(57)【要約】      （修正有）【課題】従来より広いスペクトルから太陽エネルギーを有利に収集・蓄積することができる太陽電池パネル、太陽電池パネルを製造する方法、及び太陽電池パネルを使用して太陽エネルギーを収集・蓄積する方法を提供する。【解決手段】太陽電池パネルは、第１の波長感度をもつ第１光電池４０及び第２の波長感度をもつ第２光電池５０から構成され、これらの波長の関係は、第２波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しない。第２波長の少なくとも１つは、１μｍより長くすることができる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルを製造する方法であって：
透明な基板上に第１光電池を形成するステップ（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）；及び
前記第１光電池と前記第２光電池との間に配置される前記透明な基板に、前記第１光電池と前記第２光電池とが結合されるように、前記透明な基板上に第２光電池を形成するステップ（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）を含み、
ただし、
前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは前記第１波長範囲に存在せず、
前記第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは前記第２波長範囲に存在せず、かつ、
前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも０．７μｍであることを特徴とする太陽電池パネルを製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池の入力表面に入射する光が前記第１光電池を通過して前記第１光電池の出力表面から出て、次に前記第２光電池の入力表面に入射して前記第２光電池に入ることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記第２光電池を光学的に透明なプラスチック・フィルムに被覆するステップ；及び
光学的に透明な前記プラスチック・フィルムを前記第１光電池上に積層するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池が薄膜光電池であることと、前記第２光電池の形成が前記第２光電池を前記第１光電池上に直接形成することであることとを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記第２光電池の形成が量子ドットを含む赤外線感知材料層を形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記量子ドットがＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、前記第２光電池の形成が量子ドットを含む赤外線感知材料層を形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記量子ドットがＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項４に記載の方法において、前記第２光電池の形成が量子ドットを含む赤外線感知材料層を形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記量子ドットがＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記第２光電池が約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの波長をもつ光子に対して感度をもつことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項２に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項４に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記第２光電池の入力表面に入射する光が前記第２光電池を通過して前記第２光電池の出力表面から出て、次に前記第１光電池の入力表面に入射して前記第１光電池に入ることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項４に記載の方法において、前記第１光電池がＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ，ａ−Ｓｉ、及びポリＳｉからなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池がＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ，ａ−Ｓｉ、及びポリＳｉからなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、前記第２光電池の形成が透明な陽極及び透明な陰極を形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記透明陽極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことと、前記透明陰極がＩＴＯ、ＣＮＴ、ＩＺＯ、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むこととを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のマグネシウム：銀層が３０ｎｍ未満の厚さをもつことと、前記マグネシウム：銀層が１０：１（マグネシウム：銀）の組成比をもつこととを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層が０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さをもつこととを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法において、前記透明陽極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることと、前記透明陰極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることとを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法において、前記第１光電池の形成が透明な陽極及び透明な陰極を形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記透明陽極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことと、前記透明陰極がＩＴＯ、ＣＮＴ、ＩＺＯ、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むこととを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のマグネシウム：銀層が３０ｎｍ未満の厚さをもつことと、前記マグネシウム：銀層が１０：１（マグネシウム：銀）の組成比をもつこととを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層が０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さをもつこととを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載の方法において、前記透明陽極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることと、前記透明陰極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることとを特徴とする方法。
