(57)【要約】【課題】有機光起電（「ＰＶ」）装置を提供する。【解決手段】本有機光起電（「ＰＶ」）装置は、直列に接続されて大面積をカバーした複数の有機ＰＶセルを含む。本有機ＰＶ装置は、随意的に各有機ＰＶセルに並列に接続された電気回路要素を有する。本有機ＰＶ装置は、セルの１つにおいて短絡が生じるか又は電気的中断が発生した時でさえも、継続的な作動を可能にする。本装置は、１つの装置内に幾つかの連続層を形成するのを可能にするシャドウマスクを使用して都合良く製造される。【選択図】      図３
2007522656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の有機光起電セル（１２）を含む有機光起電装置（１０）であって、前記有機光起電セル（１２）の各々が、
第１の電極（１６）と、
第２の電極（１４）と、
互いに隣接して接合部を形成するように配置された少なくとも第１及び第２の有機半導体材料と、を含み、
前記第１の有機半導体材料（１７）が電子ドナー材料であり、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子アクセプタ材料であり、また前記有機半導体材料が、前記第１及び第２の電極間に配置され、
１つの光起電セルの前記第１の電極が、隣接する光起電セルの前記第２の電極に電気的に接続される、
有機光起電装置（１０）。
【請求項２】
前記有機光起電セル（１２）に並列に接続された回路要素(３０)をさらに含み、前記回路要素が、抵抗、ダイオード、バリスタ及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載の有機光起電装置（１０）。
【請求項３】
前記第１の電極（１６）が、実質的に透明な金属及び導電性酸化物からなる群から選択された材料を含むアノードである、請求項１記載の有機光起電装置（１０）。
【請求項４】
前記電子ドナー材料（１７）が、無金属フタロシアニン；銅、亜鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、鉛、鉄、アルミニウム、インジウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、セリウム、プラセオジム、ランタン、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムを含むフタロシアニン顔料；キナクリドン顔料；インジゴ及びチオインジゴ顔料；メロシアニン化合物；シアニン化合物；スクアリリウム化合物；ヒドラゾン；ピラゾリン；トリフェニルメタン；トリフェニルアミン；ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリ（フェニレン  ビニレン）、ポリ（チエニレン  ビニレン）、ポリ（イソチアナフタレン）のような共役導電性ポリマー；及びポリ（シラン）からなる群から選択される、請求項１記載の有機光起電装置（１０）。
【請求項５】
前記電子アクセプタ材料（１５）が、ペリレンテトラカルボキシジイミド、ペリレンテトラカルボキシジイミダゾール、アントラキノンアクリドン顔料、多環式キノン、ナフタレンテトラカルボキシジイミダゾール、ＣＮ−基又はＣＦ３−基置換ポリ（フェニレン  ビニレン）及びバックミンスターフラーレンからなる群から選択される、請求項１記載の有機光起電装置（１０）。
【請求項６】
直列に接続された複数の有機光起電セル（１２）を含む有機光起電装置（１０）を製造する方法であって、該方法が、前記複数の有機光起電セル（１２）を形成する段階を含み、前記有機光起電セルの各々を形成する段階が、
第１の電極（１６）を形成する段階と、
前記第１の電極（１６）上に第１の有機半導体材料（１７）を配置する段階と、
前記第１の有機半導体材料（１７）上に第２の有機半導体材料（１５）を、該半導体材料間に接合部を形成するように配置する段階と、
前記第１の有機半導体材料（１７）が電子ドナーである時には、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子アクセプタであり、また前記第１の有機半導体材料（１７）が電子アクセプタである時には、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子ドナーであるという条件付きで、前記第２の有機半導体材料（１５）上に第２の電極（１４）を配置する段階と、を含み、
前記第２の電極（１４）を配置する段階が、該第２の電極が隣接する光起電セル（１２）の前記第１の電極(１６)と電気的接触を形成するように行われる、
方法。
【請求項７】
直列に接続された複数の有機光起電セル（１２）を含む有機光起電装置（１０）を製造する方法であって、該方法が、
