(57)【要約】太陽電池及びモジュールを形成するための材料、構造、及び方法を記載する。特に、一実施形態では、本発明は、電池あるいはモジュールの導電性層を相互接続するためのワイヤを提供する。当該光活性層を高温又は低温の何れかにおいて金属箔上で焼結させることで、柔軟な太陽電池又はモジュールを形成することができる。加えて、太陽電池又はモジュールを剛体基材上で形成することで、当該電池又はモジュールの寿命及び耐久性を向上させることができる。ポリマー基材上の導電性コーティングを分割させ且つポリマー基材の少なくとも一部を溶融させることによって個々の太陽電池又はモジュールを形成することができ、それによって導電性層が分割される際に形成される破片をカプセル封止することができる。加えて、太陽電池及びモジュールの端を切断しシールするための超音波断片化装置の使用法も記載する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール内部の複数の太陽電池を接続させる方法であって、
第１の導電性層を有する基材を含む第１基材材料を設けるステップと、
前記第１の導電性層上に、相互に接続された感光性ナノ粒子材料と電荷輸送材料とを配置するステップと、
ワイヤを設けるステップと、
第２の導電性層を有する基材を含む第２基材材料を前記第１基材材料に接合し、それによって前記第１及び第２の導電性層が前記ワイヤと電気的に接触させるステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の基材材料の少なくとも一方が、刻み目を付けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相互に接続された感光性ナノ粒子材料が、ポリマー連結剤によって連結されたナノ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記相互に接続された感光性ナノ粒子材料が、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均径を有する粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化スズ、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記相互接続された感光性ナノ流材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、著しく光透過性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、柔軟性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の基材材料の間に、触媒作用を示す媒体層を配置することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金からなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の導電体層のうち少なくとも一方が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ワイヤが、導電性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ワイヤが、第１金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１金属が、ステンレス鋼を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１金属が、銅を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１金属が、チタンを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の基材材料の間に、複数のワイヤを配置することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
接合するステップが、それらの間に接着層を配置することによって前記第１及び第２の導電性層を重ね合わせ、それによって、重ね合わせた後に前記ワイヤが前記接着層内に埋め込まれた状態になる、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記接着層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記接着剤層が、ポリエステル材料を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
接合する前に、前記ワイヤを接着剤でコーティングすることをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記接着剤層が、エポキシを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記接着剤層を固めることをさらに包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記接着剤層が、熱可塑性物質を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記接着剤層が、熱硬化性物質を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記接着剤層が、エチレンマレイン酸無水物コポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記ワイヤが、第２金属からなるコーティングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２金属の融点が、約５０℃〜約２５０℃である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２金属の融点が、約７５℃〜約１８０℃である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記接合するステップの前に、前記金属コーティングされたワイヤを接着剤でコーティングすることをさらに包含する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記接着剤が、前記第２金属より低い融点を有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２金属が、ビスマスを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２金属が、スズを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
第１の導電性層を有する基材を含む第１基材材料と、
前記第１の導電性層上に配置された、相互接続された感光性ナノ粒子層及び電荷輸送材料と、
ワイヤと、
第２の導電性層を有する基材を含む第２基材材料と、
からなり、前記第２基材材料が前記第１基材材料と接合されており、それによって前記第１及び第２の導電性層が前記ワイヤと電気的に接触している、太陽電池モジュール。
【請求項４１】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、刻み目を付けられている、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４２】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ポリマー連結剤で連結されたナノ粒子を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４３】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均径を有する粒子を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４４】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化テルビウム、酸化タンタル、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４５】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４６】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４７】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４８】
前記電荷輸送材料が、電解質レドックス系を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４９】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５０】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５１】
前記第１及び第２基材材料のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５２】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、著しく光透過性である、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５３】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、柔軟性である、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５４】
前記第１及び第２の基材材料の間に配置された、触媒作用を示す媒体層をさらに含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５５】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項５４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５６】
前記第１及び第２の導電体層のうち少なくとも一方が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５７】
前記ワイヤが、導電性である、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５８】
前記ワイヤが、第１金属を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５９】
前記第１金属が、ステンレス鋼を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６０】
前記金属が、チタンを含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６１】
前記金属が、銅を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６２】
前記第１及び第２の導電性層の間に配置された接着剤層をさらに含み、それによって、前記ワイヤが前記接着剤層内に埋め込まれている、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６３】
前記接着剤層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６４】
前記接着剤層が、ポリエステル材料を含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６５】
前記接着剤層が、エポキシを含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６６】
前記接着剤層が、熱可塑性物質を含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６７】
前記接着剤層が、熱硬化性物質を含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６８】
前記接着剤層が、エチレンマレイン酸無水物コポリマーを含む、請求項６２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６９】
前記ワイヤが、第２金属からなるコーティングを含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７０】
前記第２金属の融点が、約５０℃〜約２５０℃である、請求項６９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７１】
前記第２金属の融点が、約７５℃〜約１８０℃である、請求項６９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７２】
接合前に、前記金属コーティングされたワイヤを接着剤でコーティングされている、請求項６９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７３】
前記接着剤が、前記第２金属よりも低い融点を有する、請求項７２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７４】
前記第２金属が、ビスマスを含む、請求項６９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７５】
前記第２金属が、スズを含む、請求項６９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７６】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７７】
第１のコーティングされた基材材料を設けるステップと、
前記コーティングを分離させ且つ前記第１基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度で、前記第１のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップと、
を包含する、刻み目を付ける方法。
【請求項７８】
前記コーティングの分離及び前記第１基材材料の溶融が、前記第１基材材料の前記コーティングの電気的接続を断つ、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記刻み目を付けるステップが、加熱した尖筆を用いて実施される、請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記刻み目を付けるステップが、はんだごてチップを用いて実施される、請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記刻み目を付けるステップが、機械的に実施される、請求項７７に記載の方法。
【請求項８２】
前記第１基材材料の前記コーティングに、相互接続された感光性ナノ粒子材料及び電荷輸送材料を適用することをさらに包含する、請求項７７に記載の方法。
【請求項８３】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ポリマー連結剤によって連結されたナノ粒子を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均径を有する粒子を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化タンタル、酸化スズ、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８７】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８８】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８９】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項９０】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項９１】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項８２に記載の方法。
【請求項９２】
前記第１基材材料の前記コーティングが、導電性層を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項９３】
前記第１基材材料が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項９４】
前記第１基材材料が、著しく光透過性である、請求項７７に記載の方法。
【請求項９５】
前記第１基材材料が、柔軟性である、請求項７７に記載の方法。
【請求項９６】
前記第１基材材料の前記コーティングが、インジウムスズ酸化物を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項９７】
太陽電池モジュールを製造する方法であって、
第１のコーティングされた基材材料を設けるステップと、
前記コーティングを分離させ且つ前記第１基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度で、前記第１のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップと、
第２のコーティングされた基材材料を設けるステップと、
前記コーティングを分離させ且つ前記第２の基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度で、前記第２のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップと、
前記第１及び第２のコーティングされた基材材料を接合して、太陽電池モジュールを形成させるステップと、
を包含する方法。
【請求項９８】
前記接合することが、前記第１及び第２の基材材料の前記コーティングが前記第１及び第２の基材材料の間に挟まれ且つ前記第１及び第２の基材材料がお互いに電気的に接続するように、実施される、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記第１のコーティングされた基材材料の溶融によって、前記第１の基材材料の前記コーティングの電気接続が断たれる、請求項９７に記載の方法。
【請求項１００】
前記第２の基材材料の前記溶融によって、前記第２の基材材料の前記コーティングの電気接続が断たれる、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０１】
前記接合することが、重ね合わせることを含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第１及び第２のコーティングされた基材材料の前記刻み目が、接合した際に、実質的にそろえられている、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０３】
前記刻み目を付けるステップが、加熱した尖筆を用いて実施される、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０４】
前記刻み目を付けるステップが、はんだごてチップを用いて実施される、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０５】
前記刻み目を付けるステップが、機械的に実施される、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０６】
前記第１及び第２の基材材料の前記コーティングの間に、相互接続された感光性ナノ粒子材料及び電荷輸送材料を配置することをさらに包含する、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０７】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ポリマー連結剤によって連結されているナノ粒子を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均径を有する粒子を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記相互接続された感光性ナノ粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化タンタル、酸化スズ、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１０】
前記相互接続された感光性ナノ粒子が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１１】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１２】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１３】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１４】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１５】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１１６】
前記第１及び第２の基材材料の前記コーティングが、導電性材料を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１１７】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１１８】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、著しく光透過性である、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１９】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、受難性である、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２０】
前記導電性材料が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２１】
前記第１及び第２の基材材料の前記コーティングのうち少なくとも一方に、触媒作用を示す媒体層を適用することをさらに包含する、請求項９７に記載の方法。
【請求項１２２】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１２４】
前記第１の基材材料が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項１２５】
太陽電池を形成する方法であって、
金属箔を設けるステップと、
前記金属箔にナノ粒子材料を適用するステップと、
前記ナノ粒子材料を加熱して、相互接続されたナノ粒子材料を形成させるステップと、
前記相互接続されたナノ粒子材料でコーティングされた前記金属箔を、第１及び第２の柔軟な基材の間に配置するステップと、
を包含する方法。
【請求項１２６】
前記金属箔と前記第１の柔軟な基材との間に導電性層を配置するステップと、
ワイヤを設けるステップと、
前記導電性層と前記金属箔が前記ワイヤと電気的に接続されるように、前記第１及び第２の柔軟な基材を接合するステップと、
をさらに包含する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２７】
前記接合するステップが、その間に接着剤層を配置することによって前記第１及び第２の導電性層を重ね合わせることを包含し、それによって、重ね合わせた後に、前記ワイヤが前記接着剤層内に埋め込まれた状態となる、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