【請求項２９】
太陽エネルギーを収集・蓄積する方法であって：
太陽光が太陽電池パネルに入射するように前記太陽電池パネルを配置するステップを含み、前記太陽電池パネルは、
透明な基板上に形成された第１光電池（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）；及び
前記透明な基板が前記第１光電池と前記第２光電池との間に配置されるように、前記透明な基板上に形成された第２光電池（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）を含み、
前記第２光電池は約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの波長をもつ光子に対して感度をもち、
前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは前記第１波長範囲に存在せず、前記第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは前記第２波長範囲に存在せず、かつ、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも０．７μｍであることを特徴とする太陽エネルギーを収集・蓄積する方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、前記第１光電池の入力表面に入射する光が前記第１光電池を通過して前記第１光電池の出力表面から出て、次に前記第２光電池の入力表面に入射して前記第２光電池に入ることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の方法において、前記第２光電池が量子ドットを含む赤外線感知材料層を含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法において、前記量子ドットがＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法において、前記第２光電池が量子ドットを含む赤外線感知材料層を含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、前記量子ドットがＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項２９に記載の方法において、前記第２光電池の入力表面に入射する光が前記第２光電池を通過して前記第２光電池の出力表面から出て、次に前記第１光電池の入力表面に入射して前記第１光電池に入ることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項２９に記載の方法において、前記第１光電池が薄膜光電池であることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項２９に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３０に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３６に記載の方法において、前記第１光電池が１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたないことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３６に記載の方法において、前記第１光電池がＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ，ａ−Ｓｉ、及びポリＳｉからなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項２９に記載の方法において、前記第１光電池がＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ，ａ−Ｓｉ、及びポリＳｉからなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項２９に記載の方法において、前記第２光電池が透明な陽極及び透明な陰極を含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、前記透明陽極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことと、前記透明陰極がＩＴＯ、ＣＮＴ、ＩＺＯ、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むこととを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のマグネシウム：銀層が３０ｎｍ未満の厚さをもつことと、前記マグネシウム：銀層が１０：１（マグネシウム：銀）の組成比をもつこととを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４３に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層が０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さをもつこととを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４２に記載の方法において、前記透明陽極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることと、前記透明陰極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることとを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項２９に記載の方法において、前記第１光電池が透明な陽極及び透明な陰極を含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４７に記載の方法において、前記透明陽極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことと、前記透明陰極がＩＴＯ、ＣＮＴ、ＩＺＯ、銀ナノワイヤ、及びマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むこととを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のマグネシウム：銀層が３０ｎｍ未満の厚さをもつことと、前記マグネシウム：銀層が１０：１（マグネシウム：銀）の組成比をもつこととを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項４８に記載の方法において、前記透明陽極または前記透明陰極の少なくとも一方がマグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層を含むことと、前記マグネシウム：銀／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層が０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さをもつこととを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項４７に記載の方法において、前記透明陽極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることと、前記透明陰極が可視光の少なくとも一部分及び赤外光の少なくとも一部分に透明であることとを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項１に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが１μｍより長いことを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．