(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積の有機ソーラーモジュールを製造できる製造方法を提供する。【解決手段】基板２５の上に底部ＥＥＬハイブリッドカソード電極２０を形成した後に、底部ＥＥＬハイブリッドカソード電極２０の上にＡＬ３５が形成され、ＡＬ３５の上に頂部ＨＥＬハイブリッドアノード電極１５が形成される。底部ＥＥＬハイブリッドカソード電極２０は、導電性ナノワイヤーと無機半導体材料の電子輸送材料との組み合わせを含み、頂部ＨＥＬハイブリッドアノード電極１５は、導電性ナノワイヤーと複合ポリマーのホール輸送材料との組み合わせを含む。【選択図】図１
2019004150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に支持された光起電力回路と、を備える有機光起電デバイスであって、
前記光起電力回路が３つの層を備え、
前記３つの層が、
電気伝導性ナノワイヤーと、正電荷を運ぶホール輸送及び／または電子ブロック材料と、の混合物から形成される第１のハイブリッド電極と、
電気伝導性ナノワイヤーと、負電荷を運ぶ電子輸送及び／またはホールブロック材料と、の混合物から形成される第２のハイブリッド電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された光活性層と、を備える、
有機光起電デバイス。
【請求項２】
前記第１のハイブリッド電極が実質的に透明であって、
前記ホール輸送及び／または電子ブロック材料が、ＰＥＤＯＴを含む複合ポリマーを備える、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項３】
前記第２のハイブリッド電極が実質的に透明であって、
前記電子輸送及び／またはホールブロック材料が、無機半導体材料を含む、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項４】
前記有機光活性材料が、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭの混合物である、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項５】
前記ホール輸送及び／または電子ブロック材料が無機金属酸化物を含む、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項６】
前記無機金属酸化物が、Ｎｉ、Ｗ、及びＭｏから選択される１つまたは複数の金属の酸化物を含む、
請求項５に記載の有機光起電デバイス。
【請求項７】
前記電子輸送及び／またはホールブロック材料が金属酸化物を含む、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項８】
前記金属酸化物が、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉから選択される１つまたは複数の金属の酸化物を含む、
請求項７に記載の有機光起電デバイス。
【請求項９】
前記金属酸化物にはＡｌまたはＳｂがドープされている、
請求項７に記載の有機光起電デバイス。
【請求項１０】
前記電子輸送及び／またはホールブロック材料が、有機ポリマーを含む、
請求項１に記載の有機光起電デバイス。
【請求項１１】
前記有機ポリマーが非共役のエトキシ化ポリエチレンイミンである、
請求項１０に記載の有機光起電デバイス。
【請求項１２】
実質的に透明な基板と、
前記基板に支持された光起電力回路と、を備える有機光起電デバイスであって、
前記光起電力回路が回路層の平面集積体を備え、
前記回路層の平面集積体は、
銀ナノワイヤーと、正電荷を運ぶ複合ポリマーと、の混合物から形成される第１のハイブリッド電極と、
銀ナノワイヤーと、無機半導体材料と、の混合物から形成され、負電荷を運ぶ第２のハイブリッド電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、無機光活性材料を含む混合物から形成される光活性層と、を主に備える、
有機光起電デバイス。
【請求項１３】
基板に積み重ねられた配列の中にハイブリッドカソード層を形成し、
前記ハイブリッドカソード層は導電性ナノワイヤーと電子輸送材料との組み合わせを含み、前記電子輸送材料が、電子を伝導してホールの流れを妨げる選択性を示しており、
前記ハイブリッドカソード層を形成した後に、前記基板と前記ハイブリッドカソード層を含む構造の上に光活性層を形成し、
前記光活性層を形成した後に、前記光活性層によって前記ハイブリッドカソード層から分離されたハイブリッドアノード層を形成し、
前記ハイブリッド電極層は導電性ナノワイヤーとホール輸送材料の組み合わせを含み、前記ホール輸送材料が、ホールを伝導して電子の流れを妨げる選択性を示している、