感光剤を用いて前記相互接続されたナノ粒子材料に感光性を付与することをさらに包含する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２９】
前記相互接続された材料が、約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均径を有する粒子を含む、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１３０】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化テルビウム、酸化タンタル、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１３１】
前記感光剤が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３２】
前記感光剤が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３３】
前記感光剤が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３４】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に、電荷輸送材料を配置することをさらに包含する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１３５】
前記電荷輸送材料が、レドックス電化質系を含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３７】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に、触媒作用を示す媒体層を配置することをさらに包含する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１３８】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記導電体層が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４０】
前記ワイヤが、導電性である、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４１】
前記ワイヤが、金属を含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４２】
前記金属が、ステンレス鋼を含む、請求項１４１に記載の方法。
【請求項１４３】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に複数のワイヤを配置することをさらに包含する、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４４】
前記接着剤層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４５】
前記接着剤層が、ポリエステル材料を含む、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４６】
重ね合わせる前に、前記ワイヤを接着剤でコーティングすることをさらに包含する、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４７】
前記接着剤層が、エポキシを含む、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４８】
前記接着剤層を固めることをさらに包含する、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、著しく光透過性である、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１５０】
前記金属箔が、チタンを含む、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１５１】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、約３００℃未満の温度で、ポリリンカーを用いて相互接続される、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１５２】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、約１５０℃未満の温度で、ポリリンカーを用いて相互接続される、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１５３】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、室温で、ポリリンカーを用いて相互接続される、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１５４】
金属箔と、
前記金属箔上に形成された相互接続されたナノ粒子材料と、
を含み、前記金属箔及び前記相互接続されたナノ粒子材料が両方とも第１及び第２の柔軟な基材の間に配置されている、太陽電池。
【請求項１５５】
前記金属箔と前記第１の柔軟な基材との間に配置された導電性層と、
前記導電層と前記金属箔とが前記ワイヤと電気的に接続されるように配置されたワイヤと、
をさらに含む、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１５６】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、相互接続された感光性ナノ粒子材料を含む、請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５７】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、平均粒径約５ｎｍ〜約８０ｎｍの粒子を含む、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１５８】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化スズ、及びそれらの組合せから成る群から選択される、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１５９】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項１５６に記載の太陽電池。
【請求項１６０】
前記相互接続された感光性ナノ粒子が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項１５６に記載の太陽電池。
【請求項１６１】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項１５６に記載の太陽電池。
【請求項１６２】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に配置された電荷輸送材料をさらに含む、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１６３】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項１６２に記載の太陽電池。
【請求項１６４】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項１６２に記載の太陽電池。
【請求項１６５】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項１６２に記載の太陽電池。
【請求項１６６】
前記第１及び第２の基材材料の間に配置された、触媒作用を示す媒体層をさらに含む、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１６７】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項１６６に記載の太陽電池。
【請求項１６８】
前記第１の導電性層が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１５５に記載の太陽電池。
【請求項１６９】
前記ワイヤが、導電性である、請求項１５５に記載の太陽電池。
【請求項１７０】
前記ワイヤが、金属を含む、請求項１５５に記載の太陽電池。
【請求項１７１】
前記金属が、ステンレス鋼を含む、請求項１７０に記載の太陽電池。
【請求項１７２】
前記金属が、白金を含む、請求項１７０に記載の太陽電池。
【請求項１７３】
前記第１及び第２の導電性層の間に配置された接着層をさらに含み、それによって、前記ワイヤが前記接着層内に埋め込まれている、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１７４】
前記接着層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項１７３に記載の太陽電池。
【請求項１７５】
前記接着層が、ポリエステル材料を含む、請求項１７３に記載の太陽電池。
【請求項１７６】
前記接着層が、エポキシを含む、請求項１７３に記載の太陽電池。
【請求項１７７】
前記金属箔が、チタンを含む、請求項１５４に記載の太陽電池。
【請求項１７８】
太陽電池モジュールを形成する方法であって、
金属箔を設けるステップと、
前記金属箔の分離部分にナノ粒子材料を適用するステップと、
前記ナノ粒子材料を加熱して、相互接続されたナノ粒子材料を形成させるステップと、
前記箔に切り込みを付けて、前記分離部分を機械的に分離させるステップと、
前記金属箔の前記分離部分を前記第１及び第２の柔軟な基材の間に配置し、太陽電池を形成するステップと、
を包含する、方法。
【請求項１７９】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の前記分離部分が、前記第１及び第２の柔軟な基材の間に選択的に隔置されている、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８０】
前記切り込みを付けることが、その上に前記ナノ粒子材料が配置されている金属箔の前記分離部分に切り込みを付けて、細片にすることを含む、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８１】
前記金属箔の分離部分と前記第１の柔軟な基材との間に導電性層を配置するステップと、
ワイヤを設けるステップと、
前記導電性層及び前記金属箔が前記ワイヤと電気的に接続されるように、前記第１及び第２の柔軟な基材を接合するステップと、
をさらに包含する、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８２】
前記接合するステップが、その間に接着層を配置することによって、前記第１及び第２の導電性層を重ね合わせることを含み、それによって、重ね合わせた後、前記ワイヤが前記接着層内に埋め込まれた状態になる、請求項１８１に記載の方法。
【請求項１８３】
感光剤によって、前記相互接続されたナノ粒子材料に感光性を与えることをさらに包含する、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８４】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、平均粒径約５ｎｍ〜約８０ｎｍの粒子を含む、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８５】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化テルビウム、酸化タンタル、及びそれらの組合せから成る群から選択される、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８６】
前記感光剤が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る、請求項１８３に記載の方法。
【請求項１８７】
前記感光剤が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含む、請求項１８３に記載の方法。
【請求項１８８】
前記感光剤が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る、請求項１８３に記載の方法。
【請求項１８９】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に電荷輸送材料を配置することをさらに包含する、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１９０】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項１８９に記載の方法。
【請求項１９１】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項１８９に記載の方法。
【請求項１９２】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に、触媒作用を示す媒体層を配置することをさらに包含する、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１９３】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項１９２に記載の方法。
【請求項１９４】
前記導電体層が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１９５】
前記ワイヤが、導電性である、請求項１８１に記載の方法。
【請求項１９６】
前記ワイヤが、金属を含む、請求項１８１に記載の方法。
【請求項１９７】
前記金属が、ステンレス鋼を含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項１９８】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に複数のワイヤを配置することをさらに包含する、請求項１８１に記載の方法。
【請求項１９９】
前記接着層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項１８２に記載の方法。
【請求項２００】
前記接着層が、ポリエステル材料を含む、請求項１８２に記載の方法。
【請求項２０１】
重ね合わせる前に、接着剤によって前記ワイヤをコーティングすることをさらに包含する、請求項１８１に記載の方法。
【請求項２０２】
前記接着層が、エポキシを含む、請求項１８２に記載の方法。
【請求項２０３】
前記接着層を固めることをさらに包含する、請求項１８２に記載の方法。
【請求項２０４】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくも１つが、著しく光透過性である、請求項１７８に記載の方法。
【請求項２０５】
前記金属箔が、チタンを含む、請求項１７８に記載の方法。
【請求項２０６】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、約３００℃未満の温度でポリリンカーを用いて相互に接続される、請求項１７８に記載の方法。
【請求項２０７】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、約１５０℃未満の温度でポリリンカーを用いて相互に接続される、請求項１７８に記載の方法。
【請求項２０８】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、室温でポリリンカーを用いて相互に接続される、請求項１７８に記載の方法。
【請求項２０９】
第１及び第２の柔軟な基材と、
複数の金属箔の分離部分と、
前記金属箔の前記分離部分の各々の上に形成された、相互接続されたナノ粒子材料と、
を含み、その上に前記相互接続されたナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の前記分離部分の各々が、前記第１及び第２の柔軟な基材の間に配置されて、太陽電池を形成している、太陽電池モジュール。
【請求項２１０】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の前記分離部分が、前記第１及び第２の柔軟な基材の間に選択的に隔置されている、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１１】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の分離部分が、細片として形作られている、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１２】
前記金属箔と前記第１の柔軟な基材との間に配置された導電性層と、
前記導電性層及び前記金属箔がワイヤと電気的に接続されるように配置された前記ワイヤと、
をさらに含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１３】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、相互接続された感光性ナノ粒子材料を含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１４】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、平均粒径約５ｎｍ〜約８０ｎｍの粒子を含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１５】
前記相互接続されたナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化スズ、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１６】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項２１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１７】
前記相互接続された感光性ナノ粒子が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項２１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１８】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項２１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１９】
前記第１及び第２の柔軟な基材の間に配置された電荷輸送材料をさらに含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２０】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項２１９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２１】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項２１９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２２】
前記電荷輸送材料が、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる、請求項２１９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２３】
前記第１及び第２の基材材料の間に配置された、触媒作用を示す媒体層をさらに含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２４】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項２２３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２５】
前記導電性層が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項２１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２６】
前記ワイヤが、導電性である、請求項２１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２７】
前記ワイヤが、金属を含む、請求項２１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２８】
前記金属が、ステンレス鋼を含む、請求項１０３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２９】
前記金属が、白金を含む、請求項１０３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３０】
前記第１及び第２の導電性層の間に配置された接着層をさらに含み、それによって、前記ワイヤが前記接着層内に埋め込まれた状態になる、請求項２１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３１】
前記接着層が、ホットメルト接着剤を含む、請求項２３０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３２】
前記接着層が、ポリエステル材料を含む、請求項２３０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３３】
前記接着層が、エポキシを含む、請求項２３０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３４】
前記金属箔が、チタンを含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３５】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３６】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項２０９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３７】
２つの面を介して電磁照射を受容し得る太陽電池モジュールであって、
各々が第１及び第２の表面を有している金属箔の複数の分離部分と、
前記第１及び第２の表面の各々に適用されている、相互接続されたナノ粒子材料と、
前記金属箔の分離部分の各々の第１表面上に配置されている前記相互接続されたナノ粒子材料の表面上に配置された、第１の柔軟な基材と、
太陽電池モジュールを形成するために、前記金属箔の分離部分の各々の第２表面上に配置されている前記相互接続されたナノ粒子材料の表面上に配置された、第２の柔軟な基材と、
を含む、太陽電池モジュール。
【請求項２３８】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の前記分離部分が、前記第１及び第２の柔軟な基材の間に選択的に隔置されている、請求項２３７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３９】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の分離部分が、細片として語り作られている、請求項２３７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４０】
前記分離部分の前記第１表面と前記第１の柔軟な基材との間に配置された、第１の導電性層と、
前記第１の導電性層及び前記分離部分の前記第１表面と電気的に接続されるように配置された前記第１のワイヤと、