７μｍ〜１μｍの範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項２９に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが１μｍより長いことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．７μｍ〜１μｍの範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項１に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．８５μｍより長いことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５６に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．７μｍ〜０．８５μｍの範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項２９に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．８５μｍより長いことを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法において、前記第２の１つ以上の波長の少なくとも１つが０．７μｍ〜０．８５μｍの範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項１に記載の方法において、前記透明な基板がガラスを具えることを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項６０に記載の方法において、前記透明な基板がガラス基板であることを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項１に記載の方法において、前記透明な基板上に第２光電池を形成するステップが、前記透明な基板上への前記第２光電池のコーティングを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１１年４月５日に提出された米国仮特許出願第６１／４７２，０７１号明細書の利益を主張する。この仮出願の開示は、参照により本出願に図、表、図面を含めて全面的に包含されている。
【背景技術】
【０００２】
光電池は、今日、世界のエネルギー不足の解決に役立つ重要な再生可能エネルギー源と考えられている。種々の光電池技術が開発されてきたが、セレン化銅インジウム・ガリウム（ＣＩＧＳ）及びＣｄＴｅなどの薄膜光電池がそれらの大面積製造に対する適合性のために注目されている。これらの薄膜光電池技術は、可視波長において９０％を超える外部量子効率からもたらされる約２０％のエネルギー変換効率を報告しているが、これらの薄膜光電池は、１μｍを超える波長における放射に対して感度をもたない。
【発明の概要】
【０００３】
主題発明の実施形態は、新しい有利な太陽電池パネルならびにこれらの太陽電池パネルの製造方法及びこれらの太陽電池パネルの使用方法に関する。これらの太陽電池パネル及びそれらの使用方法は、従来の光電池より広い光子のスペクトルから太陽エネルギーを有利に収集・蓄積することができる。
【０００４】
本発明の他の１つの実施形態では、太陽電池パネルは、以下を含むことができる：第１光電池（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。ただし、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。また、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、１μｍより長くすることができる。別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【０００５】
本発明のもう１つの実施形態では、太陽電池パネルの製造方法は以下のステップを含み得る：第１光電池を形成すること（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池を形成すること（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。そして、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、１μｍより長くすることができる。この方法は、更に第１光電池と第２光電池を組み合わせることを含み得る。別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【０００６】
更に別の実施形態では、太陽エネルギーを収集・蓄積する方法は、太陽光が太陽電池パネルに入射するように太陽電池パネルを配置することを含むことができる。この太陽電池パネルは、以下を含む：第１光電池（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。ただし、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。また、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは１μｍより長くすることができる。更に別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、主題発明の実施形態における短絡回路電流密度（Ｊｓｃ）の理論的最大値及びエネルギー変換効率（ＰＣＥ）を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、種々のサイズのＰｂＳナノ結晶の吸収スペクトルを示し、また、差し込み図は、厚さ５０ｎｍのＰｂＳｅ量子ドット・フィルム（１．３μｍピーク波長）の吸収係数スペクトル及びＴＥＭ画像を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、主題発明の装置による太陽電池パネルの断面を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、主題発明の別の実施形態による太陽電池パネルの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