（ａ）前記複数の有機光起電セル（１２）を形成する段階を含み、前記有機光起電セルの各々を形成する段階が、
（ｉ）第１の電極（１６）を形成する段階と、
（ｉｉ）前記第１の電極上に第１の有機半導体材料（１７）を配置する段階と、
（ｉｉｉ）前記第１の有機半導体材料（１７）上に第２の有機半導体材料（１５）を、該半導体材料間に接合部を形成するように配置する段階と、
（ｉｖ）前記第１の有機半導体材料（１７）が電子ドナーである時には、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子アクセプタであり、また前記第１の有機半導体材料（１７）が電子アクセプタである時には、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子ドナーであるという条件付きで、前記第２の有機半導体材料（１５）上に第２の電極（１４）を配置する段階と、
を含み、該方法がさらに、
（ｂ）有機光起電セル（１２）の前記第１の電極（１６）と隣接する有機光起電セルの前記第２の電極（１４）との間に電気的接続部（１８）を形成する段階を含む、
方法。
【請求項８】
前記第１の有機半導体材料（１７）を堆積する段階及び前記第２の有機半導体材料（１５）を堆積する段階が、真空蒸着法、スピンコーティング法、溶射法及びインクジェット印刷法からなる群から単独に選択される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第２の電極（１４）を堆積する段階が、物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法及び電気メッキ法からなる群から選択される、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
電位を生成する方法であって、
（ａ）直列に接続された複数の有機光起電セル（１２）の群を形成する段階を含み、前記有機光起電セルの各々が、
（ｉ）第１の電極（１６）と、
（ｉｉ）第２の電極（１４）と、
（ｉｉｉ）互いに隣接して接合部を形成するように配置された少なくとも第１及び第２の有機半導体材料と、を含み、
前記第１の有機半導体材料（１７）が電子ドナー材料であり、前記第２の有機半導体材料（１５）が電子アクセプタ材料であり、前記有機半導体材料が、前記第１及び第２の電極間に配置され、
１つの光起電セル（１２）の前記第１の電極（１６）が、隣接する光起電セル（１２）の前記第２の電極（１４）に電気的に接続され、該方法がさらに、
（ｂ）前記複数の有機光起電セル（１２）の少なくとも表面に電磁（「ＥＭ」）放射線を供給する段階と、
（ｃ）前記群内の最初の光起電セル（１２）の第１の電極と前記群内の最後の光起電セル（１２）の第２の電極との間で電位を取得する段階と、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光吸収フォトニック装置に関する。具体的には、本発明は、大面積を有する光起電（「ＰＶ」）装置及びそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＰＶ装置は、フォトンの吸収後に形成される電子−正孔対の分離に基づいている。一般的に、電荷の分離には、電場が必要となる。電場は、金属−半導体境界面に固有電位が存在するショトキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接触により、又はｐ型及びｎ型半導体材料間のｐ−ｎ接合により発生させることができる。それらの装置は通常、単結晶、多結晶又はアモルファス構造を有することができる無機半導体、特にシリコンで製造される。シリコンは一般的に、その比較的高いフォトン変換効率の故に選択される。しかしながら、シリコン法は、関連する高いコスト及び複雑な製造プロセスを有し、それらが生成する電力に比較して装置を高価なものにする。
【０００３】
有機半導体材料でなされた進歩の結果として、最近では、活性半導体有機材料に基づいた有機ＰＶ装置がより大きな関心を集めるようになってきた。これらの材料は、初期の有機ＰＶ装置では達成されなかったようなより優れた効率が見込まれる。一般的に、有機ＰＶ装置の活性構成要素は、互いに接触した状態で配置された少なくとも２つの有機半導体材料の層を含む。第１の有機半導体材料は、電子アクセプタであり、また第２の有機半導体材料は、電子ドナーである。電子アクセプタは、該電子アクセプタのより高い電子親和性に起因して別の隣接する材料から電子を受容することができる材料である。電子ドナーは、該電子ドナーのより低いイオン化電位に起因して隣接する材料から正孔を受容することができる材料である。有機光伝導性材料のフォトン吸収により、結合電子−正孔対の形成が生じ、この結合電子−正孔対は、電荷収集が起こり得る前に分離されなくてはならない。分離した電子及び正孔は、そのそれぞれのアクセプタ（半導体材料）を通って進行し、対向する電極において収集される。
