの一部にわたってのみ延在する。本実施形態では、開口部８４は、平行な溝である。
【００７９】
図７Ｃは、図７Ｂに示す構造上に、活性ゾーン３４を形成する層３６、３８と電極層４０とを堆積させた後に得られる構造を示す。層３６、３８、４０を形成する材料の性質に応じて、これらの材料は、例えば、陰極スパッタ、蒸着、スプレーコーティング、ＣＶＤ、ＡＬＤ、空間ＡＬＤ、およびスプレー熱分解によって堆積させることができる。使用する堆積方法に応じて、堆積させた材料を乾燥させるステップが提供されてもよい。
【００８０】
図７Ｄは、図７Ｃに示す構造を切断した後に得られる構造を示す。次いで、蛇腹構造が得られる。本方法は、導電性プレート５０および５２を配置する後続のステップを含むことができる。
【００８１】
図７Ｄでは、矢印８６は、光電子デバイスが光起電力用途、および電磁放射線を検出または測定するための用途に使用されるときに蛇腹構造に到達する電磁放射線の伝搬方向を示す。
【００８２】
光電子デバイス３０または６０は、想定される用途に応じて支持体上に配置されてもよい。支持体は、例えばガラスまたはプラスチックの支持体であり、可撓性または剛性である。光電子デバイスは、非平坦な表面上に配置されてもよい。
【００８３】
光電子デバイスのいくつかのコピーが支持体の同一面上に互いに並んで配置されてもよい。その場合、各光電子デバイスは、表示システムまたは測定システムのピクセルを形成することができる。
【００８４】
図８は、光起電力用途、および電磁放射線を検出または測定するための用途に適したいわゆるタンデム構造を有する光電子システム９０の実施形態を示す。光電子システム９０は、図２に示す光電子デバイス３０の２つのコピーを備える。光電子システム９０の２つの光電子デバイス３０Ａおよび３０Ｂを区別するために、接尾辞「Ａ」および「Ｂ」が、図２に示すデバイス３０の参照記号に付加されている。変形形態では、光電子システム３０は、図３に示す光電子デバイス６０の２つの例を備えてもよい。２つの光電子デバイス３０Ａおよび３０Ｂは、矢印９２によって表わされる対象とする電磁放射線の伝搬方向に相前後して配置され、すなわち、前部光電子デバイスと呼ばれる光電子デバイス３０Ａがまず電磁放射線９２を通過させ、後部光電子デバイスと呼ばれる光電子デバイス３０Ｂが前部光電子デバイス３０Ａを既に通過した放射線を受信する。一実施形態によると、後部光電子デバイス３０Ｂの活性ゾーンによって吸収される電磁放射線の波長の範囲は、前部光電子デバイス３０Ａの活性ゾーンによって吸収される放射線の波長の範囲とは少なくとも部分的に異なる。このため、光電子システム９０に到達する電磁放射線９２の一部は、前部光電子デバイス３０Ａの活性ゾーンによって吸収され、前部光電子デバイス３０Ａによって吸収されなかった電磁放射線の全てまたは一部が後部光電子デバイス３０Ｂの活性ゾーンによって吸収される。前部光電子デバイス３０Ａのプレート５０Ａ、５２Ａは、２つの光電子デバイス３０Ａ、３０Ｂが直列または並列に接続されるように、後部光電子デバイス３０Ｂのプレート５０Ｂ、５２Ｂに接続されてもよい。
【００８５】
図１に示す光電子デバイス１０を用いてタンデム光電子システムを生成する場合、前部光電子デバイスを構成する層は、後部光電子デバイスによって吸収される前に電磁放射線を通過させることができるようにすることが必要である。これは、例えば、間隔を置いて配置された導電性フィンガを備える電極構造を用いて、または後部光電子デバイスによって吸収されるべき電磁放射線に対して透過性な材料を選択することによって得ることができる。その場合、前部光電子デバイスの設計が困難になる可能性がある。この問題は、光電子システム９０に関しては存在しない。さらに、図１に示す光電子デバイス１０を用いてタンデム光電子システムを生成する場合、光電子システムは、一般に、前部および後部の光電子デバイスが直列に接続されるように、層のスタックによって形成される。その場合、光電子システムを通過する電流に、前部光電子デバイスまたは後部光電子デバイスの最も高い直列抵抗が課せられる。この問題は、光電子デバイス３０Ａ、３０Ｂ間の電気的接続を単純に並列に接続することができる光電子システム９０に関しては存在しない。
【００８６】
別の実施形態によると、光電子システム９０に類似しているが、まず２つだけではなく複数の層を有するが、さらに層３６、３８、４０などの別々の（したがって、互いに電気的に絶縁された）層のバンドを基板上に堆積させるようにしたデバイスを得ることも想定することができる。これによって、光電子システム９０に類似しているが、切断ステップを有することなく、より多くのデバイスを方向９２に積み重ねたデバイスを設計することが可能になる。
【００８７】
図９は、光電子デバイス９５の部分概略斜視図である。光電子デバイス９５は、スタック６１が折り畳み４２で形成されるのではなく、螺旋を形成するために巻かれているという点を除いて、図３に示した光電子デバイス６０と同じスタック６１を備える。一実施形態によると、光電子デバイス９５は、周囲にスタック６１が巻かれた導電性の円筒形要素９６を備え、スタック６１の導電層４０が円筒形要素９６と接触している。光電子デバイス９５は、巻きの周辺部において導電層６２と接触する導電性要素９８をさらに備える。巻きにおいて、螺旋状に半径方向に積み重ねられた第１の部分および第２の部分について、第１の部分は、第２の部分よりも螺旋の中心に近く、第１の部分の基板３２は、第１の部分の導電層６２と第２の部分の導電層４０との間に挟まれ、第１の部分の導電層６２および第２の部分の導電層４０と接触している。
【００８８】
変形形態として、導電性の円筒形要素９６は、存在しなくてもよい。この場合、巻きが、中心の円筒形要素の周りに生成されてもよく、次にこの円筒形要素が除去されて、導電層４０との接触が巻きの中心で達成される。
【００８９】
一実施形態によると、中央の円筒形要素は、光ガイドまたは光反射ミラーの役割をさらに果すことができる。
【００９０】
光電子デバイス９５は、スタック６１の側面エッジを通して電磁放射線を受信または放出するように意図されている。図９では、矢印Ｆ１は、光電子デバイス９５が電磁放射線を電気信号に変換する場合の電磁放射線の伝搬方向を表わす。
【００９１】
様々な変形形態を有する様々な実施形態が上述された。当業者は、本発明の技術を実証することなく、これらの様々な実施形態および変形形態の様々な要素を組み合わせることができることに留意されたい。特に、図８に示す光電子システム９０は、図９に示す光電子デバイス９５を用いて実施することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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