をさらに含む、請求項２３７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４１】
前記分離部分の前記第２表面と前記第２の柔軟な基材との間に配置された、第２の導電性層と、
前記第２の導電性層及び前記分離分の前記第２表面と電気的に接続されるように配置された第２のワイヤと、
をさらに含む、請求項２４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４２】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２３７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４３】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項２３７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４４】
２つの面を介して電磁照射を受容し得る太陽電池モジュールを形成する方法であって、
各々が第１及び第２の表面を有している、金属箔の複数の分離部分を設けることと、
前記第１及び第２表面の各々に、相互接続されたナノ粒子材料を適用することと、
前記金属箔の分離部分の各々の前記第１表面上に配置されている前記相互接続されたナノ粒子材料の表面上に第１の柔軟な基材を配置することと、
前記金属箔の分離部分の各々の前記第２表面上に配置されている前記相互接続されたナノ粒子材料の表面上に第２の柔軟な基材を配置し、太陽電池モジュールを形成することと、
を包含する、方法。
【請求項２４５】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の前記分離部分を、前記第１及び第２の柔軟な基材の間に選択的に隔置することを包含する、請求項２４４に記載の方法。
【請求項２４６】
その上に前記ナノ粒子材料が配置されている前記金属箔の分離部分が、細片として形作られている、請求項２４４に記載の方法。
【請求項２４７】
前記分離部分の前記第１表面と前記第１の柔軟な基材との間に、第１の導電性を配置することと、
前記第１の導電性層及び前記分離部分の前記第１表面と電気的に接続されるように、第１のワイヤを配置することと、
をさらに包含する、請求項２４４に記載の方法。
【請求項２４８】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２４４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４９】
前記第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項２４４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２５０】
電化輸送材料と、ポリマー連結剤によって連結されたナノ粒子を含む相互接続された感光性ナノ粒子材料とを含み、その両方ともが第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材の間に配置されている、太陽電池。
【請求項２５１】
前記電荷輸送材料及び前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、前記第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材の間にそれら自体配置されている第１及び第２の柔軟で著しく光透過性である基材の間に配置されている、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５２】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均粒径を有する粒子を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５３】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５４】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５５】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５６】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５７】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５８】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２５９】
前記第１及び第２の柔軟で著しく光透過性である基材のうち少なくも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２５１に記載の太陽電池。
【請求項２６０】
前記第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方が、強化ガラスを含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２６１】
前記第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材の間に配置された、触媒作用を示す媒体層をさらに含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２６２】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金を含む、請求項２６１に記載の太陽電池。
【請求項２６３】
前記第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方に適用された、導電体材料をさらに含む、請求項２５０に記載の太陽電池。
【請求項２６４】
前記導電体材料が、インジウムスズ酸化物を含む、請求項２６３に記載の太陽電池。
【請求項２６５】
前記第１及び第２の柔軟で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２５１に記載の太陽電池。
【請求項２６６】
電荷輸送材料と、ポリマー連結剤によって連結されたナノ粒子を含む相互接続された感光性ナノ粒子材料とを含み、その両方ともが剛体で著しく光透過性である基材と柔軟で著しく光透過性である基材との間に配置されている、太陽電池。
【請求項２６７】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均粒径を有する粒子を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２６８】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２６９】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、キサンチン、シアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７０】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含んで成る感光剤を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７１】
前記相互接続された感光性ナノ粒子材料が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含んで成る感光剤を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７２】
前記電荷輸送材料が、レドックス電解質系を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７３】
前記電荷輸送材料が、ポリマー電解質を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７４】
前記柔軟な著しく光透過性である基材が、ポリエチレンテレフタレート材料を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７５】
前記剛体で著しく光透過性である基材が、強化ガラスを含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７６】
前記柔軟で著しく光透過性である基材が、ポリエチレンナフタレート材料を含む、請求項２６６に記載の太陽電池。
【請求項２７７】
低温にて剛体基材上でナノ粒子を相互に接続させる方法であって、
剛体基材を設けるステップと、
ポリマー連結剤と溶媒を含んで成る溶液を前記剛体基材に適用するステップと、
約３００℃未満の温度で複数の金属酸化物ナノ粒子を前記溶液と接触させて、前記複数の金属酸化物ナノ粒子の少なくとも一部を相互に接続させるステップと、
を包含する、方法。
【請求項２７８】
前記温度が、約２００℃未満である、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２７９】
前記温度が、約１００℃未満である、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８０】
前記温度が、およそ室温である、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８１】
前記ポリマー連結剤が、長鎖の巨大分子を含む、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８２】
前記長鎖の巨大分子が、
前記複数の金属酸化物ナノ粒子の化学構造に実質的に類似する主鎖構造と、
前記主鎖構造に結合している１つ又は複数の反応性基と、
を含む、請求項２８１に記載の方法。
【請求項２８３】
前記複数の金属酸化物ナノ粒子が、化学構造MxOyからなり、ここでx及びyが整数である、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８４】
Mが、Ti、Zr、Sn、W、Nb、Ta、及びTbから成る群のうちの１つからなる、請求項２８３に記載の方法。
【請求項２８５】
前記ポリマー連結剤が、ポリ（n-ブチルチタネート）を含む、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８６】
前記溶液の前記溶媒が、n-ブタノールを含む、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８７】
前記剛体基材が、著しく光透過性である、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８８】
前記剛体基材が、強化ガラスを含む、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２８９】
前記複数の金属酸化物ナノ粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２９０】
太陽電池モジュールを製造する方法であって、
複数の太陽電池を前進させるステップと、
前記複数の太陽電池サブセットを超音波によって、１つ又は複数の太陽電池モジュールへと分割するステップと、
を包含する、方法。
【請求項２９１】
分割するステップが、前記太陽電池サブセットを実質的に且つ同時に切断しシールして１つ又は複数の太陽電池モジュールへとすることを含む、請求項２９０に記載の方法。
【請求項２９２】
前記複数の太陽電池が、太陽電池からなる実質的に連続的な柔軟なシートを含む、請求項２９０に記載の方法。
【請求項２９３】
前進させるステップが、連続製造プロセスの一部として実施される、請求項２９０に記載の方法。
【請求項２９４】
前記連続製造プロセスが、ロールベースのプロセスを含む、請求項２９３に記載の方法。
【請求項２９５】
前記複数の太陽電池が、柔軟性である、請求項２９０に記載の方法。
【請求項２９６】
切断しシールすることが、前記１つ又は複数の太陽電池モジュールの基部に前縁を形成する、請求項２９１に記載の方法。
【請求項２９７】
切断しシールすることが、前記１つ又は複数の太陽電池モジュールの末端部に後縁を形成する、請求項２９１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、本願譲受人がその全てを所用している、２００２年１月２５日付け米国特許出願第１０／０５７、３９４号、２００２年１月２５日付け米国分割特許出願第６０／３５１、６９１号、２００２年３月２９日付け米国分割特許出願第６０／３６８、８３２号、２００２年７月３１日付け米国分割特許出願第６０／４００、２８９号、２００２年１１月１９日付け日国分割特許出願第６０／４２７、６４２号に対する優先権を主張するものである。
本発明の分野
本発明は、概して、太陽電池デバイスの分野、より詳細には、太陽電池を構築するための構造及び材料、並びに太陽電池を相互接続させて太陽電池モジュールを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景
液体電解質と、色素でコーティングされた焼結酸化チタンとの浸透ネットワーク（percolating network）から構成される薄膜太陽電池が、スイス連邦技術研究所において、マイケルグレッツェル博士らによって開発された。これらの太陽電池デバイスは、色素増感太陽電池（「DSSC」）として称される電池の一般分類の範囲に含まれる。従来技術では、DSSCの製造には、ナノ粒子間の十分な相互接続性及びナノ粒子と透明基材との高い接着性を達成するために、高温焼結プロセス（＞約４００℃）が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
グレッツェル太陽電池は比較的安価な原材料から製造されるが、当該電池を製造するのに利用される高温焼結技術によって、電池基材はガラスのような剛体透明材料に制限され、それによって、その製造はバッチプロセスに限定され、その用途は剛体構造を許容し得るものに限定される。さらに、高温焼結技術では、通常のガラスよりも熱的な及び機械的な応力、引張力に著しく耐性であるが、高温焼結技術に固有の温度ではその強さが失われる、強化ガラスの使用が不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態において、本発明は、連続製造プロセスを用いて柔軟な太陽電池を相互に接続するための方法及び構造を提供することによって、従来技術の不十分な点に取り組む。より詳細には、接着性細片と関連した１つ又は複数のワイヤが、太陽電池又はモジュールの光活性層の間の導電性コネクタとして機能する。当該ワイヤインターコネクタは、ロールトゥロールプロセスやウェブプロセスのような連続製造プロセスに適合可能である。
【０００５】
一実施形態において、本発明はまた、その上に柔軟な太陽電池あるいはモジュールが形成される、コーティングされた基材材料に刻み目を付ける方法を提供することによって、従来技術の不十分な点に取り組む。より詳細には、一実施形態では、加熱した尖筆を用いて、コーティングされた基材材料に刻み目をつけ、前記コーティングを分割し、基材材料の少なくとも一部を溶融させる。本発明の一つの利点は、加熱した尖筆の通った跡に形成される破片が、それが冷めた時には基材材料内にカプセル化されることである。従って、刻み目を付けることに伴う破片は、本プロセスを用いて形成した太陽電池又はモジュールの性能に干渉することはない。
【０００６】
本発明はまた、柔軟な太陽電池及びモジュールを形成するための方法及び構造も提供する。より詳細には、高温で変異する柔軟基材ではなく、高温焼結技術に対して耐性である金属箔上で、相互接続された感光性ナノ粒子材料を形成する。次いで、当該金属箔を、２つの柔軟な基材の間に配置し、柔軟な太陽電池又はモジュールを完成させる。太陽電池及びモジュールは、比較的低温（＜約３００℃）にて剛体基材上でナノ粒子を相互接続させることによって、形成させることができる。より詳細には、強化ガラス基材上でそれらを形成することによって、太陽電池及びモジュールの耐久性及び寿命が向上する。
【０００７】
連続製造プロセス時、単一基材上に形成された一連の太陽電池が、複数の太陽電池を含む個々の太陽電池モジュールへと分割される。一実施形態では、本発明は、超音波断片化装置を用いて当該分割を実施する方法を提供する。より詳細には、超音波エネルギーによって、太陽電池の前端及び後端が切断及びシールされ、こうして、漏れのない、気密性モジュールが形成される。
【０００８】
一態様では、本発明は、（i）第１の導電性層を有する基材を含む第１の基材材料を設けること、（ii）第１の導電性層上に、相互接続された感光性ナノ粒子材料及び電荷輸送材料を配置すること、（iii）ワイヤを設けること、及び（iv）第２の導電性層を有する基材を含む第２の基材材料を前記第１の基材材料と接合させ、それによって第１及び第２の導電性層がワイヤと電気的に接続している状態にすること、を包含する、太陽電池モジュール内部の複数の太陽電池を接続させる方法を提供する。一実施形態では、請求項１には、接合させるステップが、その間に接着層を配置することによって導電性層を重ね合わせることを包含し、それによって、重ね合わせた後には、ワイヤが接着層内に埋め込まれた状態となる、方法が包含される。
【０００９】
他の態様では、本発明は、（i）第１の導電性層を有する基材を含む第１の基材材料、（ii）第１の導電性層上に配置された、相互接続された感光性ナノ粒子層及び電荷輸送材料、（iii）ワイヤ、及び（iv）第２の導電性層を有する基材を含む第２の基材材料、を備える太陽電池モジュールを提供する。第１及び第２の導電性層がワイヤと電気的に接続されるように、第２の基材材料は第１の基材材料に接合されている。一実施形態では、太陽電池モジュールは、第１及び第２の導電性層の間に配置された接着層を備え、それによって、ワイヤは当該接着層内に埋め込まれている。
【００１０】
当該太陽電池モジュールの一実施形態では、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均粒径を有する粒子を含有する。相互接続された感光性ナノ粒子材料には、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化タンタル、あるいは酸化テルビウム、あるいは１つ又は複数のそれらの組合せ、を用いることができる。相互接続された感光性ナノ粒子材料は、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及び／又はピロールのような感光剤を含むことができる。感光剤は、二価あるいは三価の金属などの金属イオンを含むことができる。感光剤はまた、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含むことができる。当該太陽電池の一実施形態では、電荷輸送材料は、ポリマー電解質である。一形態によれば、電荷輸送材料は、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる。
【００１１】
太陽電池モジュールの一実施形態では、第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方は、刻み目を付けられている。第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方は、著しく光透過性（例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート材料）とし得る。第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方は、柔軟性とし得る。一実施形態では、太陽電池モジュールは、第１及び第２の基材材料の間に配置された、触媒作用を示す媒体層を備える。当該触媒作用を示す媒体層は、例えば、白金である。一実施形態では、ワイヤは導電性（例えば、ステンレス鋼、チタン、あるいは銅などの金属ワイヤ）である。第１及び第２の基材材料の間に、複数のワイヤを配置することができる。
【００１２】
一実施形態では、接着層は、ホットメルト接着剤を含む。当該接着剤は、硬化プロセスを必要とする場合がある。接着剤の例として、限定はしないが、エポキシ、熱可塑性物質、熱硬化性物質、及びエチレンマレイン酸無水物が挙げられる。一実施形態では、ワイヤは、第２金属（例えば、スズあるいはビスマス）からなるコーティングを備える。当該金属はの融点は、約５０℃〜２５０℃、好ましくは約７５℃〜１８０℃の範囲とし得る。一実施形態では、接合ステップの前に、金属コーティングされたワイヤ、それ自体を接着剤でコーティングすることができる。当該接着剤は、第２金属よりも低い融点を有する。
【００１３】
一態様では、本発明は、刻み目を付ける方法を提供する。当該方法には、第１のコーティングされた基材材料を設けるステップ、及び前記コーティングを分離させ且つ前記基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度にて前記第１のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップを包含する。
【００１４】
他の態様によれば、本発明は、太陽電池モジュールの形成法を提供する。当該方法は、第１のコーティングされた基材材料を設けるステップ、前記コーティングを分離させ且つ前記第１の基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度にて前記第１のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップ、第２の基材材料を設けるステップ、前記コーティングを分離させ且つ前記第１のコーティングされた基材材料の少なくとも一部を溶融させるのに十分高い温度にて前記第２のコーティングされた基材材料に刻み目を付けるステップ、及び前記第１及び第２のコーティングされた基材材料を接合させて太陽電池モジュールを形成させるステップ、を包含する。
【００１５】
一実施形態によれば、コーティングされた基材材料の前記溶融によって、基材材料の電気接続が断たれる。他の実施形態によれば、刻み目を付けるステップは、例えば、加熱した尖筆やはんだごてチップを用いて、機械的に実施される。
【００１６】
他の実施形態では、当該方法は、第１及び／又は第２の基材材料のコーティングに、相互接続された感光性ナノ粒子材料及び電荷輸送材料を適用することを包含する。本実施形態の一形態によれば、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、ポリマー連結剤で連結されたナノ粒子を含む。本実施形態の他の形態によれば、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、約５ｎｍ〜約８０ｎｍの範囲のナノ粒子を含む。本実施形態の一形態では、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化タンタル、酸化スズ、及びそれらの組合せ、から成る群から選択される。
【００１７】
他の実施形態によれば、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン及びピロールから成る群から選択される分子を含んで成る感光剤を含む。本実施形態の一形態によれば、感光剤はさらに、二価及び三価の金属から成る群から選択される金属イオンを含む。本実施形態の他の形態によれば、感光剤は、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含む。
【００１８】
他の実施形態では、電荷輸送材料は、レドックス電解質系を含む。他の実施形態では、電荷輸送材料は、ポリマー電解質を含む。好ましくは、電荷輸送材料は、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる。
【００１９】
一実施形態によれば、第１及び第２の基材材料のコーティングは、導電性（あるいはまた、半導電性）材料を含む。本実施形態の一形態によれば、第１及び第２基材材料のうち少なくとも一方は、ポリエチレンテレフタレートあるいはポリエチレンナフタレート材料を含む。他の形態によれば、第１及び第２の基材材料のうち少なくとも一方は、著しく光透過性であり且つ柔軟性である。一実施形態では、第１及び第２の基材材料のコーティングの少なくとも一方は、インジウムスズ酸化物を含む。