【０００４】
ＰＶ装置により実用的なエネルギー源を得るためには、大量の太陽光を捕捉するのに、大面積の装置が必要となる。しかしながら、大面積の無欠陥ＰＶ装置の製造は、困難な課題である。一般的に、短絡を放置した装置のような装置の製造における欠陥は、装置全体を動作不能にしかつ無用なものにすることになる。
【特許文献１】米国特許第６，５５９，３７５Ｂ１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０４２８４６Ａ１号公報
【特許文献３】日本特許公開第５９／１１５５７６Ａ号公報
【非特許文献１】TOMAS MARKVART: "Solar Electricity" 1994, JOHN WILEY AND SONS, CHICHESTER UK, XP002300585 page 84 - page 85
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、大面積をカバーするが、製造欠陥に対してより大きな耐性を有するＰＶ装置を提供することは、非常に望ましい。また、製造当初の装置内に微視的な短絡が存在する時でさえも、作動し続けかつ電気エネルギーを生成する大面積ＰＶ装置を提供することは、非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、大面積をカバーする有機ＰＶ装置を提供する。本有機ＰＶ装置は、電気的に直列に接続された複数の有機ＰＶセルを含む。
【０００７】
本発明の１つの態様によると、有機ＰＶセルは、少なくとも１つの有機電子アクセプタと、少なくとも１つの有機電子ドナーとを含む。有機電子アクセプタ及び有機電子ドナーは、互いに隣接して接合部を形成するように配置され、共に１対の電極、すなわちカソード及びアノード間に挟まれる。１つの有機ＰＶセルのカソードは、隣接する有機ＰＶセルのアノードに電気的に接続される。
【０００８】
本発明の別の態様によると、電気的バイパスのための経路を形成することができる電気回路要素が、有機ＰＶセルの各々に並列に接続される。
【０００９】
本発明の別の態様によると、大面積ＰＶ装置を製造する方法を提供する。本方法は、（ａ）その各々が１対の第１及び第２の電極間に配置された少なくとも２つの有機半導体材料を含む複数の有機ＰＶセルを基板上に形成する段階と、（ｂ）１つのセルの第１の電極と隣接するセルの第２の電極との間に電気的接触を形成する段階とを含む。上記の複数の有機ＰＶセルを形成する段階は、（１）基板上に複数の別個の第１の電極を形成する段階と、（２）第１の電極の各々上に第１の有機半導体材料の第１の層を、該第１の層の各々が他の第１の層から分離されるように配置する段階と、（３）第１の層の各々上に第２の有機半導体材料の第２の層を、第１及び第２の有機半導体材料が電子アクセプタ及び電子ドナーの接合部を形成するように配置する段階と、（４）第２の有機半導体材料の層の各々上に第２の電極を配置する段階とを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によると、大面積ＰＶ装置を製造する方法は、（ａ）その各々が１対の第１及び第２の電極間に配置された少なくとも２つの有機半導体材料を含む複数の分離した有機ＰＶセルを形成する段階と、（ｂ）基板上に複数の分離した有機ＰＶセルを配置する段階と、（ｃ）１つのセルの第１の電極と隣接する別のセルの第２の電極との間に電気的接触を形成する段階とを含む。上記の分離した有機ＰＶセルを形成する段階は、（１）第１の電極層を形成する段階と、（２）第１の電極層上に第１の有機半導体材料を配置する段階と、（３）第１の有機半導体材料上に第２の有機半導体材料を配置する段階と、（４）第２の有機半導体材料上に第２の電極層を配置する段階とを含む。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の詳細な説明及び同一の符号が同様の要素を示す添付の図面を精読することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるＰＶ装置を示す。図面内に示す要素は、正確な尺度で描いていないことを理解されたい。図１のＰＶ装置１０は、直列に接続されかつ大面積をカバーするように配置された複数の有機ＰＶセル１２を含む。「大面積」という用語は、約１００ｃｍ２よりも大きい面積を意味する。例えば、図１は、６つの有機ＰＶセル１２を示す。しかしながら、有機ＰＶセルの数は、所望に応じて全てのセルが直列に接続された状態で使用可能な面積をカバーするように選択することができる。有機ＰＶセルの数はまた、所望に応じて出力電位Ｖを供給するように選択することができる。
【００１３】