用語「の上に」または「の上方に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直上に存在し得るか、または介在する層、領域、パターン、または構造も存在し得ることを意味する。用語「の下に」または「の下方に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直下に存在し得るか、または介在する層、領域、パターン、または構造も存在し得ることを意味する。用語「の直上に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直上に存在し、介在する層、領域、パターンまたは構造が存在しないことを意味する。
【０００９】
この出願において用語「約」が数値に関連して使用された場合、それは、その値が当該値の９５％〜１０５％の範囲に存在すること、即ち、当該値が言及値の＋／−５％の範囲にあることを意味する。例えば、「約１  ｋｇ」は、０．９５  ｋｇから１．０５  ｋｇを意味する。
【００１０】
用語「感度がある」がこの出願において一定の種類の光に対してまたは所与の値または所与の範囲内の波長をもつ光子に対して感度をもつ光電池の記述に関して使用された場合、それは、当該光電池が感度対象の光を吸収し、キャリアを生成できることを意味する。用語「感度がない」または「無反応である」がこの出願において一定の種類の光に対してまたは所与の値または所与の範囲内の波長をもつ光子に対して感度をもたないかまたは無反応の光電池の記述に関して使用された場合、それは、当該光電池がそれが感度をもたない光を吸収できず、かつ、当該光の吸収からキャリアを生成できないことを意味する。
【００１１】
当然のことであるが、「透明」により、物体が透明であるとされたその対象の光の少なくとも一部分が吸収または反射されずに当該物体を通過できることを意味する。
【００１２】
主題発明の実施形態は、新しい有利な太陽電池パネルならびにその太陽電池パネルの製造方法及びその太陽電池パネルの使用方法に関する。これらの太陽電池パネル及びそれらの使用方法は、在来の光電池より広いスペクトルの光子から太陽エネルギーを有利に収集・蓄積することができる。
【００１３】
１つの実施形態では、太陽電池パネルは、以下を含むことができる：第１光電池（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。そして、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、１μｍより長くすることができる。別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【００１４】
本発明のもう１つの実施形態では、太陽電池パネルの製造方法は以下のステップを含み得る：第１光電池を形成すること（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池を形成すること（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。そして、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、１μｍより長くすることができる。この方法は、更に第１光電池と第２光電池を組み合わせることを含み得る。別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【００１５】
更に別の実施形態では、太陽エネルギーを収集・蓄積する方法は、太陽光が太陽電池パネルに入射するように太陽電池パネルを配置することを含むことができる。この太陽電池パネルは、以下を含む：第１光電池（この第１光電池は、第１の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第１の１つ以上の波長は第１波長範囲にある）及び第２光電池（この第２光電池は、第２の１つ以上の波長をもつ光子に対する感度をもち、そして、これらの第２の１つ以上の波長は第２波長範囲にある）。そして、これらの波長の関係は、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは第１波長範囲に存在せず、かつ、第１の１つ以上の波長の少なくとも１つは第２波長範囲に存在しないようになっている。第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは１μｍより長くすることができる。更に別の実施形態では、第２の１つ以上の波長の少なくとも１つは、少なくとも７００ｎｍとすることができる。
【００１６】
本主題発明の実施形態は、ＩＲ光電池を在来の薄膜光電池のような光電池上に集積することにより太陽スペクトラム中の可視範囲から赤外線に至る範囲から光子を収穫する新しい太陽電池パネル構造を提供するための方法及び装置に関係する。太陽スペクトルは３５０ｎｍから２５００ｎｍにわたるが、在来の薄膜光電池は、１μｍを超える赤外線感度をもっていない。即ち、関連技術の光電池は、１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたず、かかる光子からエネルギーを収集及び／または蓄積することができない。この技術で知られているように、スペクトルの可視範囲は、両端を含む３８０ｎｍ〜７５０ｎｍである。
【００１７】
図１Ａを参照する。本主題発明の１つの実施形態による太陽電池パネルは、高いエネルギー変換効率（ＰＣＥ）をもたらすことができる。図１Ａは、入射光の分光放射照度（Ｗ／ｍ２ｎｍ）対波長（ｎｍ）を示している。約４００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲の波長をもつ光に対する感度をもつ無機光電池（例えば、ＣｄＴｅを含む）の場合、約４００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲のすべての光子がキャリアに変換された場合、Ｊｓｃは２９．１  ｍＡ／ｃｍ２となり、また、Ｖｏｃが０．８５  Ｖかつ曲線因子（ＦＦ）が８０％であるとき、ＰＣＥは２０％となる。ＰｂＳ量子ドットを含み、約７００ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲の波長をもつ光に対して感度をもつＩＲ光電池の場合、約７００ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲のすべての光子がキャリアに変換された場合、Ｊｓｃは４４．０  ｍＡ／ｃｍ２となり、また、Ｖｏｃが０．５  ＶかつＦＦが８０％であるとき、ＰＣＥは１７．６％となる。ＰｂＳ量子ドットを含み、約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲の波長をもつ光に対して感度をもつＩＲ光電池の場合、約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲のすべての光子がキャリアに変換された場合、Ｊｓｃは３３．４  ｍＡ／ｃｍ２となり、また、Ｖｏｃが０．５  ＶかつＦＦが８０％であるとき、ＰＣＥは１３．４％となる。
【００１８】
溶解加工ナノ結晶（例えば、ＰｂＳまたはＰｂＳｅナノ結晶）を使用する赤外光検知器が米国特許出願第１３／２７２，９９５号明細書（２０１１年１０月１３日提出）において記述されている。この特許出願は、米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書（２０１０年１１月２３日提出）の優先権を主張しているが、これらの特許出願と仮特許出願の両方とも、参照により本特許出願に全面的に含まれている。かかるＩＲ光検知器は、大面積製造と適合することが示されている。主題発明の１つの実施形態では、ＩＲ光電池は、米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書の優先権を主張している米国特許出願第１３／２７２，９９５号明細書において記述されている赤外光検知器のそれと同様な構造及び／または米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書において記述されている赤外光検知器のそれと同様な構造をもつことができる。ＰｂＳｅ量子ドットの吸光度を示している図１Ｂも参照すると、ＰｂＳｅ量子ドットは赤外線感受性をもっていることが分かる。