【００２０】
他の態様では、本発明は、そのコーティングの電気接続を断つ第１の切れ目をその中に有する第１のコーティングされた基材材料、そのコーティングの電気接続を断つ第２の切れ目をその中に有する第２のコーティングされた基材材料、及び第１及び第２のコーティングされた基材材料のコーティングの間に配置された、相互接続された感光性ナノ粒子材料及び電荷輸送材料、を備える太陽電池モジュールを提供する。好ましくは、第１及び第２の基材材料が電気的に関連するように、第１及び第２のコーティングされた基材材料は、相互接続された感光性ナノ粒子材料と接合されている。
【００２１】
一態様では、本発明は、太陽電池の形成法を提供する。当該方法には、金属箔を設けること、前記金属箔にナノ粒子材料を適用すること、前記ナノ粒子材料を加熱して相互接続されたナノ粒子材料を形成すること、並びに第１及び第２の柔軟な基材の間に、前記相互接続されたナノ粒子材料でコーティングされた前記金属箔を配置すること、が包含される。当該方法は、前記金属箔と前記第１の柔軟な基材との間に導電性層を配置すること、ワイヤを設けること、並びに前記導電性層及び前記金属箔が前記ワイヤと電気的に接続されるように第１及び第２の基材を接合させること、を包含し得る。一実施形態では、前記接合するステップは、その間に接着層を配置することによって前記第１及び第２の導電性層を重ね合わせることを包含し、それによって、重ね合わせた後、前記ワイヤが前記接着層内に埋め込まれた状態となる。種々の実施形態において、相互接続されたナノ粒子材料は、約３００℃未満、約１５０℃未満、又は室温で、ポリリンカーを用いて相互に接続される。
【００２２】
他の態様では、本発明は、太陽電池モジュールを形成する方法に関し、当該方法は、金属箔を設けるステップ、前記金属箔の分離部分にナノ粒子材料を適用するステップ、前記ナノ粒子材料を加熱して、相互接続したナノ粒子材料を形成するステップ、前記箔に切り込みを付けて分離部分へと機械的に分離させるステップ、並びに第１及び第２の柔軟な基材の間に前記金属箔の前記分離部分を配置して太陽電池モジュールを形成させるステップ、を包含する。
【００２３】
他の態様によれば、本発明は、金属箔及び該金属箔上に形成された相互接続されたナノ粒子材料を含んで成る太陽電池に関し、金属箔及び該金属箔上に形成された相互接続されたナノ粒子材料は両方とも、第１及び第２の柔軟な基材の間に配置されている。一実施形態では、当該太陽電池は、前記金属箔と前記第１の柔軟な基材との間に配置された導電性層、及び前記第１及び第２の柔軟な基材と電気的に接触するように配置されたワイヤ、を備える。
【００２４】
上述の太陽電池やモジュール及びそれを形成する方法に関する種々の態様において、相互接続されたナノ粒子材料には、相互接続された感光性ナノ粒子材料が含まれる。相互接続されたナノ粒子材料は、平均粒径約５ｎｍ〜約８０ｎｍ、あるいは好ましくは約１０ｎｍ〜約４０ｎｍの粒子を含むことができる。一実施形態では、相互接続された感光性ナノ粒子には、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化テルビウム、又は１つ又は複数のそれらの組合せ、が含まれる。相互接続された感光性ナノ粒子材料は、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、あるいはピロールなどの感光剤を含むことができる。感光剤は、二価あるいは三価の金属などの金属イオンを含むことができる。感光剤はまた、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含む。
【００２５】
一実施形態では、電荷輸送材料は、第１及び第２の基材の間に配置される。当該電荷輸送材料は、レドックス電解質系を含むことができる。他の実施形態では、電荷輸送材料は、ポリマー電解質である。一形態によれば、当該電荷輸送材料は、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる。
【００２６】
一実施形態では、太陽電池モジュール及び／又は電池は、第１及び第２の柔軟な基材の間に配置された、触媒作用を示す媒体層を備える。当該触媒作用を示す媒体層は、例えば、白金である。一実施形態では、導電性層の少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物を含む。一実施形態では、ワイヤは、導電性（例えば、ステンレス鋼や白金などの金属ワイヤ）である。他の実施形態では、複数のワイヤが、第１及び第２の基材材料の間に配置される。接着剤には、エポキシを用いることができ、当該接着剤は硬化プロセスを必要とする。一実施形態では、重ね合わせる前に、ワイヤを接着剤でコーティングする。
【００２７】
他の実施形態では、第１及び第２の柔軟な基材のうち少なくとも一方は、著しく光透過性（例えば、ポリエチレンナフタレートやポリエチレンテレフタレート材料）である。第１及び第２の柔軟な基材は、著しく光透過性とし得る。一実施形態では、金属箔はチタンを含んでいる。
【００２８】
一実施形態によれば、ナノ粒子材料は、約３００℃未満の温度でポリリンカーを用いて相互に接続される。他の実施形態では、ナノ粒子材料は、約１５０℃未満の温度でポリリンカーを用いて相互に接続される。
【００２９】
一態様では、本発明は、電荷輸送材料と、ポリマー連結剤によって連結されたナノ粒子を含む相互接続された感光性ナノ粒子材料とを含んで成り、その両方ともが第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材の間に配置されている、太陽電池を提供する。電荷輸送材料及び相互接続された感光性ナノ粒子材料は、第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材の間にそれ自体配置されている第１及び第２の柔軟で著しく光透過性である基材の間に配置することができる。当該太陽電池の一実施形態では、相互接続された感光性ナノ粒子材料は、実質的に約５ｎｍ〜約８０ｎｍの平均粒径を有する粒子を含む。当該相互接続された感光性ナノ粒子材料には、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化スズ、又は１つ又は複数のそれらの組合せ、が含まれ得る。相互接続された感光性ナノ粒子材料は、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及び／又はピロールなどの感光剤を含むことができる。感光剤は、二価あるいは三価の金属などの金属イオンを含むことができる。感光剤はまた、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、及び鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含むことができる。当該太陽電池の一実施形態では、電荷輸送材料は、例えばポリマー電解質を含む、レドックス電解質系を含む。
【００３０】
一実施形態では、第１及び第２の柔軟で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方は、ポリエチレンテレフタレートあるいはポリエチレンナフタレート材料を含む。第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方は、強化ガラスを含むことができる。一実施形態では、太陽電池モジュールは、第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材のあいだに配置された、触媒作用を示す媒体層を備える。当該触媒作用を示す媒体層は、例えば、白金である。一実施形態では、当該太陽電池はまた、第１及び第２の剛体で著しく光透過性である基材のうち少なくとも一方に適用された導電体材料も備えることができる。当該導電体材料は、インジウムスズ酸化物を含むことができる。
【００３１】
他の態様では、つがい太陽電池は、電荷輸送材料と、ポリマー連結剤で連結されたナノ粒子を含む相互接続された感光性ナノ粒子材料とを含み、その両方ともが、剛体で著しく光透過性である基材と柔軟で著しく光透過性である基材との間に配置されている。
【００３２】
他の態様では、本発明は、低温にて、剛体基材上でナノ粒子を相互に接続させる方法を提供する。当該方法は、剛体基材を設けること、ポリマー連結剤及び溶媒を含んで成る溶液を前記剛体基材に適用すること、約３００℃未満の温度で複数の金属酸化物ナノ粒子を前記溶液と接触させて、前記複数の金属酸化物ナノ粒子の少なくとも一部を相互に接続させること、を包含する。種々の実施形態において、前記温度は、約２００℃未満、約１００℃未満、あるいはおよそ室温である。ポリマー連結剤は、長鎖の巨大分子を含み、それは、（i）前記複数の金属酸化物ナノ流親お化学構造に実質的に類似する主鎖構造、及び（ii）前記主鎖構造に結合している１つ又は複数の反応性基、を備え得る。一実施形態では、複数の金属酸化物ナノ粒子は、化学構造MxOyを有しており、ここでx及びyは整数である。Mは、Ti、Zr、Sn、W、Nb、Ta、及びTbとすることができる。一実施形態では、ポリマー連結剤は、ポリ（n-ブチルチタネート）である。溶媒には、n-ブタノールを用いることができる。一実施形態では、剛体基材は、著しく光透過性である（例えば、強化ガラス）。前記複数の金属酸化物ナノ粒子には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、及びそれらの組合せ、が含まれ得る。
【００３３】
一態様では、本発明は、太陽電池モジュールを製造する方法を提供する。当該方法は、複数の太陽電池を前進させること、及び前記複数の太陽電池からなるサブセットを超音波によって１つ又は複数の太陽電池モジュールへと分割すること、を包含する。一実施形態では、前記分割ステップは、前記太陽電池サブセットを実質的に且つ同時に切断しシールして、１つ又は複数の太陽電池モジュールへとすることを包含する。前記複数の太陽電池は、太陽電池から成る実質的に連続的な柔軟シートを含むことができる。種々の実施形態において、前記前進ステップは、連続製造プロセス（例えば、ロールベースのプロセス）の一部として実施される。前記複数の太陽電池は、柔軟性にし得る。一実施形態では、切断しシールすることによって、１つ又は複数の太陽電池の基部に前端を形成し得る。切断しシールすることによって、１つ又は複数の太陽電池の末端に後端を形成し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の他の態様及び利点は、例示するためにのみ本発明の原理を説明する、以下の図面、詳細な説明、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００３５】
上記本発明の先述の及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面と共に種々の例示的実施形態に関する以下の説明を読むことで、より十分に理解されよう。図面に関しては、種々の図面を通して、同じ符号は概して同じ要素を示している。図面は、必ずしも正確な縮尺率のものではなく、概して、本発明の原理を表す箇所を強調している。
【００３６】
例示的実施形態の説明
Ａ．ナノ粒子の低温での相互接続
簡単に上述しているように、一実施形態では、本発明は、比較的低い「焼結」温度（＜約３００℃）にて太陽電池繊維の製造を可能とするポリマー連結剤（これ以後「ポリリンカー」）を提供する。用語「焼結」は慣習的に高温（＞約４００℃）プロセスを意味するが、本明細書で用いるとき、用語「焼結」とは、温度に特徴をもつものではなく、概して、任意の温度においてナノ粒子を相互接続させるプロセスを意味する。一例示的実施形態では、本発明は、ポリリンカー用いて、薄膜太陽電池内のナノ粒子を相互に接続させる方法を提供する。他の例示的実施形態によれば、当該比較的低温の焼結プロセスによって、柔軟なポリマー基材を用いた太陽電池を製造することが可能となる。柔軟な基材を採用することで、本発明はまた、ロールトゥロールやウェブ連続製造プロセスを採用することを可能にする。
【００３７】
図１及び２は、本発明による例示的なポリリンカーの化学構造を図解している。図示した特定のポリリンカー構造は、式MxOyを有するナノ粒子と共に用いるためのものであり、ここで、Mは、例えばチタン（Ti）、ジルコニウム（Zr）、タングステン（W）、ニオブ（Nb）、ランタン（La）、タンタル（Ta）、テルビウム（Tb）、あるいはスズ（Sn）であり、x及びyは１以上の整数である。図１の例示的実施形態によれば、ポリリンカー１００は、金属酸化物ナノ粒子と構造が類似している鎖構造１０２、及び(OR)i反応性基を含み、ここで、Rは、例えばアセテート基、アルキル基、アルケン基、アルキン基、芳香族基、アシル基、あるいは水素であり、iは１以上の整数である。適切なアルキル基として、限定はしないが、エチル、プロピル、ブチル、及びペンチル基が挙げられる。適切なアルケン基として、限定はしないが、エテン、プロペン、ブテン、及びペンテンが挙げられる。適切なアルキン基として、限定はしないが、エチン、プロピン、ブチン、及びペンチンが挙げられる。適切な芳香族基として、限定はしないが、フェニル、ベンジル、及びフェノールが挙げられる。適切なアシル基には、限定はしないが、アセチル及びベンゾイルが含まれる。加えて、例えば、塩素、臭素、及びヨウ素をはじめとするハロゲンを、(OR)i反応性基の代わりに用いることができる。
【００３８】
図２を参照すると、ポリリンカー１１０は、(OR)i反応性基及び(OR)i+1反応性基を有する２つの-M-O-M-O-M-O-鎖構造を含む分岐鎖構造を有しており、ここで、Rは、例えば先に列挙した原子、分子あるいは化合物の１つとすることができ、iは１以上の整数である。２つの鎖構造は、金属酸化物ナノ粒子と類似の構造を有している。まとめると、図２に図示された構造は、-M(OR)i-O-(M(OR)i-O)n-M(OR)i+1で表され、ここでi及びnは１以上の整数である。
【００３９】
図３Ａは、ポリリンカー３０４によってMxOyナノ粒子３０２を相互接続させることで得られた化学構造３００を図解している。種々の実施形態において、ポリリンカー３０４は、それぞれ図１及び２に図示されるポリリンカー１００及び１１０の化学構造を有する。当該例示的実施形態によれば、ナノ粒子３０２は、室温にてあるいは室温未満で、又は約３００℃未満の高い温度にて、当該ナノ粒子３０２をポリリンカー３０４と接触させることによって、相互に接続されている。好ましくは、ポリリンカー３０４は溶媒中に分散されており、それによってナノ粒子３０２と容易に接触できる。適切な溶媒には、限定はしないが、特に、種々のアルコール、クロロ炭化水素（例えば、クロロホルム）、ケトン、環式及び直鎖のエーテル誘導体、及び芳香族溶媒が挙げられる。ナノ粒子３０２の表面水酸基とポリリンカー３０４のポリマー鎖上のアルコキシ基との反応によって、非常に安定な共有結合を介して多くのナノ粒子３０２が互いにブリッジ（即ち、架橋）し、その結果、ナノ粒子３０２が相互接続するものと考えられている。また、ポリリンカー３０４の化学構造はナノ粒子３０２のそれと類似しているため、ナノ粒子３０２とポリリンカー３０４との間のブリッジ（即ち、架橋）サイトが少ない場合でさえも、未焼結あるいは未相互接続のナノ粒子フィルムの電気的、機械的特性に比べて優れているそれらを有する高度に相互接続されたナノ粒子フィルムを得ることができる。前記電気的特性には、例えば、π共役を介して、あるナノ粒子から他への電子あるいは正孔の輸送を促進する電子及び／又は正孔伝導特性が含まれる。前記機械的特性には、例えば、改善された柔軟性が含まれる。
【００４０】
また図３Ａを参照すると、低濃度のポリリンカー３０４、単一のポリリンカー３０４は、多数のナノ粒子３０２を架橋させ、架橋ナノ粒子ネットワークを形成することができる。しかしながら、ポリリンカー３０４ポリマーの濃度を増加させると、より多くのポリリンカー３０４がナノ粒子３０２表面に付着し、ポリマーでコーティングされたナノ粒子３００が形成される。当該ポリマーコーティングされたナノ粒子３００は、当該ポリマーの柔軟性ゆえ、薄いフィルム状に加工することができる。ポリリンカーポリマーとナノ粒子とでは電気的特性及び構造的特性が類似しているため、当該ポリマーコーティングされたナノ粒子の電気的特性は殆ど影響を受けないものと考えられる。
【００４１】
図３Ｂは、導電体である酸化物層コーティング３１０を含む柔軟性基材３０８の上に形成された、図３Ａ記載の相互接続されたナノ粒子フィルム３００の例示的実施形態の化学構造３０６を示している。詳細には、ポリリンカーを用いて、柔軟且つ著しく光透過性である基材３０８上での当該ナノ粒子フィルム３００の形成を促進することができる。本明細書で用いるとき、用語「著しく光透過性である基材」とは、操作波長範囲において、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させる基材を意味する。柔軟な基材３０８の例として、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリマー状炭化水素、セルロース化合物、及びそれらの組合せなどが挙げられる。PET及びPEN基材は、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープドスズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛などの、１つ又は複数の導電性酸化物層コーティング３１０によって、コーティングすることができる。
【００４２】
好ましい一実施形態によれば、例示的ポリリンカーを用いることによって、本発明の方法は、４００℃よりもかなり低い温度、好ましくは約３００℃未満の温度にて、ナノ粒子３０２を相互に接続させる。そのような温度範囲で処理することによって、さもなければ従来の高温焼結法では破壊的に変異するであろう柔軟な基材３０８を使用することができる。例示的な一実施形態では、例示的構造３０６は、約３００℃未満の温度にて、ポリリンカー３０４を用いて基材３０８上でナノ粒子３０２を相互に接続させることによって、形成される。他の実施形態では、約１００℃未満の温度にて、ポリリンカー３０４を用いてナノ粒子３０２を相互に接続させる。さらに他の実施形態では、ナノ粒子３０２は、およそ室温、常圧、即ち、それぞれ約１８〜２２℃、約７６０ｍｍＨｇにて、ポリリンカー３０４を用いて相互に接続される。
【００４３】
ナノ粒子が基材上に配置される実施形態では、ポリリンカーの反応性基は、基材、基材コーティング及び／又は基材酸化物層と結合する。当該反応性基は、例えば、共有結合、イオン結合及び／又は水素結合を介して、基材、基材コーティング及び／又は基材酸化物層に結合することができる。ポリリンカーの反応性基と基材上の酸化物層との反応は、ポリリンカーを介するナノ粒子と基材との接続に帰着すると考えられる。
【００４４】
本発明の種々の実施形態によれば、金属酸化物ナノ粒子は、室温にてあるいは室温未満で、又は、約３００℃未満の高い温度で、当該ナノ粒子を、適切な溶媒中に分散している適切なポリリンカーと接触させることによって相互に接続される。当該ナノ粒子は、多くの様式でポリリンカー溶液と接触することができる。例えば、ナノ粒子フィルムを基材上に形成し、次いでポリリンカー溶液中に浸漬させることができる。ナノ粒子フィルムを基材上に形成し、当該フィルム上にポリリンカー溶液を噴霧することもできる。ポリリンカーとナノ粒子を共に溶液中に分散させ、その溶液を基材上に付着させることもできる。ナノ粒子分散物を調製するために、例えば、マイクロ流体化、損耗（attritting）、ボールミリングなどの方法を用いることができる。さらに、ポリリンカー溶液を基材上に付着させて、そのポリリンカー上にナノ粒子フィルムを配置することもできる。
【００４５】
ポリリンカーとナノ粒子を共に溶液中に分散させる実施形態では、得られるポリリンカー−ナノ粒子溶液を用いて、単一ステップにて基材上に相互接続したナノ粒子フィルムを形成することができる。本実施形態の種々の変更形態において、ポリリンカー−ナノ粒子溶液の粘度は、例えば、スクリーン印刷及びグラビア印刷技術などの印刷技術を用いてフィルム付着を容易に実施できるように選択することができる。ポリリンカー溶液を基材上に付着させ、そのポリリンカー上にナノ粒子フィルムを配置する実施形態では、ポリリンカー濃度は、所望の接着厚さを達成し得るよう適合させ得る。加えて、ナノ粒子フィルムを配置する前に、付着したポリリンカー溶液から余剰の溶媒を除去することができる。
【００４６】
本発明は、式MxOyを有する材料からなるナノ粒子の相互接続に限定されるものではない。適切なナノ粒子材料には、限定はしないが、チタン、ジルコニウム、ランタン、ニオブ、スズ、タンタル、テルビウム、及びタングステンの硫化物、セレン化物、テルル化物、及び酸化物が含まれる。例えば、TiO2、SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、WO3、La2O3、Nb2O5、SnO2、チタン酸ナトリウム、及びニオブ酸カリウムが、適切なナノ粒子材料である。
【００４７】
ポリリンカーは、１つ又は複数の種類の反応性基を備えることができる。例えば、図１−３Ｂの例示的実施形態は、１種の反応性基ORを示している。しかしながら、ポリリンカーは、数種の反応性基、例えば、OR、OR’、OR’’などを備えることができ、その場合、R、R’、R’’は１つ又は複数の水素、アルキル、アルケン、アルキン、芳香族、あるいはアシル基であるか、又はOR、OR’、OR’’はハロゲン化物である。例えば、ポリリンカーは、-[O-M(OR)i(OR’)j-]-、及び-[O-M(OR)i(OR’)j(OR’’)k-]-などのポリマーユニットを含むことができ、ここで、i、j及びkは１以上の整数である。
【００４８】
図４は、例示的ポリリンカー、即ち、二酸化チタン（TiO2）ナノ粒子と共に使用するためのポリ（n-ブチルチタネート）４００の化学構造を示している。ポリ（n-ブチルチタネート）４００用の適切な溶媒として、限定はしないが、特に、種々のアルコール、クロロ炭化水素（例えば、クロロホルム）、ケトン、環式及び直鎖のエーテル誘導体、及び芳香族溶媒が挙げられる。好ましくは、溶媒はn-ブタノールである。ポリ（n-ブチルチタネート）ポリリンカー４００は、ブトキシ（OBu）反応性基をもつ分岐-Ti-O-Ti-O-Ti-O-鎖構造を有する。
【００４９】
図５Ａは、ナノ粒子フィルム５００の化学構造を示しており、それは、ポリ（n-ブチルチタネート）ポリリンカー分子５０４によって相互に接続されている二酸化チタンナノ粒子５０２から構築されている。TiO2ナノ粒子５０２の表面水酸基とポリリンカー５０４のブトキシ基５０６（又は他のアルコキシ基）との反応によって、非常に安定な共有結合を介して多数のナノ粒子５０２が互いにブリッジ（即ち、架橋）することができ、その結果、ナノ粒子５０２は相互に接続される。さらに、ポリリンカー５０４はTiO2の化学構造に類似のそれを有するポリマー材料であるため、ナノ粒子５０２とポリリンカー５０４とのブリッジ（即ち、架橋）サイトがたとえ少なくても、未焼結あるいは未相互接続のナノ粒子フィルムの電気的特性及び機械的特性と比べて優れたそれらを有する、高度に相互接続したナノ粒子フィルム５００を得ることができるであろう。
【００５０】
図５Ｂは、ポリリンカー溶液を基材５１０に適用し、次いでそのポリリンカー５０４上にナノ粒子５０２を配置することによって、導電性酸化物層を備える基材５１０上に形成された、図５Ａ記載のナノ粒子フィルム５００の化学構造５０８を示している。二酸化チタンナノ粒子５０２を用いる例示的実施例では、ポリ（n-ブチルチタネート）５０４を含むポリリンカー溶液をn-ブタノール中に溶解させ、基材５１０に適用する。ポリリンカー５０４の濃度は、ポリリンカー溶液の所望の付着厚さを達成するよう適合させ得る。次いで、二酸化チタンナノ粒子フィルム５００を、ポリリンカーでコーティングされた基材５１０上に配置する。TiO2ナノ粒子の表面水酸基とポリ（n-ブチルチタネート）５０４のブトキシ基５０６（又は他のアルコキシ基）との反応は、ナノ粒子５０２の相互接続、並びにナノ粒子５０２と基材５１０上の酸化物層５１２との接続に帰着する。
【００５１】