有機光起電デバイスを形成する方法。
【請求項１４】
前記ハイブリッドカソード層を形成するときに、銀ナノワイヤーと金属酸化物の混合物を含む組み合わせで前記基板の表面をコーティングする、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属酸化物がＡｌまたはＳｂでドープされている、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光活性層を形成するときに、有機光活性材料を含む混合物で前記ハイブリッドカソード層の表面をコーティングする、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記光活性材料が、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭを含む混合物を備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光活性材料が、無機ペロブスカイト材料、または有機材料と無機材料の両方の組み合わせを含むペロブスカイト材料を含む混合物を備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ハイブリッドアノード層を形成するときに、銀ナノワイヤーを含む混合物で前記光活性材料の表面をコーティングする、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物が、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む共役ポリマー混合物と組み合わせた前記銀ナノワイヤーを含む、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は一般に、２つのハイブリッド電極とそれらの間の光活性層とを含む３つの分離した層を有する光起電力回路を含む、有機光起電デバイス、及び有機光起電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光発電力技術で生成されるような再生可能エネルギーの需要は、将来大きく増大すると予想される。従来のシリコンベースの太陽電池(photovoltaics (ＰＶ))は、良好な電気出力特性を提供するが、大規模で実用的に実施するには高価すぎる。有機薄膜太陽電池(organic photovoltaics (ＯＰＶｓ))のような技術は、溶液からのロールツーロール製造によって達成可能な、そのようなデバイスの大規模製造のために有望である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＯＰＶｓを製造するための従来のプロセスは、広い領域にわたって許容できる欠陥およびナノメートルレンジの厚さを有する多層構造をコーティングすることの複雑さ、及びそのような層をパターン化することの不能性によって制限される。これらの問題は、デバイスに欠陥が形成される機会をもたらすデバイスの各層によって悪化し、デバイスを動作不能にする。このような問題は生成収率に大きな影響を及ぼし、ＯＰＶデバイスの処理ウィンドウ、とりわけ大面積モジュールの製造を狭める。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様によれば、本対象出願は、基板から形成された有機光起電デバイスと、２つのハイブリッド電極層を含む任意の３つ以下の層とを含む。ハイブリッド電極層はそれぞれ、銀ナノワイヤーを含む構成物から形成される。有機光起電デバイスは、基板と、基板によって支持される光起電力回路とを含む。光起電力回路は３つの層を備え、３つの層は、（ｉ）導電性ナノワイヤーと、正電荷を運ぶホール輸送及び／または電子ブロック材料と、の混合物から形成される第１のハイブリッド電極、（ｉｉ）導電性ナノワイヤーと、負電荷を運ぶ電子輸送及び／またはホールブロック材料と、の混合物から形成される第２のハイブリッド電極、及び（ｉｉｉ）前記第１のハイブリッド電極と前記第２のハイブリッド電極との間に配置された光活性層と、を備えるか、主要の要素とするか、要素とする。
【０００５】
前記第１のハイブリッド電極と前記基板の間、及び／または前記第２のハイブリッド電極と前記基板の間に設けられる中間の層は、なくてもよい。さらに、有機光起電デバイスは、例えば金属酸化物やＰＥＤＯＴのような混合材料を欠く個別のナノワイヤー含有電極を欠いていてもよい。言い換えれば、前記第１及び第２のハイブリッド電極の両方で、有機光起電デバイスの全ての電極を構成することができる。
【０００６】