個々の有機ＰＶセル１２の各々は、アノード１４とカソード１６とを有する。有機ＰＶセル１２は、直列の構成で、例えば図１に示すようにアノード１４からカソード１６まで電気的に接続される。このことに関して、それぞれのアノード及びカソードは、図１に示すように相互接続配線１８を介して電気的に接続することができる。各有機ＰＶセル１２は、フォトンエネルギーを吸収しかつそのアノード１４及びカソード１６間に電位を生成することができる。複数の有機ＰＶセル１２からの出力電位Ｖは、最初のセルのアノード１４に接続された導線２２と直列内の最後のセルのカソード１６に接続された導線２４との間の符号２０の位置において使用できる。出力電位Ｖは、個々のセル１２の全てによって生成された総合電位である。
【００１４】
さらに、その各々が直列に接続された複数のＰＶセルを含む幾つかのＰＶセルの群は、直列として又は並列として又はその組合せのようないずれかの所望の構成として共に結合して、所望の電位を有する全体で機能するＰＶ装置を形成することができる。
【００１５】
図２は、直列に接続されかつ基板１５０上に配置された複数の有機ＰＶセル１２の側面図を示す。基板１５０は、ガラス、セラミック、木材、紙又はポリマー材料のようないずれの非導電性材料とすることができる。ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エチレンテレフタレート）（「ＰＥＴ」）、ポリイミド、ポリエチルイミド又はシリコーンのようなポリマー材料が、好適である。カソード１６は、その各々が他のカソードから分離された状態で基板１５０上に形成される。有機半導体電子アクセプタ材料の層１５は、その後の電気的接続のためにカソード１６の一部を露出させた状態にして、カソード１６上に配置される。有機半導体電子ドナー材料の層１７は、層１５上に配置される。アノード層１４は、層１７上に配置される。高導電性材料を含む電気的接続部１８は、１つの有機ＰＶセル１２のカソード１６を別の隣接する有機ＰＶセルのアノード１４に接続するように形成される。それに代えて、別個の電気的接続部１８は、図３に示すように、ＰＶセル１２のアノード１４を隣接するＰＶセルのカソード１６まで延長することによって排除することができる。電極１４及び１６の役割は逆にすることができることを理解されたい。換言すれば、電極１４はアノードとすることができ、また電極１６はカソードとすることができる。このケースでは、層１５が電子アクセプタ層であり、また層１７が電子ドナー層である。ＰＶセル１２の群はさらに、実質的に透明な保護バリヤ皮膜によって保護することができる。「実質的に透明な」という用語は、入射電磁（「ＥＭ」）放射線の少なくとも８０パーセント、好ましくは少なくとも９０パーセント、より好ましくは少なくとも９５パーセントが約１０度よりも小さい入射角で約０．５ミクロンの厚さを有する薄膜を貫通するのを可能にすることを意味する。「電磁放射線」という用語は、約１００ｎｍから約１ｍｍまでのような紫外線（「ＵＶ」）から赤外線（「ＩＲ」）までの範囲の波長を有する電磁放射線を意味する。有機半導体材料は、太陽光の波長範囲において強力に吸収するのが好ましい。ＰＶ装置の要素の各々に好適な材料は、以下で開示する。
【００１６】
有機半導体層１５及び１７内で吸収されたフォトンは、励起した電子−正孔対（すなわち、エキシトン）を生成し、この励起電子−正孔対は、層１５及び１７間の接合部に移動し、そこで励起電子−正孔対は、自由電子及び正孔に解離して、それら自由電子及び正孔は、それぞれの電極に移動して収集される。エキシトンの寿命及び拡散距離は、有機半導体材料の性質に応じて決まるが、一般的には非常に短い。エキシトンの拡散距離は、約１０ｎｍのオーダであると推定されてきた。層１５及び１７の厚さは理想的には、拡散距離よりも大幅に大きくなく、好ましくは約１００ｎｍよりも小さいものであるべきある。しかしながら、層１５及び１７の厚さが減少するにつれて、有機半導体層内の欠陥を通しての短絡の確率が増大する。加えて、セルの表面積が増大するにつれて、セル内に欠陥を生じる確率もまた増大する。そのような欠陥は、例えばピンホール、擦過傷、裂け目、導電性不純物等の形態である可能性がある。そのような欠陥がそのような薄い有機層内に存在する場合には、欠陥を通しての電極１４及び１６間の短絡が、容易に発生する可能性がある。そのような短絡は、電荷が優先的に欠陥を通して流れることになり、電荷分離が発生しなくなるので、セル１２を動作不能にする。従って、その表面積がエネルギー要件を満たすようになったただ１つの大型ＰＶセルから構成されたＰＶ装置が欠陥を有する場合には、装置全体がエネルギーを生成しないことになる。これと対照的に、直列に接続された複数のＰＶセルを含む本発明のＰＶ装置は、そのような結果を回避する。たとえ１つ又はそれ以上のＰＶセルが短絡を有する場合でも、残存セルが、依然として作動可能であり、電気エネルギーを生成する。