図６は、本発明による柔軟な太陽電池６００を示しており、それは、第１の柔軟で著しく光透過性である基材６０９と第２の柔軟で著しく光透過性である基材６１２との間に配置されている相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３及び電荷輸送材料６０６を含む。一実施形態では、当該柔軟な太陽電池はさらに、第１の基材６０９と第２の基材６１２との間に配置された、触媒作用を示す媒体層６１５をさらに備える。好ましくは、太陽電池６００はまた、基材６０９及び６１２の一方あるいは両方の上に配置された導電体６１８も含む。本明細書で提供されるナノ粒子の相互接続法は、当該基材６０９及び６１２に適合し得る温度及び加熱時間にて、柔軟な太陽電池６００の構築を可能とする。
【００５２】
太陽電池６００の、柔軟で著しく光透過性である基材６０９及び６１２は、好ましくは、ポリマー材料を含む。適切な基材材料には、限定はしないが、PET、ポリイミド、PEN、ポリマー状炭化水素、セルロース化合物、又はそれらの組合せが含まれる。さらに、基材６０９及び６１２は、例えばロールトゥロールやウェブプロセスのような連続製造プロセスによる太陽電池の製造を容易にする材料を含むことができる。基材６０９及び６１２は、有色でも無色でもよい。好ましくは、基材６０９及び６１２は、無色透明である。基材６０９及び６１２は、１つ又は複数の実質的に平坦な表面を有することも、又は実質的に平坦でないようにもすることができる。例えば、平坦でない基材は、曲線のあるいはステップ状の表面（例えば、フレネルレンズを形成するため）を有することも、又は異なるようにパターニングすることもできる。
【００５３】
当該例示的実施形態によれば、導電体６１８は、基材６０９及び６１２の一方又は両方の上に配置される。好ましくは、導電体６１８は、例えば、ITO、フッ素ドープドスズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛などのような、著しく光透過性である物質である。一例示的実施形態では、導電体６１８は、厚さ約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの層として配置されている。他の例示的実施形態では、導電体６１８の厚さは、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍである。当該例示的実施形態のさらに他の形態によれば、ワイヤもしくは導線を導電体６１８に接続して、太陽電池６００を外部負荷に電気的に接続させることができる。
【００５４】
相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３は、詳しく上述したような、１つ又は複数の金属酸化物ナノ粒子を含むことができる。一実施形態では、相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３は、平均粒径約２ｎｍ〜約１００ｎｍのナノ粒子を含む。他の実施形態では、相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３は、平均粒径約１０ｎｍ〜約４０ｎｍのナノ粒子を含む。好ましくは、ナノ粒子は、約２０ｎｍの平均粒径を有する二酸化チタン粒子である。
【００５５】
当該ナノ粒子に広範な感光剤を適用して及び／又は関連させて、相互に接続された感光性ナノ粒子材料６０３を製造することができる。感光剤は、入射可視光の電気への変換を促進し、それによって所望の太陽電池効果を得ることができる。感光剤は入射光を吸収し、それは、感光剤内での電子励起に帰着する。次いで、励起電子のエネルギーは、感光剤の励起レベルから相互接続されたナノ粒子６０３の伝導帯へと移動する。この電子の移動は、電荷の効率的分離及び所望の太陽電池効果を生ずる。従って、相互接続されたナノ粒子の伝導帯にある電子が、太陽電池に電気的に接続されている外部負荷を駆動させるために利用可能となる。一例示的実施形態では、感光剤は、相互接続されたナノ粒子６０３上に吸着（化学吸着及び／又は物理吸着の何れか）し得る。感光剤は、相互接続されたナノ粒子６０３の表面上、相互接続されたナノ粒子６０３の全体、あるいはその両方に吸着し得る。当該感光剤は、例えば、その操作範囲波長のフォトン吸収能、相互接続されたナノ粒子６０３の伝導帯におけるその自由電子（又は正孔）生成能、及びその相互接続されたナノ粒子６０３との錯体形成能あるいは相互接続されたナノ粒子６０３に対するその吸着能に応じて、選定される。適切な感光剤として、例えば、カルボキシ基及び／又は水酸基のような官能基を有し、ナノ粒子、例えばTiO2表面上のTi(IV)サイト、とキレート化し得る色素が挙げられる。適切な色素として、限定はしないが、アントシアニン、ポルフィリン、フタロシアニン、メロシアニン、シアニン、スクアレート（squarate）、エオシン、及びシス-ビス（イソチオシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’-ジカルボキシラト）-ルテニウム（II）（「N3  色素」）；トリス（イソチオシアナト）-ルテニウム（II）-2,2’；6’,2’’-ターピリジン-4,4’,4’’-トリカルボン酸；シス-ビス（イソシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’ジカルボキシラト）-ルテニウム（II）ビス-テトラブチルアンモニウム；シス-ビス（イソシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’ジカルボキシラト）ルテニウム（II）；及びトリス（2,2’-ビピリジル-4,4’-ジカルボキシラト）ルテニウム（II）ジクロリドなどの金属含有色素が挙げられ、その全てはソラロニクス社から入手可能である。
【００５６】
太陽電池の電輸送材料６０６部分は、太陽電池内で層を形成するか、又は相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３を形成する材料に分散するか、又はその両方の組合せとすることができる。電荷輸送材料６０６には、基盤電位あるいは電流源から相互接続された感光性ナノ粒子６０３（及び／又はそれらと関連している感光剤）への電荷の輸送を促進する任意の材料を用いることができる。適切な電荷輸送材料の一般的種類として、限定はしないが、溶媒ベースの液体電解質、高分子電解質、ポリマー電解質、固体電解質、ｎ型、ｐ型輸送物質（例えば、導電性ポリマー）、及びゲル電解質が挙げられ、それらは以下さらに詳しく説明する。
【００５７】
電荷輸送材料６０６には他の選択も可能である。例えば、電解質組成物は、式LiXを有するリチウム塩を含むことができ、ここで、Xはヨウ化物、臭化物、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸塩、トリフルオロメチルスルホネート、又はヘキサフルオロホスフェートである。一実施形態では、電荷輸送材料６０６は、レドックス系を含む。適切なレドックス系には、有機及び／又は無機のレドックス系が含まれる。当該系の例には、限定はしないが、セリウム（III）硫化物／セリウム（IV）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Fe2+／Fe3+、Co2+／Co3+、及びビオロゲンが含まれる。さらに、電解質溶液は式MiXjを有し、ここでi及びjは１以上である。Xはアニオンであり、MはLi、Cu、Ba、Zn、Ni、ランタニド、Co、Ca、Al、及びMgから成る群から選択される。適切なアニオンには、限定はしないが、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸、トリフルオロメチルスルホネート、及びヘキサフルオロホスフェートが含まれる。
【００５８】
いくつかの例示的実施形態では、電荷輸送材料６０６は、ポリマー電解質を含む。一形態では、ポリマー電解質には、ポリ（ビニルイミダゾリウムハロゲン化物）及びヨウ化リチウムが含まれる。他の形態では、ポリマー電解質には、ポリ（ビニルピリジニウム塩）が含まれる。さらに他の実施形態では、電荷輸送材料６０６は、固体電解質を含む。一形態では、固体電解質には、ヨウ化リチウム、ヨウ化ピリジニウムが含まれる。他の形態では、固体電解質には、置換イミダゾリウムヨウ化物が含まれる。
【００５９】
種々の例示的実施形態によれば、電荷輸送材料６０６は、様々な種類のポリマー高分子電解質を含むことができる。一形態では、当該高分子電解質は、重量で約５％〜約１００％（例えば、５〜６０％、５〜４０％、あるいは５〜２０％）のポリマー、例えばイオン伝導性ポリマーと、重量で約５％〜約９５％、例えば約３５〜９５％、６０〜９５％、あるいは８０〜９５％の可塑剤と、約０．０５Ｍ〜約１０Ｍのレドックス電解質、例えば約０．０５Ｍ〜約１０Ｍ、例えば０．０５〜２Ｍ、０．０５〜１Ｍ、あるいは０．０５〜０．５Ｍの有機又は無機ヨウ化物と、約０．０１Ｍ〜１Ｍ、例えば０．０５〜５Ｍ、０．０５〜２Ｍ、あるいは０．０５〜１Ｍのヨウ素を含む。イオン伝導性ポリマーとして、例えば、ポリエチレンオキサイド（PEO）、ポリアクリロニトリル（PAN）、ポリメチルメタクリレート（アクリル酸）（PMMA）、ポリエーテル、及びポリフェノールが挙げられる。適切な可塑剤の例として、限定はしないが、炭酸エチル、炭酸プロピレン、炭酸塩混合物、有機リン酸塩、ブチロラクトン、及びジアルキルフタレートが挙げられる。
【００６０】
好ましくは、柔軟な太陽電池６００はまた、基材６０９及び６１２の間に配置された、触媒作用を示す媒体層６１５を備える。当該例示的実施形態では、触媒作用を示す媒体層６１５は、電荷輸送材料６０６と電気接触している。当該触媒作用を示す媒体層６１５には、例えば、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、活性炭、パラジウム、白金、あるいは正孔輸送ポリマー（例えば、ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン及びポリアニリン）が含まれる。好ましくは、触媒作用を示す媒体層６１５はさらに、チタン、あるいは他の適切な金属を含み、それによって、基材及び／又は基材コーティングに対する、当該触媒作用を示す媒体層の接着が促進される。好ましくは、当該チタンは、厚さ約１０オングストロームの領域として又は層として配置される。一実施形態では、触媒作用を示す媒体６１５は、厚さ約１３オングストローム〜約３５オングストロームの白金層を含む。他の実施形態では、触媒作用を示す媒体６１５は、厚さ約１５オングストローム〜約５０オングストロームの白金層を含む。他の実施形態では、触媒作用を示す媒体６１５は、厚さ約５０オングストローム〜約８００オングストロームの白金層を含む。好ましくは、触媒作用を示す媒体６１５は、厚さ約２５オングストロームの白金層を含む。
【００６１】
他の態様では、本発明はまた、例えば、ロールトゥロールプロセスやウェブプロセスなどの連続製造プロセスを用いて基材上に相互接続された金属酸化物ナノ粒子の層を形成する方法も提供する。これらの方法を用いて、例えばDSSCを製造することができる。例えば、連続的且つコスト効果の高いアセンブリラインプロセスを用いる、多数のDSSCを製造する現行プロセスは、いくらよく見ても、非常に困難である。DSSCの連続アセンブリプロセスに関する困難性は、一般的に剛体でありガラスや金属のような耐熱性材料を典型的に含む電池支持体、即ち基材に起因し得る。この第１の理由は、溶融ナノ結晶を製造するための高温焼結プロセス（典型的に、約４００〜５００℃）に関する。剛体基材材料は、まさにその特性によって、概して、連続製造プロセスにそれ自体向いておらず、むしろよりコストのかかるバッチプロセスに向いている。
【００６２】
図７は、図６で示した太陽電池を形成するのに使用し得る、一例示的実施形態の連続製造プロセス７００を示している。本例示的実施形態によれば、相互接続されたナノ粒子フィルムは、ローラ７０８を用いて製造を実施している際に連続的に前進する、周期的に前進する、及び／又は不規則に前進する進行基材シート７０５上に形成される。当該例示的実施形態では、太陽電池の１つの電極の基礎として機能する導電体材料７１０が、進行基材７０５上に配置される。種々の実施形態において、導電体材料７１０は、熱的蒸発法あるいは低温スパッタリングによって、基材７０５のターゲット領域上に配置することができる。加えて、導電体材料７１０は、例えば、真空蒸着によっても配置することができる。
【００６３】
図７に示す例示的実施形態によれば、感光性ナノ粒子材料７１５が次に配置される。上述のように、感光性ナノ粒子材料７１５は、進行基材シート７０５上に、ポリリンカーと金属酸化物ナノ粒子とを含む溶液を適用することによって形成させることができる。ポリリンカー−ナノ粒子溶液は、限定はしないが、浸漬タンク、押し出しコーティング、噴霧コーティング、スクリーン印刷、及びグラビア印刷をはじめとする、任意の適切な技術によって適用することができる。他の例示的実施形態では、ポリリンカー溶液及び金属酸化物ナノ粒子を別々に進行基材シート７０５に適用して、感光性ナノ粒子材料７１５を形成することができる。一例示的実施形態では、ポリリンカー溶液を進行基材７０５に適用し、そして金属酸化物ナノ粒子（好ましくは、溶媒中に分散している）を前記ポリリンカー上に配置する。他の例示的実施形態では、金属酸化物ナノ粒子（好ましくは、溶媒中に分散している）を進行基材７０５に適用し、そしてポリリンカー溶液を前記ナノ粒子に適用することで、感光性ナノ粒子材料７１５を形成することができる。図６に関して上述したように、広範な感光剤をナノ粒子に適用して及び／又は関連させて、感光性ナノ粒子材料７１５を製造することができる。
【００６４】
感光性ナノマトリクス材料７１５の配置後、所望の最終製品に応じて、基材シート７０５をさらなる処理位置へと前進させることができる。本例示的実施形態によれば、基盤電位あるいは電流源から感光性ナノ粒子材料７１５への電荷の輸送を促進する電化輸送材料７２０が配置される。電荷輸送材料７２０は、例えば、噴霧コーティング、ローラコーティング、ナイフコーティング、あるいはブレードコーティングによって適用することができる。電荷輸送材料７２０は、イオン伝導性ポリマー、可塑剤、及びヨウ化物とヨウ素との混合物を含む溶液を形成させて調製することができる。前記ポリマーには機械的及び／又は寸法的安定性をもたらし；前記可塑剤はゲル／液体相転移温度に寄与し；前記ヨウ化物とヨウ素はレドックス電解質として機能する。
【００６５】
再度図７を参照すると、次いで、太陽電池内の光励起された分子から放出された電子の輸送を促進する、触媒作用を示す媒体層７２５が配置される。その後、第２の導電体層７３０が配置される。当該第２の導電体層７３０は、太陽電池の第２の電極の基礎として機能する。次いで、第２の柔軟な基材７３５の巻きを解き、進行シート７０５に適用することで、連続製造プロセス７００を用いて太陽電池を完成させることができる。超音波断片化装置７４０を用いて、複数の太陽電池の前端及び後端を同時に切断しシールし、それによって太陽電池モジュールを形成する。当該超音波断片化法は、後により詳しく述べる。
【００６６】
二酸化チタンナノ粒子を含むDSSCに関する、本発明のさらなる例示的実施例を以下に挙げる。以下の実施例は、例示的なものであり、限定する意図はない。従って、本発明は、限定はしないが、SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、La2O3、Nb2O5、チタン酸ナトリウム、及びニオブ酸カリウムナノ粒子をはじめとする、広範なナノ粒子に適用することができることを理解されたい。加えて、本発明は、例えば、DSSC以外の広範な用途に用いるための、金属酸化物や半導体コーティングのような、相互接続されたナノ粒子の形成に適用可能であることを理解されたい。
【実施例１】
【００６７】
ポリリンカーの浸漬コーティングによる適用
本例示的実施例では、以下のようにして、DSSCを形成した。二酸化チタンナノ粒子フィルムを、SnO2:Fでコーティングされたガラススライド上にコーティングした。ポリリンカー溶液は、ポリ（n-ブチルチタネート）の１％（重量で）n-ブタノール溶液であった。本実施形態では、溶媒中でのポリリンカー濃度は、５重量％未満であることが好ましかった。粒子を相互に接続させるために、ナノ粒子フィルムコーティングされたスライドをポリリンカー溶液に１５分間浸漬し、次いで、１５０℃にて３０分間加熱した。次いで、当該ポリリンカー処理されたTiO2フィルムに、３ｘ１０−４のN3色素溶液を用いて、１時間、感光性付与を実施した。次いで、ポリリンカー処理されたTiO2フィルムによってコーティングされたスライドから、デュポン社から入手可能な２ｍｉｌのSURLYN 1702ホットメルト接着剤を用いて、三ヨウ化物系液体レドックス電解質をTiO2フィルムコーティングされたスライドと白金コーティングされたSnO2:Fガラススライドとの間に挟むことによって、０．６ｃｍ２の太陽電池を製造した。白金コーティングの厚さは、およそ６０ｎｍであった。当該電池は、ＡＭ  １．５という太陽光シミュレータ条件（即ち、強度１０００Ｗ／ｍ２の光の照射）において、３．３３％もの高い太陽光変換効率を示した。完成した太陽電池は、平均太陽光変換効率（「η」）３．０２％；平均開回路電圧（「Ｖｏｃ」）０．６６Ｖ；平均短絡電流（「Ｉｓｃ」）８．７１ｍＡ／ｃｍ２、及び平均曲線因子（fill factor）０．４９（０．４８〜０．５２）を示した。図８は、浸漬コーティングされた太陽電池に関する電流−電圧曲線８０２を示すグラフ８００を図示している。
【実施例２】
【００６８】
ポリリンカー−ナノ粒子溶液の適用
本例示的実施例では、n-ブタノール中の二酸化チタン（P25、およそ８０％のアナターゼと２０％のルチル結晶TiO2ナノ粒子を含むチタニアであり、デグッサ−ハルス社から入手可能）懸濁物５．０ｍＬを、n-ブタノール１ｍＬ中にポリ（n-ブチルチタネート）０．２５ｇを含有するものに添加した。本実施形態では、ポリリンカー−ナノ粒子溶液中のポリリンカー濃度は、約５０重量％未満であるのが好ましかった。懸濁物の粘度は、明らかな粒子の分離なしに、ミルク状から歯磨き状にまで変化した。湿り時のフィルム厚さを定める厚さ６０μｍのテープを備えたガードナーナイフを用いて、当該ペーストをパターニングされたSnO2:Fでコーティングされたガラススライド上に分散させた。当該コーティングを室温で乾燥させ、フィルムを形成させた。次いで、空気乾燥されたフィルムを１５０℃で３０分間加熱処理し、溶媒を除去し、N3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液を用いて一晩感光性付与を実施した。当該感光性付与された光電極を所望の寸法に切断し、白金（厚さ６０ｎｍ）コーティング処理したSnO2:Fでコーティングされたガラススライドと三ヨウ化物系液体電解質との間に挟んだ。完成した太陽電池は、ＡＭ  １．５条件で６つの電池に関して、平均ηが２．９％（２．５７〜３．３８％）であった。平均Ｖｏｃは０．６８Ｖ（０．６６〜０．７１Ｖ）であり、平均Ｉｓｃは８．５５ｍＡ／ｃｍ２（７．４５〜１０．４ｍＡ／ｃｍ２）であり、平均曲線因子は０．４９（０．４８〜０．５２）であった。図９は、ポリリンカー−ナノ粒子溶液から形成された太陽電池に関する電流−電圧曲線９０２を示すグラフ９００を図示している。
【実施例３】
【００６９】
ポリリンカーを用いずに製造されたDSSC電池
本例示的実施例では、固形物含有量３７．５％の二酸化チタン（P25）懸濁水溶液を、マイクロ流体化器（microfluidizer）を用いて調製し、コーティングされたガラススライド上にそれ自体コーティングされているフッ素処理されたSnO2導電性電極（１５オーム／ｃｍ２）上に、スピンコーティングした。当該二酸化チタンコーティングされたスライドを約１５分間空気乾燥し、１５０℃で１５分間加熱処理した。スライドオーブンから取り出し、約８０℃にまで冷却し、N3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液中に約１時間浸漬した。感光性の付与された二酸化チタン光電極を色素溶液から取り出し、エタノールですすぎ、スライド加熱器を用いて４０℃にて乾燥させた。当該感光性光電極を小片（活性領域０．７ｃｍ ｘ ０．５−１ｃｍ）に切断し、白金コーティング処理されたSnO2:F−透明な導電性ガラススライド間に挟んだ。3-メトキシブチロニトリル中に１ＭのLiI、０．０５Ｍのヨウ素、及び１Ｍのt-ブチルピリジンを含有して成る液体電解質を、光電極と白金めっきされた導電性電極との間に毛管作用によって適用した。こうして構築された光電池は、ＡＭ  １．５という条件にて平均太陽光変換効率が約３．８３％であった。これらの電池の、ＡＭ  １．５条件でのη及び太陽電池特性Ｉｓｃ、Ｖｏｃ、最大電力出力時の電圧（「Ｖｍ」）、及び最大電力出力時の電流（「Ｉｍ」）を、表１の列Ａに記載している。図１０は、ポリリンカーを用いずに形成された太陽電池に関する電流−電圧曲線１００２を示すグラフ１０００を図示している。
【００７０】
【表１】
2005516371.tif 000003
【実施例４】
【００７１】
種々の濃度のポリリンカー溶液を用いて製造したDSSC電池
本例示的実施例では、固形物含有量約３７．５％のP25懸濁物をマイクロ流体化器を用いて調製し、フッ素処理されたSnO2導電性電極（１５オーム／ｃｍ２）によってコーティングされたガラススライド上にスピンコーティングした。当該二酸化チタンコーティングされたスライドを約１５分間空気乾燥し、１５０℃にて１５分間加熱処理した。当該二酸化チタンコーティングされた導電性ガススライドを、n-ブタノール中にポリ（n-ブチルチタネート）を含んで成るポリリンカー溶液中に５分間浸漬させ、それによって、ナノ粒子を相互接続（多結合）させた。５分後、そのスライドをポリリンカー溶液から取り出し、約１５分間空気乾燥し、オーブン内で１５０℃にて１５分間加熱処理して、溶媒を除去した。当該スライドをオーブンから取り出し、約８０℃にまで冷却し、N3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液中に約１時間浸漬した。当該感光性付与された二酸化チタン光電極を色素溶液から取り出し、エタノールですすぎ、スライド加熱器を用いて４０℃で乾燥させた。当該感光性光電極を小片（活性領域０．７ｃｍ ｘ ０．５−１ｃｍ）に切断し、白金コーティング処理されたSnO2:F−透明な導電性ガラススライド間に挟んだ。3-メトキシブチロニトリル中に１ＭのLiI、０．０５Ｍのヨウ素、及び１Ｍのt-ブチルピリジンを含有して成る液体電解質を、光電極と白金めっきされた導電性電極との間に毛管作用によって適用した。構築された太陽電池の、ＡＭ  １．５条件でのη及び太陽電池特性Ｉｓｃ、Ｖｏｃ、Ｖｍ、及びＩｍを表１に、０．１ｗｔ％溶液に関しては列Ｂに、０．４ｗｔ％溶液に関しては列Ｃに、１ｗｔ％溶液に関しては列Ｄに、２ｗｔ％溶液に関しては列Ｅに、記載している。図１０は、ポリリンカーを用いて形成した太陽電池に関する電流−電圧曲線１００８を図示している。
【実施例５】
【００７２】
修飾溶液
本例示的実施例では、二酸化チタンコーティングされた透明な導電性酸化物によってコーティングされているガラススライドを、実施例４記載のスピンコーティング法によって調製した。当該チタン酸化物によりコーティングされた導電性ガラススライドを、n-ブタノール中に０．０１Ｍのポリ（n-ブチルチタネート）を含んで成るポリリンカー溶液で５分間処理し、ナノ粒子を相互に接続させた。ポリリンカー溶液から取り出した後、当該スライドを約５分間空気乾燥させた。その後、当該スライドを、修飾剤溶液中に約１分間浸漬させた。使用した修飾剤溶液は、１：１の水／エタノール混合物、１：１の水／エタノール混合物中にt-ブチルピリジンを１Ｍ含んで成る溶液、１：１の水／エタノール混合物中にHClを０．０５Ｍ含んで成る溶液であった。当該スライドのうち１つを加湿器からの蒸気で１５秒間処理した。当該スライドを１５分間空気乾燥し、１５０℃で１５分間加熱処理して溶媒を除去し、次いでN3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液中に約１時間浸漬した。当該感光性光電極を、白金めっき処理されたSnO2:Fでコーティングされたガラススライド間に挟み、3-メトキシブチロニトリル中に１ＭのLiI、０．０５Ｍのヨウ素、及び１Ｍのt-ブチルピリジンを含有して成る液体電解質を用いて太陽電池特性を検討した。酸は、これら光電池の光伝導性及び効率を向上させるのに役立つと考えられる。本実施例の電池のＡＭ  １．５条件でのη及び太陽電池特性を表２に、以下のように記載している。即ち、修飾剤溶液に浸漬させず且つポリリンカー溶液で処理されていないスライド（列Ａ）；修飾剤中には浸漬させていないが、ポリリンカー溶液では処理されたスライド（列Ｂ）；はじめにポリリンカー溶液で処理し、次いで１：１の水／エタノール混合物中に浸漬させたスライド（列Ｃ）；はじめにポリリンカー溶液で処理し、次いで１：１の水／エタノール混合物中にt-ブチルピリジンを１Ｍ含んで成る溶液中に浸漬させたスライド（列Ｄ）；はじめにポリリンカー溶液で処理し、次いで１：１の水／エタノール混合物中にHClを０．０５Ｍ含んで成る溶液中に浸漬させたスライド（列Ｅ）；はじめにポリリンカー溶液で処理し、次いで加湿器からの水蒸気で処理したスライド（列Ｆ）。