しかしながら、いくつかの実施形態では、電極の一つは、例えばＰＥＤＯＴまたは金属酸化物が混合されていないナノワイヤー材料から形成することができる。そのような実施形態では、ＰＥＤＯＴまたは金属酸化物は、ナノワイヤー材料を含む層上にコートされた層として形成することができる。
【０００７】
他の態様によれば、本対象出願は、有機光起電デバイスを形成する方法を含む。この方法は、基板と積み重ねられた配列でハイブリッドカソード層を形成することを含む。ハイブリッドカソード層は、導電性ナノワイヤーと電子輸送材料との組み合わせから形成される。電子輸送材料は、電子を伝導し、ホールの流れを妨げる選択性を示す。ハイブリッドカソード層を形成した後、基板とハイブリッドカソード層を含む構造の上に光活性層が形成される。光活性層を形成した後、ハイブリッドアノード層が形成され、そして光活性層によってハイブリッドカソード層から分離される。ハイブリッド電極層は、導電性ナノワイヤーとホール輸送材料との組み合わせを含む。ホール輸送材料は、ホールを伝導し、電子の流れを妨げる選択性を示す。
【０００８】
上記の概要は、本明細書で論じるシステム及び／または方法のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化した要約を提示する。この概要は、本明細書で説明するシステム及び／または方法の広範な概要ではない。鍵となる／重要な要素を特定すること、またはそのようなシステム及び／または方法の範囲を叙述することを意図するものではない。その唯一の目的は、後で示される詳細な説明の前置きとして、いくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
開示される主題は、本明細書に詳細が記載され、及び本明細書の一部を形成する添付図面に図示されている、いくつかの部分及び部分の配置、実施例において、物理的な形態をとることができる。
【００１０】
【図１】図１は、基板上のハイブリッド電極を含む、３層に構成されたＯＰＶの実施例の部分図を示す。
【図２】図２は、電極／取り出し層二重層及びハイブリッド電極のＴ−Ｒｓｈグラフを示す。
【図３】図３は、基板上の４つの分離した層を備えるＯＰＶデバイスの、２つの例示的な実施例を示す。
【図４ａ】図４ａは、ＡＭ１．５の照度で測定した、ＰＥＤＯＴ：ＡｇＮＷ二重層およびＰＥＤＯＴ：ＡｇＮＷ混合物を備える太陽電池の電流密度−電圧カーブを示し、インセットはそれぞれのデバイスの暗い曲線(dark curves)である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａで示された６つのデバイスのそれぞれにまたがる２つのデバイス構造の、主要なデバイス性能パラメータのボックスプロットを示す。
【図５】図５は、基板の上の５つの分離した層を含むＯＰＶデバイスの、例示的な実施例を示す。
【図６】図６は、ＡＭ１．５の照度で測定した、３層構造及び５層構造の太陽電池の電流密度−電圧カーブを示し、インセットはそれぞれのデバイスの暗い曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書中で便宜上用いられている特定の用語は、開示された主題を限定するものではない。本明細書中で用いられる相対的な言語は、図面を参照して最もよく理解され、類似のあるいは同様の項目を分類するために類似の数詞が用いられる。さらに、図面において、いくつかの特徴は、いくらか概略的な形で示されていてもよい。
【００１２】
近年の間、再生可能エネルギー生成の需要増大に直面したことにより、光起電力技術の向上に大きな注目が向けられている。従来のシリコンの太陽電池(photovoltaics (ＰＶ))の更なる拡大が主に高い生成コストのために制限される一方、高価でない技術が現在の研究の焦点になっている。エネルギーコストを２５セント／Ｗｐ未満まで削減することを約束する技術の一つは、溶液からのロールツーロール製造によって達成可能な高スループット製造のための有機薄膜太陽電池(organic photovoltaics (ＯＰＶ))である。
【００１３】
しかしながら、このようなプロセスの発達は、広い領域にわたっての許容できる欠陥およびナノメートルレンジの厚さを有する多層構造をコーティングすることの複雑さや、その後これらの層をパターン化することの複雑さのせいで、挑戦的であると考えられている。これらの問題は、必要とされる全ての層を形成するためにプロセスがしばしば繰り返されなければいけない場合に悪化される。このことは生成収率に大きな影響を及ぼし、ＯＰＶデバイス、とりわけ大面積モジュールの製造の処理ウィンドウを狭める。
【００１４】
透明電極とそれぞれの電荷取り出し層の両方の役割を組み合わせることによって、製造プロセスを著しく単純化することができる。他の材料と混ぜることによって、または電荷取り出し層の導電性を改善することによって、ＯＰＶのための透明／半透明電荷選択電極を製造することができる。しかしながら、このような製造技術は単一の複合電極製造に限られると信じられており、一方、他の電極は熱的に蒸着されるか、取り出し／導体の組み合わせで形成される。このような技術のためには、少なくとも４つの分離した層が必要である。