【００１７】
それに代えて、電極１６はアノードとすることができ、また電極１４はカソードとすることができる。このケースでは、層１７は電子アクセプタ材料を含み、また層１５は電子ドナー材料を含む。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、各有機ＰＶセルはさらに、電極への電荷の輸送を強化する１つ又はそれ以上の層を含む。例えば、電子輸送の層は、カソードと電子アクセプタ材料の層との間に配置することができる。電子輸送に好適な材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムのような８−ヒドロキシキノリンの金属有機錯体、スチルベン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、金属チオキシノイド化合物、オキサジアゾール誘導体及び金属キレート、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノサリン誘導体、ジフェニールキノン誘導体、ニトロ基置換フッ素誘導体、及びトリアジンである。正孔輸送材料の層は、アノードと電子ドナー層との間に配置することができる。正孔輸送に好適な材料は、トリアリールジアミン、テトラフェニルジアミン、芳香族第三アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、及びポリチオフェンである。電子及び正孔輸送材料は、マスクを使用して物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング法及び溶射法からなる群から選択された方法によって、下にある層上に堆積させることができる。
【００１９】
本発明の別の実施形態を図３に示す。ＰＶ装置１０は、直列に接続された複数の有機ＰＶセル１２を含む。各有機ＰＶセル１２は、上に開示した要素を含む。加えて、回路要素３０が、有機ＰＶセル１２に並列に接続される。回路要素３０は、有機ＰＶセルのアノード又はカソードのいずれかへ有機半導体層を通しての電荷の流れの中断が存在する時に、関連する有機ＰＶセルに対する電気的バイパスを形成する。そのような中断は、例えば、有機半導体層間、又は電極と隣接する有機半導体層との間のようなＰＶセル内の２つの隣接する層間に剥離が存在する時に、発生する可能性がある。そのような剥離は、例えば有機ＰＶセルの製造により又は有機ＰＶセルの長期使用により生じる欠陥である可能性がある。回路要素３０は、抵抗、ダイオード、バリスタ及びそれらの組合せからなる群から選択される。
【００２０】
その各々が直列に接続された複数の有機ＰＶセルを含むモジュールは、所望の大きな面積をカバーして太陽光からフォトンエネルギーを収集しかつ電気エネルギーを生成するように配置することができる。上に開示したポリマーの１つを含むポリマーフィルムのような可撓性基板上に有機ＰＶセルを取り付けるのが望ましい。次にモジュールは、あらゆる曲率の表面上に設置することができる。１つの実施形態では、モジュールは、建造物の屋上又は側壁上に設置することができる。
【００２１】
一般的に、電極は、ＰＶセルを横断する電場を誘起するために異なる仕事関数を有する材料で作られる。カソード１６は一般的に、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択された金属のような低い仕事関数を有する金属で作られる。カソード材料は、マスクを使用して物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法又は電気メッキ法によって基板１５０上に堆積させて、分離したカソード１６を形成することができる。これに代えて、金属薄膜は、基板１５０の全表面上に堆積させて、次に選択的にエッチングしてカソード１６のパターンを後に残すようにすることができる。別の実施形態として、基板上にネガパターンを形成して（例えば、フォトリソグラフィを使用して）、得られたパターンにメッキ処理を行ってカソード１６のパターンを形成する。一般的に、カソード１６の厚さは、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内にある。
【００２２】