【００７３】
【表２】
2005516371.tif 000004
【実施例６】
【００７４】
相互接続後の１５０℃への加熱
本例示的実施例では、二酸化チタンコーティングされた、透明な導電性酸化物でコーティングされているガラススライドを、実施例４記載のスピンコーティング法によって調製した。当該スライドを、n-ブタノール中にポリ（n-ブチルチタネート）を０．０１Ｍ含んで成るものに３０秒間浸漬させ、１５分間空気乾燥した。その後、当該スライドを、オーブン内で１５０℃で１０分間加熱処理した。加熱処理されたチタン酸化物層にN3色素溶液を用いて１時間感光性を付与し、エタノールで洗浄し、スライド加熱器を用いて４０℃で１０分間加熱した。当該感光性光電極を切断して、活性領域０．７ｃｍ ｘ ０．７ｃｍの太陽電池にし、白金めっき処理された導電性電極間に挟んだ。3-メトキシブチロニトリル中に１ＭのLiI、０．０５Ｍのヨウ素、及び１Ｍのt-ブチルピリジンを含有して成る液体電解質を、光電極と白金めっき処理された導電性電極との間に毛管作用によって適用した。当該光電池は、平均η  ３．８８％（３．８３、３．９及び３．９２）、平均Ｖｏｃ  ０．７３Ｖ（０．７３、０．７４及び０．７３Ｖ）、及び平均Ｉｓｃ  ９．６ｍＡ／ｃｍ２（９．８８、９．６５及び９．２６）、を示し、これらは全てＡＭ  １．５の条件時のものである。
【実施例７】
【００７５】
相互接続後の７０℃への加熱
本例示的実施例では、二酸化チタンコーティングされた、透明な導電性酸化物でコーティングされているガラススライドを、実施例４記載のスピンコーティング法で調製した。当該スライドを、n-ブタノール中にポリ（n-ブチルチタネート）を０．０１Ｍ含んで成るものに３０秒間浸漬させ、１５分間空気乾燥した。その後、当該スライドを、オーブン内で７０℃で１０分間加熱処理した。加熱処理されたチタン酸化物層にN3色素溶液を用いて１時間感光性を付与し、エタノールで洗浄し、スライド加熱器を用いて４０℃で１０分間加熱した。当該感光性光電極を切断して、活性領域０．７ｃｍ ｘ ０．７ｃｍの太陽電池にし、白金めっき処理された導電性電極間に挟んだ。3-メトキシブチロニトリル中に１ＭのLiI、０．０５Ｍのヨウ素、及び１Ｍのt-ブチルピリジンを含有して成る液体電解質を、光電極と白金めっき処理された導電性電極との間に毛管作用によって適用した。当該光電池は、平均η  ３．６２％（３．５５、３．７３及び３．５８）、平均Ｖｏｃ  ０．７５Ｖ（０．７４、０．７４及び０．７６Ｖ）、及び平均Ｉｓｃ  ７．９６ｍＡ／ｃｍ２（７．６９、８．２２及び７．９７）、を示し、これらは全てＡＭ  １．５の条件時のものである。
【実施例８】
【００７６】
柔軟で透明な基材上での形成
本例示的実施例では、厚さ約２００μｍ、約５インチｘ８フィート四方のPET基材を、ITOでコーティングし、ループコート機（loop coater）上に乗せた。n-ブタノール中に二酸化チタン（固形物含有量２５％のP25）を含んで成る懸濁物１８．０ｍＬと、n-ブタノール１０ｍＬ中にポリ（n-ブチルチタネート）０．５ｇを含んで成るものを、インライン（in-line）で混合し、ITOコーティングされたPETシート上にコーティングした。配置後、当該コーティングを約５０℃にて約１分間加熱した。次いで、当該相互接続したナノ粒子層を、N3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液によりコーティングし、色素増感を実施した。
【００７７】
Ｂ．DSSC用のゲル電解質
他の例示的実施形態によれば、本発明は、複数の錯体を形成し得る分子（即ち、錯体を形成し得る２つ又はより多くのリガンドを備える分子）と、リチウムイオンなどの金属イオンを用いてゲル化されているレドックス電解質溶液とを含む電解質組成物を提供する。複数の錯体を形成し得る化合物は、典型的に、複数のサイトで金属イオンと錯体を形成し得る有機化合物である。電解質組成物は、可逆的レドックス化学種とすることができ、それはそれ自体で液体であるか、又はレドックス化学種の溶媒として機能し還元−酸化反応サイクルに関与しない非レドックス活性溶媒中に溶解している固体成分であり得る。例として、通常の有機溶媒及びレドックス活性イオンを含有しない溶融塩が挙げられる。レドックス化学種の例としては、例えば、特にヨウ素／三ヨウ化物、Fe2+／Fe3+、Co2+／Co3+、及びビオロゲンが挙げられる。当該レドックス成分は、全ての溶融塩をはじめとする、非水性溶媒中に溶解する。ヨウ化物系溶融塩、例えばメチルプロピルイミダゾリウムイオジド、メチルブチルイミダゾリウムイオジド、メチルヘキシルイミダゾリウムイオジドなど、は、それら自体がレドックス活性でありそれら自体でレドックス活性液体として用いることができるか、又は通常の有機溶媒あるいは酸化−還元反応サイクルに関与しない溶融塩のような非レドックス活性物質で希釈することができる。多座配位無機リガンドもまた、ゲル化化合物源に用いることができる。
【００７８】
図１１は、金属イオンを用いてゲル化された電解質の例示的実施形態を示している。リチウムイオンがポリ（4-ビニルピリジン）と錯体を形成していることが示されている。リチウムイオンと有機化合物、本例では複数のサイトでリチウムイオンと錯体化し得るポリ（4-ビニルピリジン）、を用いて、適切な電解質溶液をゲル化させることができる。本発明に従って調製された電解質組成物は、少量の水、溶融ヨウ化物塩、有機ポリマー、及び他の適切な化合物を含むことができ、それはリチウムなどの金属イオンを添加するとゲルになる。ゲル状電解質は、個々の柔軟な太陽電池、在来の太陽電池、太陽電池繊維、相互接続された太陽電池モジュール、及び他の適切なデバイスに組み入れることができる。図１１の点線は、適切な金属イオンの導入後に電解質溶液及び有機化合物成分がゲル化する際に太陽電池ゲル電解質内で生じている結合を表している。
【００７９】
複数のサイトで金属イオンと錯体を形成することができ、且つ本発明での使用に適している有機化合物の非包括的なリストとして、種々のポリマー、スターバースト／デンドリマー分子、及び複数の基、例えば、ウレタン、エステル、エチレン／プロピレンオキサイド／イミンセグメント、ピリジン、ピリミジン、N-オキサイド、イミダゾール、オキサゾール、トリアゾール、ビピリジン、キノリン、ポリアミン、ポリアミド、尿素、β−ジケトン、及びβ−ヒドロキシケトン、を備える他の分子、が挙げられる。
【００８０】
より一般的には、種々の実施形態において、複数の錯体を形成し得る分子としては、錯体を形成し得る２つ又はより多くのリガンドあるいは束縛基（ligating group）を持つポリマー分子あるいは小さな有機分子を採用することができる。束縛基とは、電子密度の高い少なくとも１つのドナー原子、例えば、特に酸素、窒素、硫黄、あるいは三価のリン、を含み、且つ適切な金属イオンと共に単座配位錯体又は多座配位錯体を形成する、官能基である。束縛基は、非ポリマー物質あるいはポリマー物質の側鎖あるいは主鎖部分の何れかに存在することができ、又は、デンドリマーあるいはスターバースト分子の一部として存在することができる。単座配位リガンドの例として、例えば、特に、エチレンオキシ、アルキルオキシ基、ピリジン、及びアルキルイミン化合物、が挙げられる。２座及び多座配位リガンドの例として、ビピリジン、ポリピリジン、ウレタン基、カルボキシレート基、及びアミドが挙げられる。
【００８１】
本発明の種々の実施形態によれば、リチウムイオン含有ゲル電解質１１００を有する色素増感太陽電池は、室温であるいは室温未満で、又は約３００℃未満の高い温度で、製造される。当該温度は、約１００℃未満とすることができ、好ましくは、電解質溶液のゲル化は、室温、標準圧力にて実施する。種々の例示的実施形態において、電解質溶液の粘度は、例えばスクリーン印刷技術及びグラビア印刷技術のような印刷技術を用いた際のゲル電解質の付着が容易となるように調節することができる。リチウムイオンと種々のリガンドとの錯体は高温で破壊することができ、それによって、DSSCベースの太陽電池モジュールの製造時に、ゲル電解質組成物は容易に処理され得る。他の金属イオンもまた、熱可逆的又は熱不可逆的ゲルを形成するのに用いることができる。適切な金属イオンの例として、Li+、Cu2+、Ba2+、Zn2+、Ni2+、Ln3+（又は他のランタニド）、Co2+、Ca2+、Al3+、Mg2+、及びリガンドと錯体を形成する任意の金属が挙げられる。
【００８２】
図１２は、有機ポリマー、即ちポリエチレンオキサイド（PEO）とリチウムイオンとの錯体形成によって形成されたゲル電解質１２００を示している。PEOポリマーセグメントは、リチウムイオンと錯体を形成しており、互いに架橋しているように表されている。他の実施形態では、種々のポリマー鎖と錯体を形成している金属イオンを可逆レドックス電解質化学種に組み入れて、ゲル化を促進することができる。当該組合せから得られるゲル電解質組成物は、太陽電池繊維、太陽電池、及び電気的に相互接続された太陽電池モジュールなどの種々の太陽電池実施形態での使用に適している。
【００８３】
再び図６を参照すると、電荷輸送材料６０６は、複数のサイトにて、金属イオンと錯体を形成し得る有機化合物を含有する電解質組成物、即ちリチウムのような金属イオンと電解質溶液、を含んでいる。これらの物質を組合せることで、電荷輸送材料６０６層での使用に適したゲル状電解質組成物を生成することができる。一実施形態では、当該電荷輸送材料６０６は、レドックス系を含む。適切なレドックス系には、有機及び／又は無機のレドックス系が含まれる。そのような系の例として、限定はしないが、硫化セリウム（III）／セリウム（IV）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Fe2+／Fe3+、Co2+／Co3+、及びビオロゲンが挙げられる。
【００８４】
ゲル電解質組成物を含むDSSCに関するものとして本発明のさらなる例示的実施例を以下に挙げる。以下の例示的実施例で使用される光電極は、以下の手順に従って調製した。水性の、チタニア懸濁物（懸濁物調製技術を用いて全固形物含有量３０−３７％となるように調製されたP25）を、SnO2:Fでコーティングされたガラススライド（１５オーム／ｃｍ２）上にスパンキャスト（spun cast）した。酸化チタンの典型的な厚さは、およそ８μｍであった。コーティングされた当該スライドを室温で空気乾燥させ、４５０℃にて３０分間焼結させた。当該スライドを約８０℃にまで冷却した後、スライドをN3色素の３ｘ１０−４Ｍ  エタノール溶液中に１時間浸した。スライドを取り出し、エタノールですすぎ、スライド加熱器を用いて４０℃で約１０分間乾燥させた。当該スライドを切断して、活性領域約０．７ｃｍ ｘ ０．７ｃｍ四方の電池とした。調製したゲルを、ガラス棒を用いて光電極上に適用し、白金コーティングされた、SnO2:Fでコーティングされている導電性ガラススライド間に差し込んだ。当該電池の性能を、ＡＭ １．５という太陽シミュレータ条件（即ち、強度１０００Ｗ／ｍ２の光の照射）にて測定した。
【実施例９】
【００８５】
標準のイオン性液体ベース電解質組成物におけるヨウ化リチウムの効果
本例示的実施例では、標準の、イオン性の液体ベースレドックス電解質組成物には、９９％（重量で）のイミダゾリウムヨウ化物系イオン性液体及び１％の水（重量で）を含んで成り、０．２５Ｍのヨウ素及び０．３Ｍのメチルベンズイミダゾールと組み合わせたものを使用した。種々の実験的検討において、ヨウ素濃度が少なくとも０．１０Ｍである電解質溶液が、最も良い太陽光変換効率を示した。標準の組成物では、イオン性液体として、ブチルメチルイミダゾリウムイオジド（MeBuImI）を用いた。光起電力は、ヨウ素濃度が上昇するにつれて低下したが、光伝導性と変換効率はヨウ素濃度が少なくとも０．２５Ｍになるまでは上昇した。標準の組成物にヨウ化リチウムを添加すると、太陽電池特性Ｖｏｃ、Ｉｓｃ及びηが向上した。従って、リチウムは、ゲル化剤として用いられるだけでなく、それは、総合的な太陽電池効率を改善するよう機能し得る。表３は、太陽電池特性へのLiIの効果をまとめて記載している。
【００８６】
【表３】
2005516371.tif 000005
【００８７】
曲線因子（「FF」）が以下で参照されるが、それは、開回路電圧と短絡電流との積に対する太陽光変換効率の比、即ちFF＝η／[Ｖｏｃ＊Ｉｓｃ]から算出することができる。
【実施例１０】
【００８８】
太陽電池特性の向上に対するカチオンの効果
太陽電池特性の向上がリチウムの存在によるものなのか、ヨウ化物の存在によるものなのかを確かめるために、リチウム、カリウム、セシウム及びテトラプロピルアンモニウムイオジドをはじめとするカチオンと関連している種々のヨウ化物を用いて、制御された実験的検討を実施した。ヨウ化物濃度は、３７６μｍｏｌ／グラム−標準電解質組成物に調整した。用いた標準組成物は、９９％のMeBuImIと１％の水とを含み、０．２５Ｍのヨウ素と０．３Ｍのメチルベンズイミダゾールと組み合わせられた混合物であった。標準電解質組成物１グラム当たり３７６μｍｏｌの種々のヨウ化物塩を、当該電解質中に溶解させた。LiIは、完全に溶解するのを認めた。他の塩は溶解するのに長い時間を要し、実験的試験の経過時間では完全には溶解しなかった。種々のカチオンを含む調製した電解質を用いて、DSSCベースの太陽電池を製造した。表４は、太陽電池特性に対する種々のカチオンの効果を示している。表４の第２列から明らかなように、他のカチオンは太陽電池特性の向上に寄与しなかったものの、Li+イオンは標準の調合物と比較して改善された太陽電池特性を示した。
【００８９】
【表４】
2005516371.tif 000006
【実施例１１】
【００９０】
イオン性液体の種類の影響
本発明の一態様において、MeBuImIベース電解質組成物が、MePrImIベース電解質より僅かに良く機能することを見出した。加えて、表５に示すように、MeBuImIとMePrImIとの１／１混合物がMeBuImIよりもよい性能を示すことが実験結果から実証された。
【００９１】
【表５】
2005516371.tif 000007
【実施例１２】
【００９２】
ジブロモ化合物の代わりに、Liを用いた組成物Ａのゲル化
本例示的実施例では、０．０９Ｍのヨウ素を、９９．５重量％の1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムイオジド及び０．５重量％の水からなる混合溶媒中に溶解させることによって、組成物Ａを調製した。次いで、当該組成物Ａ １０ｇ中に、含窒素化合物であるポリ（4-ビニルピリジン）（「P4VP」） ０．２ｇを溶解させた。さらに、得られた組成物Ａ溶液に、有機臭化物である1,6-ジブロモヘキサン ０．２ｇを溶解させ、それによって、ゲル電解質の前駆体である電解質組成物を得た。
【００９３】
（i）２ｗｔ％のP4VPと、（ii）９９．５％のMePrImI及び０．５％の水からなる混合物を含んで成る電解質組成物中に、５ｗｔ％のヨウ化リチウム（標準電解質組成物１グラム当たり３７６μｍｏｌのリチウム塩）をゲル化剤として使用すると、すぐにゲル化が起きた。当該Li誘導ゲルを収容しているバイアルを上下に振っても、ゲルは流れるようには動かなかった。ジブロモ化合物を用いる方法では、架橋領域が液体中に懸濁している、層分離した電解質が生成し、それは流れるように動いた（１００℃にて３０分間ゲル化した後でさえも）。LiIを含有する組成物ＡとLiIを含有しない組成物Ａの太陽電池特性の比較を、以下の表６及び７に与えた。その結果から、DSSCベースの太陽電池の製造に適している実用的なゲルはリチウムイオンを用いて得ることができ、それはまた太陽電池特性をも向上させることがわかる。
【００９４】
【表６】
2005516371.tif 000008
【００９５】
【表７】
2005516371.tif 000009
【実施例１３】
【００９６】
DSSCの効率及び光起電力に対するリチウム塩アニオンの影響
リチウムの対イオンの影響を検討するために実験を行い、リチウムがDSSCの総合効率を高める明らかな役割を有することが分かった。電池の太陽電池特性を検討するために、MePrImI、１％の水、０．２５Ｍのヨウ素及び０．３Ｍのメチルベンズイミダゾールを含有する電解質組成物１グラム当たり、３７６μｍｏｌのLiI、LiBr、及びLiClを用いた。これらの電解質を含む電池の太陽電池特性を、表８に与えた。
【００９７】
【表８】
2005516371.tif 000010
【実施例１４】
【００９８】
非活性化（passivation）及びDSSCの改善された効率と光起電力
太陽電池分野では、非活性化という用語は、太陽電池の電解質内部の化学種への電子輸送を減少させる処理を意味する。非活性化は、典型的に、ナノ粒子層を、t-ブチルピリジンのメトキシプロピオニトリル溶液あるいは他の適切な化合物中に浸すことによって処理することを包含する。太陽電池の、チタニアスポンジなどのナノマトリクス層の色素処理後、当該ナノマトリクス層には、色素が吸着し損なった領域が存在し得る。非活性化処理をDSSCに対して実施することで、典型的に、色素が付着していない領域に還元剤が存在する結果、可逆的な電子輸送反応が終端してしまうのを回避することができる。典型的な非活性化処理は、種々のリチウム塩及び／又は他のアルカリ金属塩を含有するイオン性液体組成物がDSSC中に用いられる場合は、必要とならないようである。非活性化処理を実施せず、リチウムの塩化物塩を用いることで、０．６５Ｖより高い光起電力が達成される。
【００９９】
本例示的実施例では、DSSCは、それをt-ブチルピリジンの１０ｗｔ％ メトキシプロピオニトリル溶液中に１５分間浸すことによって、非活性化される。非活性化後、DSSCを、４０℃に保たれたスライド加熱器を用いて約１０分間乾燥させた。MePrImI、１％の水、０．３Ｍのメチルベンズイミダゾール、及び０．２５Ｍのヨウ素を含む電解質組成物は、本検討において使用した標準電解質組成物１グラム当たり３７６μｍｏｌのLiI、LiBr、及びLiClを用いてゲル化した。t-ブチルピリジンベースの非活性化剤を電解質に適用することによって、DSSCの光起電力は向上したが、光伝導性の低下によってDSSCの効率は低下した。表９は、種々のリチウムハロゲン化物を含む電解質の太陽電池特性に対する、非活性化の影響をまとめて記載している。
【０１００】
【表９】
2005516371.tif 000011
【実施例１５】
【０１０１】
ポリビニルピリジンを含む電解質組成物をゲル化する際のリチウムの役割、並びにゲル化能への他のアルカリ金属イオンの効果
リチウムカチオンは、２ｗｔ％という少量においても、錯体形成可能ポリマー、例えばP4VP、を含むイオン性液体組成物をゲル化する際に、特異な効果を有する。ナトリウム、カリウム及びセシウムなどの他のアルカリ金属を用いることで、ゲル化実験を実施した。ヨウ化リチウム、塩化ナトリウム、ヨウ化セシウムなどのアルカリ金属塩を、プロピルメチルイミダゾリウムイオジド（MePrImI）、１％の水、０．２５Ｍのヨウ素、及び０．３Ｍのメチルベンズイミダゾールを含む電解質組成物の一部に添加した。ヨウ化リチウム含有組成物のみが、用いた実験条件にてゲル化した。ナトリウム、カリウム、及びセシウムを含有する残りの３つの組成物は、用いた実験条件ではゲル化しなかった。他の用い得るゲル化塩は、カルシウム、マグネシウム、及び亜鉛などの二価金属、あるいはアルミニウムや他の遷移金属イオンなどの三価金属である。
【実施例１６】
【０１０２】
イオン性液体電解質ゲルへのヨウ素及びリチウム濃度の影響
本例示的実施例では、MeBuImI、ヨウ素、及び２ｗｔ％のP4VPを含む電解質組成物にリチウム塩を添加して、ゲルを調製した。当該ゲルの太陽電池特性を、高温焼結した、N3色素で増感された酸化チタン光電極と白金めっきされたSnO2:Fでコーティングされているガラススライドを用いて試験した。LiI及びLiClの両方が、少量（２％で十分）のP4VPのような錯体形成可能ポリマーを含むイオン性液体ベースの組成物をゲル化させた。メチルベンズイミダゾールを欠いた組成物では、リチウムは光起電力に影響を及ぼさなかった。５ｗｔ％は、イオン性液体、及び９９ｗｔ％のブチルメチルイミダゾリウムイオジド、１ｗｔ％の水、０．３Ｍのメチルベンズイミダゾール、及び０．２５Ｍのヨウ素からなる混合物１グラム当たり、約３７６μｍｏｌのリチウム塩を含む組成物に相当する。従って、１ｗｔ％は、イオン性液体組成物１グラム当たり３７６／５＝７５μｍｏｌのリチウム塩に相当する。太陽電池特性を、表１０にまとめて記載している。
【０１０３】
【表１０】
2005516371.tif 000012
【実施例１７】
【０１０４】
ゲル化能へのポリマー濃度の影響、及びレドックス電解質ゲルの太陽電池特性
本例示的実施例では、ゲル粘度及び太陽電池特性へのその影響を検討するために、ポリマー濃度を変化させた。本検討には、電解質組成物として、９９％のMeBuImI、１％の水、０．２５Ｍのヨウ素、０．６ＭのLiI、及び０．３Ｍのメチルベンズイミダゾールを含んでなる混合物を用いた。ポリマー、即ちP4VP、の濃度は、１％から５％にまで変化させた。１％のP4VPを含む電解質組成物は、当該ゲルを収容するバイアルを下方に振った際にゆっくりと流れるように動いた。２％、３％、及び５％のゲルは、流れるように動かなかった。５％のP4VPを含むゲルは、２％ P4VP調製物と比較した際、ずっと固体状であるようにみえた。表１１は、検討した種々のP4VP濃度を有する当該ゲルの太陽電池特性をまとめて記載している。
【０１０５】
結果から、P4VP含有量を増やして粘度を高めても太陽電池特性は変化しないことがわかる。従って、ゲルの粘度は、太陽電池特性の低下を起こすことなく、調節することができる。メチルベンズイミダゾールは、高いηを実現するために必要とされる場合がある。０．２５Ｍにまでヨウ素濃度を高めることによってもまた、効率が向上する。０．２５Ｍを越えると、光起電力は急激に低下し、総合効率も低下する。セリウム、ナトリウム、カリウム、あるいはテトラアルキルアンモニウムイオンのような他の金属イオンあるいはカチオンは、効率の向上に寄与することは見出されておらず、電解質溶液のゲル化も引き起こさなかった。さらに、リチウムに加え、塩化物アニオンが、メチルベンズイミダゾールを含む組成物の光起電力を低下させることなく光起電力を高めることで、効率を向上させることが見出された。
【０１０６】
【表１１】
2005516371.tif 000013
【０１０７】
Ｃ．共増感剤（co-sensitizer）
例示的な一実施形態によると、上記感光剤は、第１の増感剤と第２の電子ドナー化学種、即ち「共増感剤」を含む。第１の感光性付与色素と共増感剤を一緒にあるいは別々に添加することで、図６に示す、相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３を形成することができる。図６に関して上述したように、感光性付与色素は、入射可視光の電気への変換を促進し、それによって、所望の太陽電池効果が生ずる。例示的な一実施形態では、共増感剤は、好ましくは、（１）窒素原子の自由電子対と該窒素原子が結合している芳香族環の混成軌道との共役、及び電子移動後に、これらの混成軌道によって生じ得るカチオンラジカルの共鳴安定性、並びに（２）共安定性付与剤を半導体酸化物に固定化する機能を有する、カルボキシやホスフェートのような配位結合基、を含む。適切な共増感剤の例として、限定はしないが、芳香族アミン（例えば、トリフェニルアミン及びその誘導体など）、カルバゾール、及び他の縮合環類似体が挙げられる。
【０１０８】
再び図６を参照すると、当該共増感剤は、相互接続された感光性ナノ粒子材料６０３の伝導帯に電気的に接続されている。適切な配位結合基として、限定はしないが、カルボキシレート基、ホスフェート基、又は例えばオキシムあるいはアルファケトエノラートのようなキレート基が挙げられる。