【００１５】
本解決策は、製造技術、及び、例えば３つの分離した層のような、４つ未満の主要層を含む光起電力回路を備えるＯＰＶデバイスを含む。３つまでの層を一緒に積み重ね、互いに結びつけて光起電力回路の一部を形成することができる。３つの層は、任意に透明か部分的に透明であるガラスまたはその他の適切な基板の上に、任意に据え付けられるか、他の方法で形成され得る。そのような実施形態によれば、ＥＥハイブリッド電極、ＨＥハイブリッド電極、及び光活性層は、３つの層を形成することができる。一般に、本明細書に記載される光起電力回路は、積み重ねられた配列内の３つの分離した層を含んでもよい。光起電力回路の３層の実施形態は、以下のものを含むことができる：（ｉ）任意に実質的に透明であって、導電性ナノワイヤー(nanowire (ＮＷ))と、例えば正電荷を運ぶ有機及び／または無機のホール輸送／電子ブロック材料と、の混合物で形成される第１のハイブリッド電極；（ｉｉ）導電性ＮＷと、実質的に透明であって、高い電子モビリティを示し広いバンドギャップを有する電子輸送／ホールブロック材料と、の混合物の層で形成される第２のハイブリッド電極層；（ｉｉｉ）前記第１及び第２のハイブリッド電極の間に配置された光活性層。各層は任意に分離した個々の層として形成されることができ、予め蒸着され、コートされ、または他の方法で形成された下層の上に、分離したプロセスとしてコートされることができる。
【００１６】
構造は、本明細書中においては、光を受け取り、その光をハイブリッド電極によって出力される正及び負電荷に変換する光起電力回路を含むＯＰＶデバイスとして記述されるが、本開示はそれに限定されない。代替の実施形態によると、構造は、有機発光ダイオード(organic light emitting diodes (ＯＬＥＤ))として構成することができ、ＯＬＥＤは、ハイブリッド電極で正及び負電荷を受け取り、受け取った電荷を、ハイブリッド電極に注入された電荷によってエネルギーを与えられることに反応してＯＬＥＤの光放出層としての機能をもつ光活性層によって出力される光へと変換する。したがって、この２つの構造タイプの主要な違いの一つは、光起電力回路に備えられるハイブリッド電極の入力または出力を電荷が構成するかである。ハイブリッド電極に電荷の供給を制御するように構成されたコントローラは、ＯＰＶデバイスの代わりにＯＬＥＤデバイスとして本明細書に記載される構造を動作するように提供されることができる。そのような実施形態によると、光活性層から電荷を引き抜く、あるいは電荷を輸送するような下記に記載されるハイブリッド電極は、代わりに電荷注入構造であることになるだろう。しかしながら、簡潔さ及び明瞭さのために、以下では構造をＯＰＶデバイスとして記述する。
【００１７】
１つまたは複数の実施形態によれば、ＯＰＶデバイス１０は透明基板２５によって支持される光起電力回路１２を含むことができ、光起電力回路１２は回路層の平面アセンブリを含むことができる。この回路層の平面アセンブリは、（ｉ）正電荷を運ぶ第１のハイブリッド電極と、（ｉｉ）負電荷を運ぶ第２のハイブリッド電極と、及び（ｉｉｉ）第１の電極と第２の電極との間に配置された光活性層と、を含むか、主要の要素とするか、要素とすることができる。
【００１８】
さらに具体的に、図１を参照すると、ＯＰＶデバイス１０に備えられた３層の光起電力回路１２の実施例が示されている。光起電力回路１２は、２つのハイブリッド電極層１５、２０の間に配置された光活性層３５を含む。光起電力回路１２の層は、実質的に透明な基板２５に接合されて示されている。実質的に透明であるとみなされるためには、基板２５に入射する光の少なくとも一部の、また任意には大部分がそこを透過する。基板の実施例は実質的に透明である（例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate (ＰＥＴ))のような種々のプラスチックフィルム、等である）として記述されているが、基板の他の実施例は不透明である（例えば、金属ホイル、金属被覆プラスチックホイル、等を含む）。不透明な基板２５を含むそのような他の実施形態によれば、光はＯＰＶデバイス１０に入射し、図１の基板２５に塗布されたハイブリッド電極層２０から光活性層３５の反対側に設けられたハイブリッド電極層１５を通りぬけて、光活性層３５に届くことができる。同様に、ＯＬＥＤデバイスのように構成された実施形態においては、光は、不透明な基板に載せられたハイブリッド電極層２０の代わりにハイブリッド電極層１５を通って、デバイスから放出され得る。
【００１９】