【００１９】
ＩＲ光電池を光電池（在来の薄膜光電池のような）上に集積した場合、高効率光起電性パネルを実現することができる。主題発明の実施形態は、ＩＲ光電池を光電池（在来の薄膜光電池のような）上に集積することにより太陽スペクトルの大部分を収穫する新しい光起電性パネルに関する。一部の実施形態では、光起電性パネルは、すべての太陽スペクトルを収穫することができる。
【００２０】
図２Ａを参照する。主題発明の１つの実施形態では、太陽電池パネル１０は、光電池４０及びＩＲ光電池５０を含むことができる。光電池４０は、例えば、薄膜光電池とすることができ、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム・ガリウム（ＣＩＧＳ）、アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）、及び／またはポリシリコン（ポリＳｉ）を含むことができるが、実施形態はこれらには限られない。多くの実施形態において、光電池４０は、１μｍより長い波長をもつ光子に対する感度をもたない。例えば、光電池４０は、可視範囲の光子に対して感度をもつことができる。１つの実施形態では、光電池４０は、約４００ｎｍから約８５０ｎｍの波長をもつ光子に感度をもつことができる。
【００２１】
ＩＲ光電池５０は、１μｍより長い波長をもつ光子に感度をもつ。１つの実施形態では、ＩＲ光電池５０は、２５００ｎｍまでの波長をもつ光子に感度をもつ。別の実施形態では、ＩＲ光電池５０は、約２０００ｎｍまでの波長をもつ光子に感度をもつ。更に別の実施形態では、ＩＲ光電池５０は、２０００ｎｍまでの波長をもつ光子に感度をもつ。更に、別の実施形態では、ＩＲ光電池５０は、約８５０から約２０００ｎｍまでの波長をもつ光子に感度をもつ。
【００２２】
当然のことであるが、この明細書及び添付請求項において、光電池４０またはＩＲ光電池５０が所与の値の波長、所与の範囲内の波長または少なくとも一定の値の波長をもつ光子に感度をもつと記述された場合、これは、特に明示的に言及しない限り、光電池４０またはＩＲ光電池５０が所与と異なる値、所与範囲外、または一定の値未満の波長の光子に感度をもつことを排除しない。即ち、この明細書及び添付請求項においては、光電池４０またはＩＲ光電池５０が所与の値の波長、所与の範囲内の波長または少なくとも一定の値の波長をもつ光子に感度をもつと記述された場合、光電池４０またはＩＲ光電池５０が一定の値または一定の範囲内の波長をもつ光子に対してのみ感度をもつ旨、または光電池４０またはＩＲ光電池５０が所与の値、所与の範囲内であるか、または一定の値より長い波長をもつ光子に対して感度をもたない旨、特に明示的に言及しない限り、光電池４０またはＩＲ光電池５０は、少なくともこれらの光子に対して感度をもつのであり、かつ、所与の値と異なるか、所与の範囲外であるか、または一定の値より短い波長をもつ光子に対しては感度をもつかもしれないし、もたないかもしれない。
【００２３】
種々の実施形態において、ＩＲ光電池５０は、少なくとも次の値（すべての値はμｍ単位）のどの波長をもつ光子に対しても感度をもつことができる：０．２０，  ０．２１，  ０．２２，  ０．２３，  ０．２４，  ０．２５，  ０．２６，  ０．２７，  ０．２８，  ０．２９，  ０．３０，  ０．３１，  ０．３２，  ０．３３，  ０．３４，  ０．３５，  ０．３６，  ０．３７，  ０．３８，  ０．３９，  ０．４０，  ０．４１，  ０．４２，  ０．４３，  ０．４４，  ０．４５，  ０．４６，  ０．４７，  ０．４８，  ０．４９，  ０．５０，  ０．５１，  ０．５２，  ０．５３，  ０．５４，  ０．５５，  ０．５６，  ０．５７，  ０．５８，  ０．５９，  ０．６０，  ０．６１，  ０．６２，  ０．６３，  ０．６４，  ０．６５，  ０．６６，  ０．６７，  ０．６８，  ０．６９，  ０．７０，  ０．７１，  ０．７２，  ０．７３，  ０．７４，  ０．７５，  ０．７６，  ０．７７，  ０．７８，  ０．７９，  ０．８０，  ０．８１，  ０．８２，  ０．８３，  ０．８４，  ０．８５，  ０．８６，  ０．８７，  ０．８８，  ０．８９，  ０．９０，  ０．９１，  ０．９２，  ０．９３，  ０．９４，  ０．９５，  ０．９６，  ０．９７，  ０．９８，  ０．９９，  １．００，  １．０１，  １．０２，  １．０３，  １．０４，  １．０５，  １．０６，  １．０７，  １．０８，  １．０９，  １．１０，  １．１１，  １．１２，  １．１３，  ｌ．１４，  １．１５，  １．１６，  １．１７，１．１８，  １．１９，  １．２０，  １．２１，  １．２２，  １．２３，  １．２４，  １．２５，  １．２６，  １．２７，  １．２８，  １．２９，  １．３０，  １．３１，  １．３２，  １．３３，  １．３４，  １．３５，  １．３６，  １．３７，  １．３８，  １．３９，  １．４０，  １．４１，  １．４２，  １．４３，  １．４４，  １．４５，  １．４６，  １．４７，  １．４８，  １．４９，  １．５０，  １．５１，  １．５２，  １．５３，  １．５４，  １．５５，  １．５６，  １．５７，  １．５８，  １．５９，  １．６０，  １．６１，  １．６２，  １．６３，  １．６４，  １．６５，  １．６６，  １．６７，  １．６８，  １．６９，  １．７０，  １．７１，  １．７２，  １．７３，  １．７４，  １．７５，  １．７６，  １．７７，  １．７８，  １．７９，  １．８０，  １．８１，  １．８２，  １．８３，  １．８４，  １．８５，  １．８６，  １．８７，  １．８８，  １．８９，  １．９０，  １．９１，  １．９２，  １．９３，  １．９４，  １．９５，  １．９６，  １．９７，  １．９８，  または１．９９（即ち、ＩＲ光電池５０は、以下の波長をもつ光子に対して感度をもつことができる：少なくとも０．２０μｍ、少なくとも０．２１μｍ、．．．、少なくとも１．９９μｍ）。更に別の実施形態では、ＩＲ光電池５０は、少なくとも次の値（すべての値はμｍ単位）のどれでもよい波長をもつ光子に対してのみ感度をもつことができるが、当該値より短い波長をもつ光子に対しては感度をもたない：  ０．２０，  ０．２１，  ０．２２，  ０．２３，  ０．２４，  ０．２５，  ０．２６，  ０．２７，  ０．２８，  ０．２９，  ０．３０，  ０．３１，  ０．３２，  ０．３３，  ０．３４，  ０．３５，  ０．３６，  ０．３７，  ０．３８，  ０．３９，  ０．４０，  ０．４１，  ０．４２，  ０．４３，  ０．４４，  ０．４５，  ０．４６，  ０．４７，  ０．４８，  ０．４９，  ０．５０，  ０．５１，  ０．５２，  ０．５３，  ０．５４，  ０．５５，  ０．５６，  ０．５７，  ０．５８，  ０．５９，  ０．６０，  ０．６１，  ０．６２，  ０．６３，  ０．６４，  ０．６５，  ０．６６，  ０．６７，  ０．６８，  ０．６９，  ０．７０，  ０．