【０１０９】
以下の表１２−１８は、共増感剤を感光性付与色素と共に高温焼結されたあるいは低温相互接続されたチタニア表面上に共吸着させると太陽電池効率が向上することを示す結果を与える。表１２−１６では、ＡＭ １．５という太陽光シミュレータ条件（即ち、強度１０００Ｗ／ｍ２の光の照射）を用いて、キャラクタリゼーションを実施した。3-メトキシプロパンニトリル中に１ＭのLiI、１Ｍのt-ブチルピリジン、０．５ＭのI2を含んで成る液体電解質を採用した。表中に示したデータから、低温で相互接続された（表１５、１７及び１８）チタニアナノ粒子及び高温で相互接続された（表１２、１３、１４及び１６）チタニアナノ粒子の両方に関して、１つ又は複数の操作電池パラメータが向上することがわかる。記載した太陽電池特性には、η、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｖｍ、及びＩｍが含まれる。共増感剤に対する増感剤の比は、感光剤溶液中の感光剤の濃度に基づく。
【０１１０】
特に、共増感剤の濃度が色素濃度の約５０ｍｏｌ％未満である場合に、芳香族アミンが、色素増感チタニア太陽電池の電池性能を向上させることが見出された。好ましい芳香族アミンの一般的な分子構造の例を、図１３及び１４に示している。好ましくは、共増感剤の濃度は、約１％〜約２０ｍｏｌ％であり、より好ましくは、約１ｍｏｌ％〜約５ｍｏｌ％である。
【０１１１】
図１３Ａは、共増感剤として機能し得る化学構造１３００を図示している。分子１３００は、その配位結合基あるいはキレート基、即ちＡ、を介して、ナノ粒子層表面に吸着する。上述のように、Ａは、カルボン酸基あるいはその誘導体、ホスフェート基、オキシムあるいはアルファケトエノラートとし得る。図１３Ｂは、構造１３００の詳細な実施形態１３１０、即ちDPABA（ジフェニルアミノ安息香酸）、であり、ここで、Ａ＝COOHである。図１３Ｃは、Ａがカルボキシ誘導体COOHである、DEAPA（N’,N-ジフェニルアミノフェニルプロピオン酸）と称される別の具体的なアミン１３２０を図示している。
【０１１２】
図１４Ａは、共増感剤あるいは感光性付与色素の何れとしても機能し得る化学構造１３３０を示している。当該分子は、５００ｎｍより大きな照射は吸収せず、その配位結合基あるいはキレート基、即ちＡ、を介して、ナノ粒子層表面に吸着している。Ａは、カルボン酸あるいはその誘導体、ホスフェート基、オキシムあるいはアルファケトエノラートとし得る。R1及びR2は、それぞれ、フェニル基、アルキル基、置換フェニル基、ベンジル基とすることができる。好ましくは、当該アルキルは、１〜１０の炭素を含む。図１４Ｂは、構造１３３０の具体的実施形態１３４０、即ちDPACA（2,6ビス（4-安息香酸）-4-（4-N,N-ジフェニルアミノ）フェニルピリジンカルボン酸）、を図示しており、ここでR1及びR2はフェニルであり、ＡはCOOHである。
【０１１３】
DPACA１３４０は、以下のように合成することができる。酢酸 ６０ｍｌを収容している凝縮器及び撹拌格子を備えた１００ｍｌ丸底フラスコに、4-アセチル安息香酸 １．４９ｇ（９．０８ｍｍｏｌ）、4-N,N-ジフェニルベンズアルデヒド １．６９ｇ（６．１８ｍｍｏｌ）、及び酢酸アンモニウム ５．８ｇ（７５．２ｍｍｏｌ）を添加した。当該溶液を、窒素下で撹拌しつつ、５時間加熱乾留した。反応物を室温にまで冷却し、水 １５０ｍｌ中に注ぎ、それをジクロロメタン １５０ｍｌで抽出した。当該ジクロロメタンを、ロータリエバポレータによって、分離、蒸発除去し、黄色油が生成した。次いで、当該油をシリカゲルカラム上で４％メタノール／ジクロロメタンを用いて溶離させ、オレンジ色の固形物である生成物を得た。当該固形物をメタノールで洗浄し、真空乾燥して、2,6ビス（4-安息香酸）-4-（4-N,N-ジフェニルアミノ）フェニルピリジン（DPACA） ０．９２０ｇを得た。融点は１９９〜２００℃であり、λｍａｘは４２１ｎｍであり、分子吸光係数Ｅは３９２００Ｌｍｏｌ−１ｃｍ−１であった。当該構造は、NMR分光器によって確認された。
【０１１４】
表１２は、高温焼結され、１ｍＭのN3色素溶液及び３種の濃度のDPABA中に一晩浸漬させて感光性を付与したチタニアに関する結果を示している。表１２はまた、平均ηが、好ましい２０／１（色素／共増感剤）比の場合に最も高いことも示している。
【０１１５】
【表１２】
2005516371.tif 000014
【０１１６】
表１３は、電池に光照射しつつカットオフフィルタ（第３及び第４の見出し）を用いて、そのＩ−Ｖ特性を試験した場合の結果を示している。表１３はまた、電池の効率が、DPABAの存在時になお改善されることを示しており、これは、フィルタのない場合のその効果が単にDPABAによるUV光の吸収、その後の電荷注入に起因するものではないことを示唆している。図１５は、本発明の一例示的実施形態による太陽電池をキャラクタリゼーションするために用いたカットオフフィルタの吸光度対波長のプロット１３５０を示している。図１６は、DPABAに関する、吸光度対波長のプロット１３６０を示しており、それは４００ｎｍ未満のものを吸収している。カットオフフィルタの吸光度が大きいため、光はほとんどDPABAの吸収バンドに到達しない。
【０１１７】
【表１３】
2005516371.tif 000015
【０１１８】
表１４は、トリフェニルアミン自体（即ち、カルボキシなどのチタニア錯体形成基不含の）を添加しても、上記条件下ではほとんど効率が向上しないことを示している。
【０１１９】
【表１４】
2005516371.tif 000016
【０１２０】
表１５は、低温で相互接続されたチタニアを用いると効果があること、並びに２０／１（色素／共増感剤）の比が好ましいこと、を示している。
【０１２１】
【表１５】
2005516371.tif 000017
【０１２２】
表１６は、共増感剤に対する色素の比を２０／１に保ちつつ、高濃度のN3色素を用いて感光性を付与した、高温焼結されたチタニアに関する結果を示している。見出し１及び２は、共増感剤によって電池性能が向上することを示している。見出し３は、DPABAのみの増感剤としての効果を示しており、低い強度のUV照射を含む完全な太陽光スペクトルを照射された際には、当該物質それ自身が増感剤として機能することを実証している。
【０１２３】
【表１６】
2005516371.tif 000018
【０１２４】
表１７は、低温で相互に接続されたチタニアに関する結果を示している。見出し５は、増感剤としてのDPACA単独の効果を示しており、低い強度のUV照射を含む完全な太陽光スペクトルを照射された際には、当該物質それ自体が増感剤として機能することを実証している。
【０１２５】
【表１７】
2005516371.tif 000019
【０１２６】
表１８は、低温で相互に接続されたチタニアに関する結果を示している。見出し６は、増感剤としてのDEAPA単独の効果を示しており、低い強度のUV照射を含む完全な太陽光スペクトルが照射される際には、当該物質それ自体が増感剤として機能することを実証している。
【０１２７】
【表１８】
2005516371.tif 000020
【０１２８】
Ｄ．半導体酸化物調合物
他の例示的実施形態では、本発明は、上述のような、低温で半導体酸化物ナノ粒子を相互に接続させて形成されるDSSCに使用するための、半導体酸化物調合物を提供する。半導体酸化物調合物は、室温でコーティングすることができ、約５０℃〜約１５０℃の温度で乾燥させると、透明な導電性酸化物（TCO）でコーティングされたプラスチック基材に対して好ましい接着性を有する機械的に安定な半導体ナノ粒子フィルムが得られる。一実施形態では、相互に接続された感光性ナノ粒子６０３からなるナノ粒子半導体は、酢酸を用いて又は用いずに、水中に分散させた市販のTiO2、ポリマー結合剤から形成される。使用されるポリマー結合剤として、限定はしないが、ポリビニルピロリドン（PVP）、ポリエチレンオキサイド（PEO）、ヒドロキシエチルセルロース（HOEC）、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール（PVA）及び他の水溶性ポリマーが挙げられる。ポリマーに対する半導体酸化物粒子、例えばTiO2、の比は、重量で約１００：０．１〜１００：２０、好ましくは重量で約１００：１〜１００：１０とし得る。調合物中に酢酸が存在することは、TCOコーティングされた基材に対する当該コーティングの接着性を向上させるのに役立つ。しかしながら、酢酸は、本発明の本態様に必須ではなく、酢酸を含まない半導体酸化物分散物も満足に機能する。他の実施形態では、TiO2ナノ粒子は、例えば、PVP、ビューツバル（butvar）、エチルセルロースなどのようなポリマー結合剤と共に、例えば、イソプロピルアルコールなどの有機溶媒中に分散している。
【０１２９】
他の例示的実施形態では、半導体酸化物コーティングの機械的完全性及びこれらのコーティングに基づく色素増感電池の太陽電池性能は、架橋剤を用いて半導体ナノ粒子を相互に接続させることによってさらに改善することができる。上記ポリリンカーをこの目的のために使用することができる。これらの架橋剤は、例えば、チタニアコーティング調合物に直に、又はエタノール、イソプロパノール、あるいはブタノールなどの有機溶媒中の溶液としてのチタニアコーティングを乾燥させるための後続のステップにおいて、適用することができる。例えば、次いで当該フィルムを約７０℃〜約１４０℃まで加熱すると、TiO2ナノ粒子間のTiO2ブリッジの形成を導く。好ましくは、本例のポリリンカー濃度は、チタニア基準で約０．０１〜約２０重量％である。
【０１３０】
Ｅ．半導体プライマー層コーティング
他の例示的実施形態では、本発明は、半導体酸化物材料、並びに基材材料上に半導体酸化物ナノ粒子層をコーティングしてDSSCを形成する方法を提供する。図１７は、本発明による、コーティングプロセスの例示的実施形態１３７０を示している。本例示的実施形態では、基材材料１３７６を、半導体酸化物からなる第１のプライマー層１３８２でコーティングし、次いで、該プライマー層１３８２上に半導体酸化物ナノ粒子１３８８の懸濁物をコーティングする。プライマー層１３８２は、真空コーティングされた半導体酸化物フィルム（例えば、TiO2フィルム）を含むことができる。あるいはまた、プライマー層１３８２は、半導体酸化物（例えば、TiO2、SnO2）の微粒子を含む薄いコーティングを含むことができる。プライマー層１３８２はまた、ポリリンカーあるいは前駆体溶液、その一例は上記図４に記載のチタニウム（IV）ブトキシドポリマー４００である、からなる薄層を含むことができる。本発明の例示的な一実施形態によれば、基材材料１３７６は、図６記載の第１の柔軟で著しく光透過性である基材６０９である。加えて、基材材料１３７６は、透明で、導電性の、プラスチック基材である。本例示的実施形態によれば、ナノ粒子１３８８の懸濁物は、図６の相互に接続された感光性ナノ粒子材料６０３である。薄いフィルム状の、微粒子状の、あるいは前駆体溶液状の、特にSnO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5及びZnOをはじめとする多数の半導体金属酸化物を、真空コーティング、スピンコーティング、ブレードコーティング又は多のコーティング法を用いて、プライマー層コーティングとして使用することができる。
【０１３１】
プライマー層１３８２は、層１３８８のようなナノ構造の半導体酸化物フィルムの基材材料１３７６に対する接着性を改善する。当該プライマー層を備えるDSSCでは性能の向上することが確認されており、以下に説明する。この向上は、半導体酸化物ナノ粒子（又は、光電極）と透明な導電性酸化物でコーティングされたプラスチック基材との間の接着性の改善、並びにより高い短絡耐性から得られる。
【０１３２】
本発明の本態様の種々の例示的実施形態の実施例を、二酸化チタンナノ粒子層を備えるDSSCに関して、以下に述べる。
【実施例１８】
【０１３３】
TiO2ナノ粒子光電極のためのプライマー層として真空コーティングされたTiO2
本例示的実施例では、厚さ２．５ｎｍ〜１００ｎｍの薄いTiO2フィルムを、ポリエステル（ここでは、PET）基材上にコーティングされているITO層の上に、真空下でスパッタコーティングした。水ベースのTiO2（平均粒子径２１ｎｍのP25）スラリーを、スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PETと未加工のITO/PET（即ち、スパッタコーティングされた薄いTiO2を含まない部分）の両方の上にスピンコーティングした。コーティングされたフィルムを、ポリ[Ti(OBu)4]のブタノール溶液中に浸漬させ、次いで１２０℃で２分間熱処理した。低温反応性相互接続フィルムを、非プロトン性の極性溶媒ベースのN3色素溶液（８ｍＭ）中に２分間配置した。白金（Pt）対向電極、I-/I3-液体電解質、２ｍｉｌのSURLYN、及び銅導電性テープを備える太陽電池を作製した。太陽光シミュレータを用いて、Ｉ−Ｖ特性の測定を実施した。
【０１３４】
スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PET上にP25スラリーをコーティングして得たナノ構造のTiO2フィルムの接着性は、未加工のITO/PET上のフィルムより優れていた。スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PET上に調製されたPV電池は、未加工のITO/PET上のそれらと比較して、より良い太陽電池性能を示すことも確認された。曲線因子の向上も同様に達成された。スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PET上に作製された太陽電池に関しては、０．６７もの高いＦＦが測定された。未加工のITO/PET上に作製された太陽電池に関しては、確認されたＦＦは０．６０より高くはなかった。スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PET上に作製された太陽電池に関しては、より高い太陽電池変換効率（未加工のITO/PETから作製された光電極よりも約１７％高い）が測定された。スパッタコーティングされた薄いTiO2を有するITO/PET上に作製された太陽電池に関しては、短絡耐性の改善もまた確認された。
【実施例１９】
【０１３５】
TiO2懸濁物の代わりの、プライマー層としてのTiO2微粒子
本例示的実施例では、PET基材上のITOの凸部間の凹部内に組み込まれるほど十分に小さいTiO2微粒子は、チタニウム（IV）イソプロポキシドを加水分解させることによって調製した。次いで、当該微粒子を、ITO層上に８００ｒｐｍにてスピンコーティングした。次いで、平均粒子径およそ２１ｎｍの３７％TiO2（P25）懸濁物を微粒子層上に８００ｒｐｍにてスピンコーティングした。コーティングされたTiO2を、Ti（IV）ブトキシドポリマーの０．０１Ｍ ブタノール溶液中に１５分間浸漬させ、その後スライド加熱器を用いて５０℃で乾燥させ、次いで１２０℃で２分間加熱することによって、低温で相互接続させた。相互に接続されたコーティングを、８ｍＭの非プロトン性極性溶媒中に２分間浸漬させることによってN3色素で染め、次いで、エタノールですすぎ、スライド加熱器を用いて５０℃で２分間乾燥させた。プライマーコーティング微粒子を利用しない以外は同じ方法で、対照用コーティングを調製した。太陽光シミュレータを用いて、当該電池の性能特性を測定した。試験体及び対照体に関する結果を、以下の表１９に記載している。TiO2懸濁物の代わりにプライマーコーティングとして酸化スズ微粒子を用いても、同様の改善が得られた。
【０１３６】
【表１９】
2005516371.tif 000021
【実施例２０】
【０１３７】
TiO2の代わりの、プライマー層としてのチタニウム（IV）ブトキシドポリマー含有ブタノール（前駆体溶液）
他の試験では、０．０１Ｍにてブタノール中に含有されるチタニウム（IV）ブトキシドポリマーを、８００ｒｐｍにてITO/PETプラスチック基材の上にスピンコーティングした。平均粒径およそ２１ｎｍの４３％TiO2（P25）懸濁物を８００ｒｐｍにてスピンコーティングした。コーティングされたTiO2を、Ti（IV）ブトキシドポリマーの０．０１Ｍ ブタノール溶液中に１５分間浸漬させ、その後スライド加熱器を用いて５０℃で乾燥させ、次いで１２０℃で２分間加熱することによって、低温で相互接続させた。焼結したコーティングを、８ｍＭの非プロトン性極性溶媒中に２分間浸漬させることによってN3色素で染め、次いで、エタノールですすぎ、スライド加熱器を用いて５０℃で２分間乾燥させた。プライマー層コーティングを利用しない以外は同じ方法で、対照用コーティングを調製した。太陽光シミュレータを用いて、当該電池のＩ−Ｖ特性を測定した。試験体及び対照体に関する結果を、以下の表２０に記載している。
【０１３８】
【表２０】
2005516371.tif 000022
【０１３９】
Ｆ．太陽電池の相互接続
図１８Ａは、複数の太陽電池１４０２ａ、１４０２ｂ、及び１４０２ｃ（まとめて「１４０２」）を含む相互接続された太陽電池モジュールの例示的実施形態を示している。例を示すためだけに、３つの太陽電池１４０２を示しているが、太陽電池モジュール１４００をその数に限定するものではない。図１８Ｂは、屈曲した状態にある太陽電池モジュール１４００を示している。太陽電池モジュール１４００は、照明が上面１４０４あるいは底面１４０６の何れかに入射するようなディスプレイ構成に適している。図１８Ａ及び１８Ｂを参照すると、第１の電気接続層１４０８と第２の電気接続層１４１０の間に、複数の太陽電池１４０２が配置されている。好ましくは、太陽電池と電気接続層１４０８及び１４１０は、第１の基材１４１４と第２の基材１４２０の間に配置されている。太陽電池１４０２は、感光性ナノマトリクス層１４２５及び電荷輸送媒体１４３０を含んで成る。好ましくは、太陽電池はまた、触媒作用を示す媒体１４３５も含む。電気接続層１４０８及び１４１０は、導電性領域１４４０及び／又は絶縁性領域１４４５を含んでいる。一例示的実施形態では、電気接続層１４０８及び１４１０はまた、導電体連結領域１４５０も含む。実用上、導電性領域１４４０に対して、絶縁性領域１４４５及び／又は導電体連結領域１４４０の幅を最小化することが好ましい。
【０１４０】
電気接続層１４０８及び１４１０の導電性領域１４４０及び絶縁性領域１４４５は、例えばITO、フッ素ドープドスズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛などのような透明な材料を含み得る。一例示的実施形態では、電気接続層１４０８及び１４１０の導電性領域１４４０の厚さは、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲である。他の実施形態では、導電性領域１４４０の厚さは、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍである。当該例示的実施形態のさらなる形態によれば、ワイヤあるいは導線を１つ又は複数の導電性領域１４４０に接続して、太陽電池モジュール１４００を外部負荷に電気的に接続することができる。
【０１４１】
好ましくは、太陽電池モジュール１４００は、著しく光透過性である。いくつかの実施形態では、これは、太陽電池モジュール１４００を構成する層及び領域の全てを著しく光透過性である材料から形成することで実現させ得る。他の例示的実施形態では、太陽電池モジュール１４００は、太陽電池モジュールを構成する層の個々の領域のいくらかがそれほど光透過性ではない場合であっても、著しく光透過性であるように形成される。さらに、電気接続層１４０８及び１４１０のうち少なくとも一方の伝導領域１４４０は、著しく光透過性である。
【０１４２】
電気接続層１４０８及び１４１０は、２つ又はより多くの導電性領域１４４０の間に配置された導電体連結領域１４５０を含むことができる。好ましくは、導電体連結領域１４５０は、例えば、銅、銀、金、白金、ニッケル、パラジウム、鉄、及びそれらの合金などの導電性材料を含む。他の適切な導電性材料として、限定はしないが、ITO、並びにポリアニリンやアニリンのような導電性ポリマーが挙げられる。例示的な一実施形態では、１つ又は複数の導電体連結領域１４５０は、実質的に透明である。あるいはまた、１つ又は複数の導電体連結領域１４５０は、不透明である。
【０１４３】
一形態によれば、感光性ナノマトリクス層１４２５は、感光性ナノ粒子、例えば、上述したような金属酸化物ナノ粒子、を含む。一実施形態では、感光性ナノマトリクス層１４２５は、平均粒径約２〜約４００ｎｍのナノ粒子を含む。より詳細には、当該ナノ粒子は、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍの平均粒径を有する。好ましい実施形態では、ナノ粒子は、平均粒径約２０ｎｍの二酸化チタン粒子である。
【０１４４】
他の例示的実施形態では、感光性ナノマトリクス層１４２５は、ヘテロ接合複合材料を含む。適切なヘテロ接合複合材料の一例は、フラーレン（C60）、フラーレン粒子、カーボンナノチューブである。当該ヘテロ接合複合材料は、ポリチオフェン又は多の正孔輸送材料中に分散させることができる。前記フラーレン粒子は、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの平均粒径を有することができる。適切なヘテロ接合複合材料の他の例は、ポリチオフェン及びポリキノリンのような共役ポリマーを含んで成る複合物、及び非ポリマー材料と関連しているポリフェニレンビニレンのような共役ポリマーからなる複合物である。
【０１４５】
電荷輸送媒体１４３０は、ポリマー材料、及び比較的粘性の、例えばゼリー状の、材料が好ましい。他の実施形態では、電荷輸送媒体１４３０は、液体である。その結果、電荷輸送媒体１４３０は、当業者に既知の、ゲルや液体を適用するのに適する種々の方法を用いて適用することができる。これらの方法には、例えば、噴霧コーティング、ローラコーティング、ナイフコーティング、及びブレードコーティングが含まれる。電荷輸送媒体１４３０は、イオン伝導性ポリマー、可塑剤、及びヨウ化物とヨウ素との混合物を含む溶液を形成することによって、調製することができる。前記ポリマーは機械的及び／又は寸法的安定性をもたらし、前記可塑剤はゲル／液体相転移温度に寄与し、ヨウ化物及びヨウ素はレドックス電解質として機能する。
【０１４６】
一例示的実施形態では、電荷輸送媒体１４３０は、約１０％のポリエチレンオキサイド、約９０％の１：１重量比の炭酸エチル：炭酸プロピレン混合物、約０．０５Ｍのヨウ素、及び約０．５Ｍのリチウムテトラメチルアンモニウムイオジドを含んで成る。当該ポリマー電解質は、典型的に、比較的長い保存寿命（例えば、最高２、３年）を有し、製造時あるいは太陽電池モジュールの使用時における最低限の相分離を実証し、且つ配置前に、溶融のような処理を要することなく用いることができる。
【０１４７】
Ｇ．剛体基材
他の例示的実施形態によれば、本発明は、実質的に剛体の基材又は実質的に剛体の基材と柔軟な基材との組合せを備える太陽電池あるいはモジュールを提供する。例えば、ポリリンカーを用いる上述の低温（＜約３００℃）焼結法を用いて、強化ガラスプレートのような実質的に剛体の基材を利用するDSSCを構築することができる。あるいはまた、低温焼結法を用いて製造した柔軟な太陽電池を、１つ又は複数の実質的に剛体の基材の上に配置するか又はその間に組み込むことができる。即ち、柔軟な基材と実質的に剛体の基材を上述の他のDSSC構成要素と組み合わせて、柔軟な又は実質的に剛体のDSSCを形成することができる。適切な、実質的に剛体の基材は、強化ガラス製品SOLARTEX（マレーシア国ジョホールのアジヤ セイフティー ガラス社から入手可能）である。上述の低温焼結プロセスの範囲外の温度にさらした際に、その耐久性及び他の構造的に望ましい特性を単に失う材料もまた、実質的に剛体の基材としての使用に適している。
【０１４８】