図１に示される光起電力回路１２は、反転した構造に従って構成されている。このように、ハイブリッド電極層２０は、基板２５上に混合されたカソード材料の堆積物を介し、単独で連続した層として形成されたカソードである。ハイブリッド電極層２０を形成するために用いられる、混合されたカソード材料は、以下の組み合わせを含む：（ｉ）ホールの流れの障害として機能する一方で電子を伝導する選択性を示す電子輸送及び／またはホールブロック材料、及び（ｉｉ）導電性ＮＷ材料。ハイブリッド電極層２０を形成するために用いられる混合されたカソード材料は、基板２５に塗布される前に調製される。一度調製されると、混合されたカソード材料は、その後例えば光起電力回路１２の連続したハイブリッド電極層２０を形成するために、基板２５の領域上にコートされる。混合されたカソード材料から形成されて、ハイブリッド電極層２０は電子輸送層(electron transport layer (ＥＴＬ))及び電極の両方として機能する。
【００２０】
導電性ＮＷ材料は、例えば実質的に透明なインクのような流体媒体に懸濁された結晶金属のストランド(strand)を含んでいてもよい。ストランドは、その高い電気伝導性のために選択された、銀のような任意の金属で形成されることができる。ストランドは、平均直径が約１０ナノメートル（１０ｎｍ）から約１００ナノメートル（１００ｎｍ）であって少なくとも１マイクロメートル（１μｍ）の平均長さを有する、伸長された構造であってもよい。懸濁された金属ストランドを備える導電性ＮＷ材料が表面上にコートされるとき、結果物のフィルムは、実質的に透明な（例えば、人間の観察者によって観察するとき、そこに与えられた光の大部分が透過する）高導電性金属ナノワイヤーのネットワークを含む。
【００２１】
電子輸送及び／またはホールブロック材料の実施例は、以下の１つまたは複数を含んでもよい：（ｉ）電子輸送／ホールブロック無機ナノ粒子、（ｉｉ）例えば非共役のエトキシ化ポリエチレンイミン(polyethylenimine ethoxylated (ＰＥＩＥ))のような有機ＥＴＬ材料、または（ｉｉｉ）ナノワイヤー、無機ＥＴＬ材料及び有機ＥＴＬ材料の２つ以上を含む複合物。さらに具体的には、電子輸送材料は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎの酸化物のみならず、これらの酸化物のドープ調合物を含んでいてもよい。ドープ調合物の例としては、これらに限定されるものではないが、アルミニウムドープ酸化亜鉛(aluminum-doped zinc oxide (ＡＺＯ))、アンチモンドープ酸化スズ、等を含む。
【００２２】
光活性層３５は、受け取った光を、ハイブリッド電極１５、２０によって最終的に出力される電荷に変換する。光活性層３５は、例えばＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭの混合物のように、一つまたはそれ以上の有機光活性材料を含む構成物から選択的に選択されてもよい。他の一実施例によると、光活性層３５は、例えば無機ペロブスカイト材料や、有機材料と無機材料の両方の組み合わせを含むペロブスカイト材料のような無機光活性材料を含む構成物で形成することができる。光活性層３５の構造にかかわらず、光活性層３５は、予め基板２５にコートされたハイブリッド電極層２０上にウェットコートされてもよい。さらに他の実施形態によれば、光活性層３５は有機ＰＶデバイスの代わりに１つまたは複数の光活性半導体であってもよく、それは無機とすることができ、例えば色素増感光デバイス(ＤＳＳＣ)、ペロブスカイトＰＶデバイス、または一般的に他の薄膜有機または無機またはハイブリッドＰＶデバイス構造とすることができる。
【００２３】
反転した構造においては、ハイブリッド電極層１５は、それ自身が基板２５上のハイブリッド電極層２０の上にコートされた光活性層３５の上に、混合されたアノード材料の堆積物を介し、単独で連続した層として形成されたアノードである。ハイブリッド電極層１５を形成するために用いられる混合されたアノード材料は、以下の組み合わせを含む：（ｉ）電子の流れの障害として機能する一方でホールを伝導する選択性を示すホール輸送及び／または電子ブロック材料、及び（ｉｉ）導電性ＮＷ材料。ハイブリッド電極層１５を形成するために用いられる混合されたアノード材料は、光活性層３５に塗布される前に調製される。一度調製されると、混合されたアノード材料は、例えば光起電力回路１２のハイブリッド電極層１５を形成するために、光活性層３５の領域上にコートされる。混合されたアノード材料から形成されて、ハイブリッド電極層１５はホール取り出し層及び電極の両方として機能する。
【００２４】