アノード１４は一般的に、より高い仕事関数を有する導電性材料で作られる。入射ＥＭ放射線がアノード側上に衝突する１つの実施形態では、アノード１４は、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン及びそれらの混合物からなる群から選択された材料のような実質的に透明な材料で作られる。アノード１４は、マスクを使用して物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法又は電気メッキ法からなる群から選択された方法によって、下にある層上に堆積させることができる。これに代えて、基板上にネガパターンを形成して（例えば、フォトリソグラフィを使用して）、得られたパターンにメッキ処理を行ってアノード１４のパターンを形成する。薄い実質的に透明な金属の層もまた、好適である。そのような金属は、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択することができる。アノード１４の厚さは一般的に、約５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内にある。
【００２３】
層１５の好適な電子アクセプタ材料は、ペリレンテトラカルボキシジイミド、ペリレンテトラカルボキシジイミダゾール、アントラキノンアクリドン顔料、多環式キノン、ナフタレンテトラカルボキシジイミダゾール、ＣＮ−基又はＣＦ３−基置換ポリ（フェニレン  ビニレン）及びバックミンスターフラーレン（Ｃ６０）である。
【００２４】
層１７の好適な電子ドナー材料は、無金属フタロシアニン；銅、亜鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、鉛、鉄、アルミニウム、インジウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、セリウム、プラセオジム、ランタン、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムを含むフタロシアニン顔料；キナクリドン顔料；インジゴ及びチオインジゴ顔料；メロシアニン化合物；シアニン化合物；スクアリリウム化合物；ヒドラゾン；ピラゾリン；トリフェニルメタン；トリフェニルアミン；ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリ（フェニレン  ビニレン）、ポリ（チエニレン  ビニレン）、ポリ（イソチアナフタレン）のような共役導電性ポリマー；及びポリ（シラン）である。
【００２５】
層１５及び１７の厚さは一般的に、約５ｎｍ〜約３００ｎｍ、好ましくは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内にある。有機半導体材料は一般的に、真空蒸着法、スピンコーティング法、溶射法及びインクジェット印刷法からなる群から選択された方法によって、下にある層上に堆積される。真空蒸着法、スピンコーティング法及び溶射法は、マスクを使用して都合良く実施される。インクジェット印刷法は、材料を置く位置を制御するためのコンピュータ支援設計又はコンピュータ支援製造ソフトウエアを使用して実施することができる。それに代えて、全表面積上に有機半導体材料の薄膜を堆積させ、次にレーザアブレーション法を使用してパターニングして所望の位置に材料を後に残すようにする。所望の材料がポリマーである時には、最初にそのモノマーを堆積させ、次に重合させることができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、直列に接続された有機ＰＶセルの群は、群全体上に配置された保護バリヤ皮膜を設けることによって、環境内の反応種による侵食又は物理的損傷から保護することができる。そのような保護バリヤは、少なくとも有機材料及び無機材料の複数の交互層を含むことができる利点がある。例えば、ポリアクリレート、エポキシ、シリコーン、シリコーン機能化エポキシ、ポリカーボネート及びポリエステルからなる群から選択されたポリマーの層が、最初に群全体上に堆積される。ポリマーは、真空蒸着法、物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、注型法、スピンコーティング法、浸漬コーティング法及び溶射法からなる群から選択された方法によって堆積させることができる。次に無機材料層が、物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法及び電気メッキ法からなる群から選択された方法によってポリマー層上に堆積される。この層の好適な無機材料は、金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属酸化物及びそれらの混合物である。それに代えて、保護バリヤは、酸化種及び水蒸気のような反応性ガスの低い拡散係数を有するポリマーを含むことができる。
【００２７】