強化ガラスは、非強化ガラスよりも、熱的、機械的な応力及び引張力に対して著しく耐性である。ガラスプレートへの色素増感チタニア太陽電池の適用では、従来法を用いる場合、４００℃より高い焼結温度が必要となる。ガラス基材が強化ガラスを含む場合には、焼結に必要とされるその高い温度によって、当該ガラスプレートから強度がなくなり、通常のガラスになる。これは、熱的あるいは機械的応力の何れかの適用時に、ずっと容易に粉砕され得るガラスに帰着する。太陽電池の用途を考えると、基材の強度及び構造的完全性は、太陽電池もしくはモジュールの重要な特性であり得る。詳細には、DSSCの寿命及び耐久性は、低温焼結に関連して実質的に剛体の基材を包含することによって、向上し得る。DSSCを低温で製造し得ることによって、本発明の種々の実施形態において強化ガラス及び他の基材を用いることが可能となる。
【０１４９】
図６を再び参照して、基材６０９及び６１２に代えて２つの剛体基材を用いて、上述のように太陽電池６００を形成することができる。剛体基材に非反射性コーティングを適用することで、照射光を透過させるそれらの能力を高めることができる。あるいはまた、強化ガラスを、ポリリンカーの存在下、チタニア懸濁物でコーティングすることができる。焼結は、約１５０℃未満の温度で実施するのが好ましい。この低温範囲によって、さもなければより高温において多くの基材の固有材料強度を低下させる物理的、化学的変化を受けるであろう、広範な種類の実質的に剛体の基材を使用することが可能となる。
【０１５０】
前記焼結されたチタニアに増感剤色素及び電解質を順次的に加えた後、対向電極（例えば、非常に薄い白金コーティング）を有する第２の強化ガラスプレートを第１のプレートに重ね合わせ、それによって、太陽電池あるいはモジュールを完成させる。太陽電池６００は、本発明によれば、同様に、１つの剛体基材と１つの柔軟基材とを用いて形成することができる。種々の実施形態において、実質的に剛体の基材の厚さは、約３ｍｍ以下である。他の実施形態において、実質的に剛体の基材の厚さは、約３ｍｍ〜約０．５インチの範囲とすることができる。
【０１５１】
図１３は、他の例示的実施形態を示しており、それにおいては、図６記載の太陽電池６００が２つの実質的に剛体の基材１５００の間に挟まれることで、剛体の太陽電池１５０８が形成されている。他の層は、図６に関連して先に詳述している。図６記載の太陽電池６００の総合耐久性は、本法を用いることで向上する。例えば、高速で低コストのロールトゥロール製造プロセスを衝撃耐性及びガスバリア特性を有する強化ガラスと組み合わせることで、野外用途に適する特異な太陽電池システムが製造される。他の例示的実施形態では、チタニア懸濁物をプラスチック基材上にコーティングし、本発明による、ポリリンカーの存在下で加熱（＜約１５０℃）する方法を用いて低温で焼結させる。増感剤色素及び電解質を、通常のコーティング技術によって順次加え、そして、柔軟なプラスチック基材上の不活性金属コーティング上に非常に薄い白金コーティングを備える対向電極を第１のプレートに重ね合わせ、それによって、太陽電池あるいはモジュールを作製する。次いで、当該柔軟な電池あるいはモジュールを、２つの強化ガラスプレートの間に、又は１つの強化ガラス上面プレート（光源に面する面として定義）と他の材料からなる第２の支持プレートとの間に、重ね合わせる。
【０１５２】
プラスチックベースの太陽電池／強化ガラスの組合せに関する他の利点は、重ね合わせステップにおいて明らかとなる。典型的に、結晶シリコン電池と強化ガラスとの重ね合わせは、２つの材料に共に圧をかけつつ真空状態を適用することによって達成される。上述の例示的実施形態では、柔軟な太陽電池もしくはモジュールと強化ガラス上面プレートとの重ね合わせは、真空状態を必要とすることなく、ラミネートローラを用いてガラスプレートに接着剤を適用することによって、常圧、室温で達成することができる。接着剤の熱硬化又は光硬化は、重ね合わせステップの間あるいはその後に実施される。こうして、実質的に剛体の基材によって、構造に関する向上と製造に関する向上の両方が現存のDSSCにもたらされる。
【０１５３】
Ｈ．DSSC製造のための刻み目を付ける方法
他の例示的実施形態では、本発明は、図７に図示したもののような、柔軟な太陽電池及びモジュール製造を製造する際の破片による電池コンタミネーションの可能性を低減させる方法を提供する。図２０Ａは、太陽電池あるいはモジュール用の基材材料１５１０を図示しており、そこでは、基材材料１５１０は、ポリマー基材１５１５及び導電性層１５２０を含む材料のシート又は細片として形成されている。加熱尖筆１５３０によって、導電性層１５２０を分割し、ある深さまで基材１５１５のポリマー材料を溶融させて、ポリマー基材１５１５及び導電性層１５２０に刻み目が付けられる。刻み目を付けることによって、さもなければ連続的である導電性層１５２０の電気的接続が断たれ、且つ、ポリマー基材１５１５が冷めたとき、導電性層１５２０からの破片が加熱尖筆１５３０の跡にカプセル封止される。ポリマー基材１５１５の溶融時に生じ得る導電性破片をコーティングし捕捉することで、これらの破片が太陽電池又はモジュールの性能に干渉するのを回避する。導電性層１５２０は、半導体とすることができる。
【０１５４】
例示的な一実施形態によれば、加熱尖筆１５３０（はんだごてチップ又は加熱カミソリ刃とし得る）は、固定された支持システムによって位置決めされる。例えば、図７と２０Ａを参照すると、感光性ナノ粒子材料７１５の配置前に、進行基材７０５と接触するように位置決めすることができる。好ましくは、加熱尖筆１５３０の温度及び形状、進行基材７０５に対する加熱尖筆１５３０の距離、進行基材７０５に対する加熱尖筆１５３０の圧力、並びに進行基材７０５の前進速度を監視することによって、例えば図２０Ｂに図示するような、刻み目跡１５４０の幅と深さが決定される。
【０１５５】
上述の適切なポリマー基材材料１５１５には、例えば、PET、ポリアクリロナフタレート、ポリイミド、PEN、ポリマー状炭化水素、セルロース化合物、及びそれらの組合せ、が含まれる。導電性層１５２０には、限定はしないが、上述のように、ITO、及びポリアニリンやアニリンのような導電性ポリマーが含まれる。種々の例示的実施形態では、導電性層１５２０の厚さは、約０．５ミクロン〜約５ミクロンである。好ましくは、導電性層１５２０の厚さは、約０．５ミクロン〜約１ミクロンである。加えて、本法を用いて刻み目を付けられた導電性層１５２０は、本発明による、感光性ナノマトリクス層を含むことができる。
【０１５６】
Ｉ．DSSC製造のためのワイヤインターコネクタ
他の例示的実施形態では、本発明は、図７に図示されるもののように、連続製造プロセスの一部としてワイヤインターコネクタを用いて太陽電池を相互に接続させて（例えば、並列に、直列に、又はその両方を組合せて）、太陽電池を形成する方法を提供する。図２１は、ワイヤインターコネクタを用いて太陽電池又はモジュールを形成するのに適している基材材料１５５０を図示している。当該基材材料１５５０は、本発明によるポリマー基材１５５５及び導電性層１５６０を備える。基材材料１５５０の一部は、光伝導性層１５６５（例えば、相互接続された感光性ナノ粒子層）でコーティングされている。ホットメルト接着剤の細片１５７０が、導電性層１５６０に付加されており、そしてワイヤ１５７５が、ホットメルト接着剤の細片１５７０上に配置されている。
【０１５７】
図２２Ａ及び２２Ｂは、ワイヤインターコネクタを用いて形成した太陽電池モジュールの他の例示的実施形態を図示している。第１の基材材料１６００は、上述のように、ポリマー基材１６１０及び導電性層１６２０を備える。単一の基材材料１６００上に複数の個別の太陽電池が形成され得るように、上述の加熱尖筆によって、基材材料１６００内に刻み目跡１６３０が形成される。図７及び１８に関して上に詳しく述べている方法及び構造を用いて、基材材料１６００上に太陽電池を完成させることができる。次いで、導電性層１６２０にホットメルト接着剤１６４０の細片を付加し、該ホットメルト接着剤１６４０の細片の上にワイヤを配置する。
【０１５８】
図２２Ｂを参照すると、ポリマー基材１６１０、導電性層１６２０、刻み目跡１６３０、及びホットメルト接着剤の細片１６４０を含んで成る第２の基材材料１６７０を第１の基材材料の上面に配置することによって、太陽電池モジュール１６６０が完成される。当該太陽電池モジュール１６６０を熱及び圧力下において重ね合わせ、構造を完成させる。適切なプロセス条件下において、溶融した接着剤１６３０の中にワイヤ１６４０を通すことによって、両導電性層１６２０の電気接続が達成される。冷却後、接着剤１６３０が固化し、それによってワイヤ１６５０は空間内に保持される。これによって、強く且つ導電性の結合の生じる。
【０１５９】
例示的な一実施例では、熱による重ね合わせステップは、接着剤細片の寸法に適合するように適切な寸法に加工されたアルミニウム細片を用いて実施した。位置決めされたシートを共にサーマルラミネータ内に配置し、十分な圧力において１０秒間加圧した。次いで、太陽電池モジュール１６６０を移動させ、隣の接着剤細片をプレス位置に合わせ、太陽電池モジュール１６６０が完成するまで各々の接着剤細片に関して前記処理を繰り返した。同一の接着剤及び重ね合わせ法（ワイヤインターコネクタを用いずに）を、太陽電池モジュールの側部シールに用いた。
【０１６０】
図２２Ａ及び２２Ｂに図示する実施形態を用いて、３縞の太陽電池モジュールを構築した。例示的な一実施例では、N3色素付与チタニアナノ粒子からなる縞をITOコーティングされたポリエステル基材上にコーティングした。刻み目跡をITO内に形成させ、電池間の電気接続を断った。対になるポリエステル基材上の白金導電性コーティング／チタン対向電極の適切な位置にも、刻み目跡を形成させた。用いた接着剤は、厚さ２．５ｍｍのTHERMO-BOND 615接着剤（3M社から入手可能）であった。THERMO-BOND 615は、剥離紙上にコーティングされたフィルムとして供給される、ポリエステル系のホットメルト接着剤である。THERMO-BOND 615接着剤細片を、１２０℃のホットプレス内での簡単なサイクルによって白金シート上に先行付加した。剥離紙を取り除き、３１６ステンレス鋼ワイヤの３ｍｍ線を、電池間にある、露出している接着剤細片に軽く押しつけた。
【０１６１】
ワイヤ１５７５又は１６５０は導電体であり、好ましくは金属導電体である。適切なワイヤ材料には、限定はしないが、銅、銀、金、白金、ニッケル、パラジウム、鉄、及びそれらの合金が含まれる。他の例示的実施形態では、１つ以上のワイヤを、各々の相互接続に用いる。さらに、図２２Ａ及び２２Ｂでは、実質的に円状断面を有するようにワイヤを図示しているが、ワイヤの断面形状は、実質的に円状断面に限定されるものではない。他の適切なワイヤの断面形状には、実質的に正方形、長方形、楕円形、三角形、台形、多角形、アーチ形のもの、及び不規則な形状のものすら含まれる。加えて、ワイヤは一本鎖ワイヤでも、複数鎖ワイヤ（例えば、複数のワイヤが共にねじれているもの）でもよい。
【０１６２】
ホットメルト接着剤１５７０及び１６４０は、THERMO-BOND 615接着剤に限定されない。熱によって活性化される他のホットメルト接着剤（例えば、デュポン社から入手可能なBYNEL）を細片あるいはフィルムとして適用することができる。ワイヤ１５７５及び１６５０は、接着剤１５７０及び１６４０でコーティングしたり、接着剤１５７０及び１６４０の下に適用したり、接着剤１５７０及び１６４０の上に適用したり、又は接着剤１５７０及び１６４０の細片内に予め埋め込むことができる。加えて、硬化性接着剤（例えば、エポキシ）を用いることができる。硬化性接着剤を用いる場合、相互接続領域は、硬化サイクル時に所望の最終相対配置にあることが好ましい。
【０１６３】
ワイヤインターコネクタは、典型的に、配置に関して非常に寛容である。さらに、相互接続をもたらす当該ワイヤは、非導電性の接着剤で保護されている。その結果、多少の位置のずれが生じ、接着剤ブリッジに刻み目が付けられても、電気的短絡は起こらない。ワイヤインターコネクタはまた、電池間のギャップの減少を促進し、典型的に、より高い太陽電池モジュール総合効率につながる。
【０１６４】
Ｊ．金属箔を備えるDSSC
他の例示的実施形態によれば、始めに柔軟な金属箔上に相互接続されたナノ粒子層を形成し、次いでそれを柔軟な基材に重ね合わせることによって、在来の方法（例えば、温度は＞約４００℃）を用いて柔軟な太陽電池モジュールが形成される。当該ナノ粒子層は、同様に、低温（＜約３００℃）で相互に接続させることができる。どちらの温度範囲においても、ロールトゥロールプロセスのような連続製造プロセスを用いることができる。図２３は、金属箔１７０４を備える太陽電池モジュール１７００を図示している。より詳細には、金属箔１７０４は、第１接着剤１７１２を用いて第１の柔軟な基材１７０８に重ね合わされている。加熱尖筆を用いて金属箔１７０４内に形成された刻み目跡１７１６は、金属箔１７０４の電気接続を壊すように働き、それによって、単一の基材上に複数の太陽電池を形成することが可能となる。当該金属箔１７０４上には、本発明による感光性ナノ粒子材料１７２０が配置されている。当該例示的実施形態によれば、太陽電池モジュール１７００は、第２接着剤層１７２８内に埋め込まれているワイヤインターコネクタ１７２４を備えており、それによって金属箔１７０４と白金コーティング１７３２された対向電極１７３３との間に電気接続を形成している。太陽電池モジュール１７００はまた、電荷輸送材料１７３６、及び第２の基材１７４４上にコーティングされている導電性層１７４０も含む。金属箔１７０４には、例えば、チタン、銅、銀、金、白金、ニッケル、パラジウム、鉄、及びそれらの合金などの、任意の適切な導電性金属を用いることができる。接着剤層１７２８用の適切な材料には、上述の、BYNEL及びTHERMO-BONDが含まれる。接着層に、熱可塑性物質及び熱硬化性物質もまた使用することができる。例示的な一実施形態によれば、対向電極１７３３は、パターニングされた半導体、接着層、及びワイヤインターコネクタを備え、その全てが柔軟且つ透明な基材上に形成されている。
【０１６５】
上述の方法を用いる例示的実施形態によれば、ナノ粒子層は、連続的形状の、断続的形状の、あるいはパターニングされた形状の金属箔１７０４上にコーティングされる。ナノ粒子層は、低温、高温の何れかにおいて、焼結される。次いで、金属箔１７０４に刻み目を付け、電気接続を断つ。その後すぐに、分離された金属箔１７０４細片を、本発明に従って、非導電性基材１７０８に重ね合わせる。増感剤色素及び／又は共増感剤をナノ粒子層に適用して、感光性ナノ粒子材料１７２０を完成させる。その感光性ナノ粒子材料１７２０上に電荷輸送材料１７３６をコーティングし、そして、接着層１７２８及びワイヤインターコネクタ１７２４を添加して、金属箔１７０４を対向電極１７３３に結合させる。導電性層を備える第２の柔軟な基材を重ね合わせて、太陽電池モジュールが完成する。
【０１６６】
好ましい実施形態では、金属箔１７０４はチタンであり、感光性ナノ粒子材料１７２０は焼結されたチタニアを含み、導電性層１７４０はITOであり、そして第２の基材１７４４はPETである。当該太陽電池モジュールは、図７に図示されるもののような、連続製造プロセスを用いて構築することができる。当該プロセス（例えば、ロールトゥロールプロセス）には、（１）金属箔上に、チタニア分散物を連続的形状で、断続的形状で、又はパターニングされた形状（例えば、分離部分に）でコーティングするステップ、（２）チタニアでコーティングされた箔をインラインで高温又は低温焼結するステップ、（３）インラインでチタニアコーティングに感光性を付与するステップ、（４）金属箔に切り込みを付けて（例えば、後により詳しく述べる超音波断片化技術によって）細片にするステップ、（５）連続配置された一連のガイドローラによって、又は切り込みの入った細片を横方向の拡がり及び細片の制限間隔での分離をもたらす対向ローラに単に送ることによって、細片あるいは帯を制限間隔に分離させるステップ、及び（６）第１の柔軟な基材に細片を重ね合わせるステップ、が包含される。当該金属箔でコーティングされた第１の基材に、電解質、対向電極、及び導電性層を備える第２の基材を重ね合わせることで、太陽電池あるいはモジュールを完成させることができる。
【０１６７】
図２４は、他の例示的実施形態による、金属箔太陽電池モジュール１８００を図示しており、それは、重ね合わされた２つの太陽電池モジュール１８０４及び１８０８を備えることによって、２つの表面を介して照射光１８１２を受容することを可能としている。当該太陽電池モジュール１８００は、連続製造プロセスを用いて形成することができる。当該例示的実施形態によれば、金属箔１８１６は、２つの表面上に配置されている感光性ナノ粒子材料１８２０を備える。当該金属箔１８１６は、１８２４に示しているように電気接続を断つように刻み目が付けられており、且つ電解質１８２８、接着層１８３２、ワイヤインターコネクタ１８３６、及び白金コーティング１８４０された対向電極１８４１は全て、金属箔１８１６と２つの柔軟な基材１８４４及び１８４８との間に配置されて２つの太陽電池モジュールが完成されている。例示的な一実施形態によれば、柔軟な基材１８４４及び１８４８上には、導電性層１８５２が配置されている。好ましい実施形態では、金属箔１８１６はチタンであり、感光性ナノ粒子材料１８２０は焼結されたチタニアを含み、導電性層１８５２はITOであり、そして２つの柔軟な基材１８４４及び１８４８はPETである。
【０１６８】
Ｋ．超音波溶接
他の例示的実施形態によれば、図７に図示されるもののような、連続製造プロセスの進行時に、超音波断片化装置を用いて、柔軟な太陽電池モジュールの前端及び後端を切断することができる。例えば、断片化装置７４０は、第２の柔軟な基材７３５を進行基材シート７０５に適用した後に、太陽電池あるいはモジュールの進行シートを横切って移動することができる。例示的な一実施形態では、太陽電池又はモジュールは、感光性ナノマトリクス材料でコーティングされた金属箔を含む。
【０１６９】
超音波断片化装置７４０には、Branson Model FS-90を用いることができる。好ましくは、FS-90を、５０％の振幅、圧力５０〜６０ＰＳＩ、速度５〜１０、及びアンビル条件９０°に設定する。当該装置７４０は、太陽電池あるいはモジュールを溶融させる摩擦を発生させ、それによって当該材料の切断及びシールが同時に行われる。これによって、電解質の漏れが防止され、太陽電池あるいはモジュールへの大気の侵入が防止される。さらに、当該処理は、基材上にコーティングされた導電性層を遮断する。
【０１７０】
Ｌ．金属コーティングを備えるワイヤインターコネクタ
他の例示的実施形態では、本発明は、低融点の金属あるいは合金でワイヤインターコネクタをコーティングする方法を提供する。当該金属あるいは合金は、重ね合わせ処理時に溶融し、それによって、接合された２つの基材の間により均一な接触をもたらす。改善された接触によって、機械的接着性と電気的接続の両方が向上する。図２５は、低融点の金属包囲層１９０２でコーティングされているワイヤ１９０１の断面図を示している。金属１９０２には、合金を用いることができる。例示的な一実施形態によれば、コーティングされたワイヤを図２１、２２又は２３記載の未コーティングワイヤの代わりに用いることができる。
【０１７１】
図２６は、金属箔２００４を含む例示的な太陽電池モジュール２０００を図示している。より詳細には、金属箔２００４は、第１の接着剤２０１２を用いて第１の柔軟な基材２００８に重ね合わされている。加熱尖筆を用いて金属箔２００４に刻み跡２０１６が形成することで金属箔２００４の電気接続が断たれ、それによって、単一の基材上に複数の太陽電池を形成することが可能となる。当該金属箔２００４上には、本発明による感光性ナノ粒子材料２０２０が配置されている。当該例示的実施形態によれば、太陽電池モジュール２０００は、第２の接着層２０２８内に埋め込まれているワイヤインターコネクタ２０２４を備えており、それによって金属箔２００４と白金コーティング２０３２を有する対向電極２０３３との間に電気的接続が形成される。当該ワイヤ２０２４は、低融点金属２０３４でコーティングされている。重ね合わせ時に、金属２０３４が溶融し流れることによって、金属箔２００４と対向電極２０３３との間により均一な接触が形成される。太陽電池モジュール２０００はまた、電荷輸送材料２０３６及び第２基材２０４４上にコーティングされている導電性層２０４０も備えている。
【０１７２】
上述のワイヤ２０２４には、銅、チタン、ステンレス鋼、又は他の適切なワイヤを用いることができる。好ましい実施形態では、ワイヤは３ｍｉｌの銅ワイヤであり、そしてビスマス−スズ共融混合物でコーティングされている。ビスマス−スズの融点は１３８℃である。金属箔と対向電極との間には、BYNEL接着剤（エチレンマレイン酸無水物）の薄いシートが配置される。当該接着剤の融点は、１２６℃である。次いで、接着剤及びコーティングされた金属ワイヤを、ITO導電性層を備える２つのPET基材の間に熱を用いて積層（約１５０℃の温度の加熱バーラミネータ）させる。適切な金属の融点は、約５０℃〜約２５０℃である。好ましくは、融点は、約７５℃〜約１８０℃であり、接着剤は金属コーティングよりも低い温度で溶融する。
【０１７３】
特定の例示的実施形態を参照して本発明を詳細に示し説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細に関する種々の変更をなし得ることを理解されたい。例を示せば、開示した任意の特徴を他の開示した任意の特徴と組み合わせることによって、太陽電池あるいはモジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明による、金属Ｍの酸化物からなるナノ粒子のためのポリリンカーの例示的実施形態の例示的化学構造
【図２】金属Ｍの酸化物からなるナノ粒子のための、本発明による、例示的実施形態のポリリンカーの他の例示的化学構造
【図３Ａ】本発明の例示的実施形態による、ポリリンカーによって相互に接続されたナノ粒子の例示的化学構造
【図３Ｂ】本発明の例示的実施形態による、基材酸化物層に付着した図３Ａ記載の相互に接続されたナノ粒子フィルム
【図４】ポリ（n-ブチルチタネート）の化学構造
【図５Ａ】本発明による、ポリ（n-ブチルチタネート）によって相互に接続している二酸化チタンナノ粒子の化学構造
【図５Ｂ】本発明の例示的実施形態による、基材酸化物層に付着した図５Ａ記載の相互に接続した二酸化チタンナノ粒子の化学構造
【図６】本発明の例示的実施形態による、柔軟な太陽電池の断面図
【図７】図６記載の柔軟な太陽電池を形成するのに用いることができる、連続製造プロセスの例示的実施形態
【図８】本発明による、例示的太陽電池の電流−電圧曲線
【図９】本発明の例示的実施形態による、例示的太陽電池の電流−電圧曲線
【図１０】本発明の例示的実施形態による、他の２つの例示的太陽電池に関する電流−電圧曲線
【図１１】本発明の例示的実施形態による、Li+イオンと錯体形成可能なポリ（4-ビニルピリジン）化合物との錯体形成反応によって起こるゲル化物の化学構造
【図１２】本発明の例示的実施形態による、ポリエチレンオキサイドセグメントと錯体形成しているリチウムイオンの化学構造
【図１３Ａ−１３Ｃ】本発明の例示的実施形態による、例示的共増感剤の化学構造
【図１４Ａ−１４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、共増感剤の他の例示的化学
【図１５】本発明による太陽電池をキャラクタリゼーションするために用いた４５５ｎｍカットオフフィルタ（ＧＣ４５５）の吸光度グラフ
【図１６】ジフェニルアミノ安息香酸の吸光度のグラフ
【図１７】本発明による、半導体プライマー層コーティングのコーティングの例示的実施形態
【図１８Ａ−１８Ｂ】本発明の例示的実施形態による、それぞれ、非屈曲状態及び屈曲状態にある相互接続された太陽電池モジュールの側立面図
【図１９】本発明の例示的実施形態による、剛体基材を用いて形成した太陽電池の断面図
【図２０Ａ−２０Ｂ】本発明による、太陽電池又はモジュールの基材材料の刻み目付け
【図２１】本発明による、ワイヤインターコネクタを用いて太陽電池又はモジュールを形成するのに適する基材材料
【図２２Ａ−２２Ｂ】本発明による、ワイヤインターコネクタを用いて形成した例示的太陽電池モジュール
【図２３】本発明による、感光性ナノ粒子材料でコーティングされた金属箔を用いて形成した太陽電池モジュール
【図２４】本発明による、２つの表面を介して照射光を受容し得る例示的な太陽電池モジュール
【図２５】本発明による、低融点の金属でコーティングされた金属ワイヤ
【図２６】本発明による、金属コーティングワイヤを含むワイヤインターコネクタを備える例示的な太陽電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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