７１，  ０．７２，  ０．７３，  ０．７４，  ０．７５，  ０．７６，  ０．７７，  ０．７８，  ０．７９，  ０．８０，  ０．８１，  ０．８２，  ０．８３，  ０．８４，  ０．８５，  ０．８６，  ０．８７，  ０．８８，  ０．８９，  ０．９０，  ０．９１，  ０．９２，  ０．９３，  ０．９４，  ０．９５，  ０．９６，  ０．９７，  ０９８，  ０．９９，  １．００，  １．０１，  １．０２，  １．０３，  １．０４，  １．０５，  １．０６，  １．０７，  １．０８，  １．０９，  １．１０，  １．１１，  １．１２，  １．１３，  １．１４，  １．１５，  １．１６，  １．１７，  １．１８，  １．１９，  １．２０，  １．２１，  １．２２，  １．２３，  １．２４，  １．２５，  １．２６，  １．２７，  １．２８，  １．２９，  １．３０，  １．３１，  １．３２，  １．３３，  １．３４，  １．３５，  １．３６，  １．３７，  １．３８，  １．３９，  １．４０，  １．４１，  １．４２，  １．４３，  １．４４，  １．４５，  １．４６，  １．４７，  １．４８，  １．４９，  １．５０，  １．５１，  １．５２，  １．５３，  １．５４，  １．５５，  １．５６，  １．５７，  １．５８  ，１．５９，  １．６０，  １．６１，  １．６２，  １．６３，  １．６４，  １．６５，  １．６６，  １．６７，  １．６８，  １．６９，  １．７０，  １．７１，  １．７２，  １．７３，  １．７４，  １．７５，  １．７６，  １．７７，  １．７８，  １．７９，  １．８０，  １．８１，  １．８２，  １．８３，  １．８４，  １．８５，  １．８６，  １．８７，  １．８８，  １．８９，  １．９０，  １．９１，  １．９２，  １．９３，  １．９４，  １．９５，  １．９６，  １．９７，  １．９８，または１．９９（即ち、ＩＲ光電池５０は、以下の波長をもつ光子のみに対して感度をもつことができる：少なくとも０．２０μｍ、少なくとも０．２１μｍ、．．．、少なくとも１．９９μｍ。ただし、それぞれ、０．２０μｍ、０．２１μｍ、．．．、１．９９μｍ未満の波長をもつ光子には感度をもたない）。ある好ましい実施形態では、ＩＲ光電池５０は、１ミクロンより長い波長をもつ光子に対して感度をもつ。別の好ましい実施形態では、ＩＲ光電池５０は、少なくとも０．７０ミクロンの波長をもつ光子に対して感度をもつ。更に別の好ましい実施形態では、ＩＲ光電池５０は、少なくとも０．８５ミクロンの波長をもつ光子に対して感度をもつ。
【００２４】
ある実施形態では、ＩＲ光電池５０は、量子ドットを含むＩＲ感知層を含むことができる。この量子ドットは、例えば、ＰｂＳまたはＰｂＳｅ量子ドットとすることができるが、実施形態はこれらに限られない。
【００２５】
多くの実施形態において、太陽電池パネル１０は、光電池４０及び／またはＩＲ光電池５０の片側または両側の上に電極３０を含むことができる。１つの実施形態では、光電池４０とＩＲ光電池５０の両方とも透明な陽極及び透明な陰極を含んでいる。各電極層３０は、この技術で周知の透明電極、例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、銀ナノワイヤ、及び／またはマグネシウム：銀／Ａｌｑ３（Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３）スタック層を含む層とすることができる。各電極層３０は、本出願に明示記載したもの以外の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含むＴＣＯを含むことができる。特定の実施形態では、１つ以上の透明電極層をＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層とし、そのＭｇ：Ａｇ層の比率を１０：１（Ｍｇ：Ａｇ）とすることができる。Ｍｇ：Ａｇ層は３０ｎｍ未満の厚さをもつことができ、また、Ａｌｑ３は０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さをもつことができる。各電極層３０は、少なくとも可視領域のスペクトルの光の一部分に対し透明とすることができる。各電極層３０は、赤外領域のスペクトルの光の少なくとも一部分または好ましくはすべてに対して透明とすることができる。ある実施形態では、各電極層３０は、可視領域のスペクトルの少なくとも一部分及び好ましくはすべてに対して、及び赤外領域の光の少なくともとも一部分及び好ましくはすべてに対して透明とすることができる。１つの実施形態では、太陽電池パネル１０は、光電池４０とＩＲ光電池５０の間にガラス基板６０を含むことができる。例えば、ＩＲ光電池５０をガラス基板６０上に製造し、次にそのガラス基板６０をやはりガラス基板６０を含み得る光電池４０上に結合することができる。
【００２６】
図２Ｂを参照する。別の実施形態では、太陽電池パネル１０は、光電池４０中に存在する光がアルゴン・ガスを通過してからＩＲ光電池５０に入るように光電池４０とＩＲ光電池５０の間にアルゴン・ガスを配置する構造を使用することができる。ある特定の実施形態は、アルゴン・ガスを収容するチャンバ７０を使用する。光電池４０とＩＲ光電池５０は、両方とも、全面的または部分的にチャンバ７０内に配置することができ、かつ／またはチャンバ７０の一部を形成することができる。例えば、光電池４０及びＩＲ光電池５０は、任意選択的に、それぞれ、ガラス基板６０を含むこともでき、また、光電池４０のガラス基板６０は、チャンバ７０の頂部または底部としての役割を果たすことができ、そのとき、ＩＲ光電池５０のガラス基板６０もチャンバ７０の頂部または底部の役割を果たす。主題発明の特定の実施形態による太陽電池パネル１０は、入射太陽光２０が光電池４０とＩＲ光電池５０の両方に入射し、かつ、太陽光２０の少なくとも一部が光電池４０により吸収され、また、太陽光２０の少なくとも一部がＩＲ光電池５０により吸収されるように構成することができる。かかる構成を図２Ａ及び２Ｂに示す。この場合、太陽光２０は光電池４０に入射し、かつ、（オプションの）ガラス基板６０（図２Ａ）またはアルゴン・ガス（図２Ｂ）を通過した後にＩＲ光電池５０に入射する。
【００２７】
電極層３０は、図２Ａ及び２Ｂで透明として表示されているが、実施形態はそれのみに限られない。即ち、各電極層３０は、少なくとも可視光線の一部及び／または少なくともＩＲ光の一部に対して透明とすることができるが、少なくとも可視光線の一部及び／または少なくともＩＲ光の一部に対して不透明とすることもできる。
【００２８】
１つの実施形態では、光電池４０の頂部電極３０は陽極または陰極とすることができ、かつ、少なくとも可視光線の一部及び少なくともＩＲ光の一部に対して透明である。光電池４０の底側電極３０は陽極または陰極とすることができ、かつ、少なくともＩＲ光の一部に対して透明であり、また、少なくとも可視光線の一部に対して透明とすることができる。ＩＲ光電池５０の頂部電極３０は陽極または陰極とすることができ、かつ、少なくともＩＲ光の一部に対して透明であり、また、少なくとも可視光線の一部に対して透明とすることができる。ＩＲ光電池５０の底側電極３０は陽極または陰極とすることができ、かつ、少なくともＩＲ光の一部に対して透明とすることができ、また、少なくとも可視光線の一部に対して透明とすることができる。
【００２９】