複数のＰＶセルを製造する方法の１つの実施形態では、連続層１６、１５、１７及び１４は、各々が特定の層に対して適切なパターンを与える一連のマスクを連続的に適用することによる堆積方法によって、形成することができる。好適な堆積方法の非限定的実施例には、物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング法、溶射コーティング法、注型法、スパッタリング法及び電子ビーム蒸着法がある。この方法は、堆積させる材料に適合するように選択される。それに代えて、ＰＶセルの層は、適用するマスクと、例えば切断、エッチング又はアブレーションによる選択的パターニングとの組合せによって形成することができる。
【００２８】
複数のＰＶセルを製造する方法の別の実施形態では、有機半導体材料の層１５及び１７並びにアノード層１４は、シャドウマスクを使用して連続的に形成される。図４は、そのような方法の段階を示す。最初に、上に開示した基板材料の１つを含む基板１５０が、段階（ａ）において準備される。基板１５０は、マスクを使用して物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法のような方法によってその上に形成された、複数の別個のかつ分離した第１の電極１６を有する。第１の電極材料の層は、基板１５０の全表面上に堆積させることができ、次にその層をエッチングして第１の電極パターンを形成する。段階（ｂ）において、複数の壁５０が、電極１６の端縁上及び端縁近傍に形成される。１つの壁５０は、各電極１６上に配置される。壁５０は、例えばスピンコーティングとフォトリソグラフィ処理ステップによるパターニングとによってネガティブワーキングフォトレジスト組成物で形成することができる。壁５０は、後続層の堆積のための影をもたらす。段階（ｃ）において、第１の半導体材料が、基板１５０の表面に対する法線に対する角度θ１で電極１６上に堆積されて、層１５を形成する。例えば、第１の電極１６がカソードである場合には、層１５は、電子アクセプタを含む。第１の電極１６がアノードである場合には、層１５は、電子ドナーを含む。段階（ｄ）において、第２の半導体材料が、角度θ２で層１５上に堆積されて、層１７を形成する。層１５が電子アクセプタを含む場合には、層１７は電子ドナーを含む。層１５が電子ドナーを含む場合には、層１７は電子アクセプタを含む。角度θ２は、角度θ１と同一又は角度θ１とは異なるものとすることができる。段階（ｅ）において、第２の電極材料が、角度θ３で層１７上に堆積されて、第２の電極１４を形成する。本明細書で開示するように壁５０のシャドウマスク効果を使用する堆積は、層１５、１７及び１４の形成における労力を低減する。ワークピースは所定の位置のままにして、堆積材料の供給源及び堆積角度を変化させることが必要なだけである。その後、壁５０は、例えばレーザアブレーション又はエッチングによって随意的に除去することができる。段階（ｆ）において、その各々がＰＶセルの第１の電極１６を隣接するＰＶセルの第２の電極１４に接続する相互接続部１８が、形成される。相互接続部１８は、マスクを使用して物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法のようないずれかの好適な方法によって形成することができる。
【００２９】
電極１６、壁５０、層１５、１７及び１４並びに相互接続部１８の各々は、基板１５０の第１の寸法を横断して延びるストリップとして形成することができる。堆積段階の全てが完了した後に、その上に形成された層を有する基板は、基板１５０の第２の寸法に切断して、直列に接続されたＰＶセルの群を形成することができる。
【００３０】
本明細書では様々な実施形態を説明してきたが、当業者はそれら実施形態において要素の様々な組合せ、変更、均等物又は改良を加えることができ、またそれらが依然として特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲内に属することは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】直列に接続された幾つかのＰＶセルを含むＰＶ装置を概略的に示す図。
【図２】直列に接続された幾つかのＰＶセルを含むＰＶ装置の実施形態の側面図。
【図３】回路要素が各ＰＶセルに並列に接続された、直列に接続された幾つかのＰＶセルを含むＰＶ装置を概略的に示す図。
【図４】直列に接続された幾つかのＰＶセルを含むＰＶ装置を製造する方法の段階を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  有機光起電（「ＰＶ」)装置
１２  有機ＰＶセル
１４  第２の電極
１５  第２の有機半導体材料
１６  第１の電極
１７  第１の有機半導体材料
１８  電気的接続部
２２、２４  導線
３０  回路要素
１５０  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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