ある実施形態では、太陽電池パネル１０は、光がＩＲ光電池５０の底側電極３０に入射するように「逆さま」モードで動作させることができる。特定の実施形態では、ＩＲ光電池５０の底側電極３０は陽極または陰極とすることができ、少なくとも可視光の一部及び少なくともＩＲ光の一部に対して透明である。ＩＲ光電池５０の頂部電極３０は陽極または陰極とすることができ、少なくとも可視の一部に対して透明であり、かつ、少なくともＩＲ光の一部に対して透明とすることができる。光電池４０の底側電極３０は陽極または陰極とすることができ、少なくとも可視光の一部に対して透明であり、少なくともＩＲ光の一部に対して透明とすることができる。光電池４０の頂部電極３０は陽極または陰極とすることができ、少なくともＩＲ光の一部に対して透明とすることができ、また、少なくとも可視光の一部に対して透明とすることができる。
【００３０】
多くの実施形態において、太陽電池パネル１０は、光が光電池４０の入力表面に入射するように構成できる。この光は光電池４０を通過して第１光電池４０の出力表面から出てＩＲ光電池５０の入力表面に入射し、ＩＲ光電池５０に入る。別の実施形態では、太陽電池パネル１０は、光が光電池５０の入力表面に入射するように構成できる。この光は光電池５０を通過してＩＲ光電池５０の出力表面から出て光電池４０の入力表面に入射し、光電池４０に入る。
【００３１】
主題発明の１つの実施形態では、太陽エネルギーを収集・蓄積する方法は、太陽光が太陽電池パネルに入るように太陽電池パネルを配置することを含み得る。この場合、この太陽電池パネルは、以下を含む：光電池（この光電池は、可視範囲の波長をもつ光子に対する感度をもつ）及び赤外線光電池（この赤外線光電池は、１μｍより長い波長をもつ光子に対する感度をもつ）。この太陽電池パネルについて、図２Ａ及び２Ｂに関連してこの出願において記述することができる。多くの実施形態において、光電池は、１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたない。例えば、光電池は、可視範囲の光子に対して感度をもつことができる。１つの実施形態では、光電池は、約４００ｎｍから約８５０ｎｍの波長をもつ光子に対して感度をもつことができる。
【００３２】
多くの実施形態において、光電池４０の入力表面に入射する光は、光電池４０を通過して第１光電池４０の出力表面から出ることができ、次にＩＲ光電池５０の入力表面に入射してＩＲ光電池５０に入ることができる。別の実施形態では、ＩＲ電池５０の入力表面に入射する光は、ＩＲ光電池５０を通過してＩＲ光電池５０の出力表面から出ることができ、次に光電池４０の入力表面に入射して光電池４０に入ることができる。
【００３３】
太陽電池パネルのＩＲ電池は、少なくとも、例えば、１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもつことができる。１つの実施形態では、ＩＲ光電池は、２５００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。別の実施形態では、ＩＲ光電池は、約２０００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。更に、別のＩＲ光電池は、２０００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。更に別の実施形態では、ＩＲ光電池は、約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲の波長をもつ光子に対して感度をもつ。
【００３４】
ある実施形態では、ＩＲ光電池は、量子ドットを含むＩＲ感知層を含み得る。この量子ドットは、例えば、ＰｂＳまたはＰｂＳｅ量子ドットとすることができるが、実施形態はそれらのみには限られない。
【００３５】
主題発明の太陽電池パネルは、入射太陽光が光電池とＩＲ光電池両方に入射し、太陽光の少なくとも一部が光電池により吸収され、かつ、太陽光の少なくとも一部がＩＲ光電池により吸収されるように、構成することができる。
【００３６】
主題発明は、太陽電池パネルを形成する方法にも関する。一つの実施形態では、太陽電池パネルを製造する方法は、以下のステップを包含できる：光電池を形成するステップ（この場合、この光電池は、可視範囲の波長をもつ光子に感度をもつ）、赤外線光電池を形成するステップ（この場合、赤外線光電池は、１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもつ）、及び光電池と赤外線電池を結合するステップ。
【００３７】
光電池及びＩＲ光電池について、図２Ａ及び２Ｂを参照してこの出願において記述することができる。多くの実施形態において、光電池は、１μｍより長い波長をもつ光子に対して感度をもたない。例えば、光電池は、可視範囲の光子に対して感度を持ち得るが、１μｍより長い波長をもつ光子に対しては感度をもたない。１つの実施形態では、光電池は、約４００ｎｍ〜約８５０ｎｍの波長をもつ光子に対して感度を持ち得るが、約４００ｎｍ未満または約８５０ｎｍを超える波長をもつ光子に対しては感度を持ち得ない。
【００３８】
太陽電池パネルのＩＲ電池は、少なくとも、例えば１μｍより長い波長をもつ光子に対しても感度をもつことができる。１つの実施形態では、ＩＲ光電池は、２５００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。別の実施形態では、ＩＲ光電池は、約２０００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。別の実施形態では、ＩＲ光電池は、２０００ｎｍ以下の波長をもつ光子に対して感度をもつ。更に別の実施形態では、ＩＲ光電池は、約８５０ｎｍから約２０００ｎｍの範囲の波長をもつ光子に対して感度をもつ。
【００３９】
ある実施形態では、ＩＲ光電池は、量子ドットを含むＩＲ感知層を含むことができる。量子ドットは、例えば、ＰｂＳまたはＰｂＳｅ量子ドットとすることができるが、実施形態はそれらのみには限られない。
【００４０】
主題発明による太陽電池パネルを形成する方法は、入射太陽光が光電池とＩＲ光電池両方に入射するように（即ち、太陽光の少なくとも一部が光電池により吸収され、また、太陽光の少なくとも一部がＩＲ光電池により吸収されるように）太陽電池パネルを構成することにより、実行することができる。
【００４１】
多くの実施形態において、太陽電池パネルを形成する方法は、光電池４０の入射表面に入射する光が光電池４０を通過して第１光電池の出力表面から出ることができ、次にＩＲ光電池５０の入力表面に入射してＩＲ光電池５０に入ることができる結果を得るように、実行することができる。別の実施形態では、太陽電池パネルを形成する方法は、ＩＲ光電池５０の入射表面に入射する光がＩＲ光電池５０を通過してＩＲ光電池の出力表面から出ることができ、次に光電池４０の入力表面に入射して光電池４０に入ることができる結果を得るように、実行することができる。
【００４２】
１つの実施形態では、太陽電池パネルを形成する方法は、ＩＲ光電池をガラス基板上に製造するステップ及び次にこのガラス基板を光電池と結合するステップを含むことができる。この方法は、更に、光電池をガラス基板上に形成し、この光電池のガラス基板にＩＲ電池のガラス基板を結合するステップも含むことができる。
【００４３】
更に別の実施形態では、ＩＲ光電池を光学的に透明なプラスチック・フィルム上に被覆し、次にこの光学的に透明なプラスチック・フィルムを光電池上に積層することもできる。
【００４４】
更に別の実施形態では、太陽電池パネルを形成する方法は、光電池から出てくる光がガスを通過してからＩＲ光電池に入るようにアルゴン・ガスのようなガスを光電池とＩＲ光電池の間に配置する構造を使用して太陽電池パネルを形成するステップを含むことができる。このガスは、例えば、アルゴン・ガスとすることができるが、実施形態はそれのみには限られない。特定の実施形態は、ガス（例えばアルゴン・ガス）を収容するチャンバを形成するステップを含むことができる。光電池４０及びＩＲ光電池５０は、両方とも、部分的または全面的にチャンバ７０内に配置することができ、かつ／またはチャンバ７０の一部を形成することができる。ある実施形態では、ＩＲ光電池をガラス基板上に製造し、光電池を別のガラス基板上に製造し、更にチャンバの壁を形成し、続いてＩＲ光電池及び光電池をチャンバ壁に接触させて図２Ｂに示すようにガラス基板がチャンバの頂部と底部を形成する方法が可能である。
【００４５】
ＩＲ光検知器の製造は、米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書（２０１０年１１月２３日提出）の優先権を主張する上記で参照した米国特許出願第１３／２７２，９９５号明細書（２０１１年１０月１３日提出）において記述され、及び／または米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書（２０１０年１１月２３日提出）において記述されているが、ここでも再び詳しく、それについて述べることとする。
【００４６】
米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書（２０１０年１１月２３日提出）の優先権を主張する米国特許出願第１３／２７２，９９５号明細書（２０１１年１０月１３日提出）及び／または米国仮特許出願第６１／４１６，６３０号明細書（２０１０年１１月２３日提出）は、センサー用及びアップコンバージョン装置用の高検出能赤外光検知器について記述している。暗電流が支配的雑音要因である場合、検出能は、次の式（１）により表すことができる。
Ｄ＊  ＝  Ｒ／（２ｑＪｄ）１／２      （１）
ここでＲは応答度、Ｊｄは暗電流密度、ｑは素電荷（１．６  ｘ  １０−１９Ｃ）である。最適検出能をもつ光検知器を実現するためには、非常に低い暗電流濃度が必要である。本発明の実施形態による光検知器は、深い最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）をもつ正孔遮断層（ＨＢＬ）及び高い最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）をもつ電子遮断層（ＥＢＬ）を含んでいる。ここで、ＥＢＬは、ＩＲ光検知層の陽極接面上に位置し、また、ＨＢＬは、陰極接面上に位置している。これらの層の厚さは、約２０ｎｍ〜約５００ｎｍであり、電極間の全般的な間隔は５μｍ未満である。本発明の実施形態によるＩＲ光検知器は、５Ｖ未満の印加電圧における高い検出能を可能にする。
【００４７】
ＩＲ光検知層は、有機物または有機金属を含む材料または無機材料とすることができる。この材料は、近ＩＲ（７００〜１４００ｎｍ）を超えて、例えば、１８００ｎｍ、２０００ｎｍ、２５００ｎｍまたはそれ以上の波長に広がるＩＲの大部分を吸収することができる。有機または有機金属を含む材料の典型的な例は、以下を含む：ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−３，４，９，１０−二無水物（ＰＣＴＤＡ）、スズ（ＩＩ）フタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、アルミニウム塩化フタロシアニン（ＡｌＰｃＣｌ）、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、チタニル・フタロシアニン（ＴｉＯＰｃ）、及びＴｉＯＰｃ：Ｃ６０。光検知層として使用される無機材料は、以下を含む：ＰｂＳｅ量子ドット（ＱＤ）、ＰｂＳ  ＱＤ、ＰｂＳｅ薄膜、ＰｂＳ薄膜、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＧａＡｓ。
【００４８】
ＨＢＬは、以下を含むがそれらに限られない有機または有機金属含有材料とすることができる：２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、ｐ-ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、４，７−ジフェニル−ｌ，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、トリス−（８−ヒドロキシ・キノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールベンゼン（ｍＣＰ），Ｃ６０、及びトリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）。別案として、ＨＢＬは、ＺｎＯまたはＴｉＯ２の薄膜またはナノ粒子を含むがそれらに限られない無機材料とすることもできる。
【００４９】
ＥＢＬは、例えば以下を含むがそれらに限られない有機材料とすることができる：ポリ（９，９ジオクチル−フルオレン−ｃｏ−Ｎ（４ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）、１，１−ビス［（ジ−４−トリアミノ酸）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’（２−ナフチル）−（１，１’−フェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）、ポリ−Ｎ，Ｎ’−ビス−４−ブチルフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス−フェニルベンジジン（ポリＴＰＤ）、またはポリスチレン−Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス（４−ｎ−ブチルフェニル）−（１，１０−ビフェニル）−４，４−ジアミン−ペルフルオロシクロブタン（ＰＳ−ＴＰＤ−ＰＦＣＢ）。
【００５０】
光検知器は、遮断層即ちＥＢＬとしてのポリＴＰＤ、ＨＢＬとしてのＺｎＯナノ粒子なしのもの、及び、それぞれ、ＥＢＬ及びＨＢＬとしてのポリＴＰＤ及びＺｎＯナノ粒子ありのものが作成された。この場合のＩＲ光感知層は、ＰｂＳｅナノ結晶を含んでいた。この光検知器の暗電流−電圧（Ｊ−Ｖ）プロットは、ＥＢＬ及びＨＢＬをもつ光検知器の場合、遮断層なしの光検知器から３桁を超える大きさで低減した。両方の遮断層をもつ光検知器は、ＩＲ及び９５０ｎｍ未満の可視波長にかけて１０１１ジョーンズを超える検出能を示す。
【００５１】
無機ナノ粒子光検知器も遮断層なしのもの、及びＥＢＬ層及びＨＢＬ層ありのものが構築された。この光検知器は、種々のＨＢＬ（ＢＣＰ、Ｃ６０、またはＺｎＯ）、ＥＢＬ（ＴＦＢまたはポリＴＰＤ）を含み、また、ＰｂＳｅ量子ドットはＩＲ光感知層を含んでいた。低減の大きさは異なっているが、光検知器を含むＰｂＳｅ上にＥＢＬ及びＨＢＬを配置することにより、低い印加電圧において暗電流の相当な低減がもたらされる。
【００５２】
この出願において参照または引用されたすべての特許、特許出願、仮出願及び公示は、それらがこの明細書の明示教示に矛盾しない範囲において、すべての図面及び表を含めて参照により全面的に含まれる。
【００５３】
当然のことながら、本出願において記述された例示及び実施形態は、もっぱら説明のためであり、また、それを考慮した種々の改造または変更が当業者に示唆されるであろうが、それらはこの出願の精神及び範囲の中に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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