混合されたアノード材料に含まれる導電性ＮＷ材料は、混合されたカソード材料に含まれる導電性ＮＷ材料と、選択的に同じとすることができる。そのような材料は、実質的に透明なインクのような流体媒体に懸濁された銀のような金属のストランドを含むものとして本明細書中に記載される。
【００２５】
ホール輸送及び／または電子ブロック材料の実施形態は、以下の１つまたは複数を含んでもよい：（ｉ）ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (ＰＥＤＯＴ))を含む共役ポリマー、より具体的には、例えばポリ（３，４−ウチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene (ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ))の混合物のような、任意の有機ホール輸送及び／または電子ブロック材料、及び（ｉｉ）Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等の酸化物のような任意の無機金属酸化物。
【００２６】
特定の例として、３層を含む光起電力回路１２の例示した実施例を形成するための製造技術の実施形態は、ＡｇＮＷ（銀ナノワイヤー）と、ＺｎＯまたは他の適用可能な電子輸送及び／またはホールブロック材料とを、カソード混合材料を形成するために組み合わせることを含む。ＡｇＮＷ：ＺｎＯを含むカソード混合材料は、それからハイブリッド電極層２０を形成するために基板２５の領域上にコートされる。一実施形態によれば、Ｐ３ＨＴ（ポリ（３−ヘキシリチオフェン）“poly(3-hexylthiophene)”）：ＰＣＢＭ（フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル“phenyl-C61-butyric acid methyl ester”）の混合物は、ハイブリッド電極２０を形成するカソード混合材料フィルムの上にコートされる。ＡｇＮＷ混合物は、アノード混合材料を形成するために、共役ポリマーＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと組み合わされる。アノード混合材料は、それから第１のハイブリッド電極１５を形成するために光活性層３５の上にコートされる。これらの個々の層の電気光学物性は、ＯＰＶデバイスのために分析され、最適化される。
【００２７】
ＡｇＮＷと、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及びＺｎＯナノ粒子のそれぞれが用いられたそれぞれの電荷引き抜き材料と、の溶液混合物を含む調合物から作製された電荷選択的ハイブリッド電極１５、２０について、異なる組み合わせの電極１５、２０で作製されたフィルムのシート抵抗と透過率の比較が図２に示されている。ハイブリッド電極１５、２０の両方のタイプが、２０Ω／ｓｑ．の低いシート抵抗値（Ｒｓｈ）で、９０％を超える優れた光透過率（Ｔ）を示している。特に、ハイブリッドＡｇＮＷ：ＺｎＯ電極２０は、従来の二層電極と比べて改善された物性を示す。
【００２８】
ハイブリッド電極は、それから個々に標準的な半透明４層構造デバイス４０の構造で試験され、そのうち活性層３５の材料としてＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭを備える２つの例が図３に示されている。図４ａ及び図４ｂは、図５に示される５層構造デバイス４５と比較した４層構造デバイス４０の電流密度−電圧（Ｊ−Ｖ）特性を示す。４層構造デバイス４０はまた、標準的な５層構造デバイスと比較してわずかに高い性能（電力変換効率が３．４％対２．９％）を示し、これはハイブリッド電極デバイスのより高い電流密度とフィルファクターに起因すると考えられる。
【００２９】
半透明Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ ＯＰＶデバイス１０は、両方のハイブリッド電極を利用することによって、３つのプロセス層（図１）のみの光起電力回路１２から作製される。本実施形態では反転した構造が記載されているが、理論上は、電極位置を交換することによって通常の構造のデバイスも可能である。５層デバイス５０と構成されたデバイス１０の３層光起電力回路１２との両方のＪ−Ｖ特性は図６に示され、これらのデバイスの性能パラメータは下の表１に示される。構成されたデバイス１０の３層光起電力回路１２は、構成されたデバイス５０の５層光起電力回路と比較して、０．１％未満の効率の差であり、非常に似た性能を示している。これは、優れたショート電流でいくらか相殺されるが、開回路電圧とフィルファクターの差によると考えられる。より高いＪｓｃは、入射光の方向である底部電極の高い透過率に起因すると考えられる。構成されたデバイス１０の３層光起電力回路１２は、より少ない層の数のために、構造５０の５層光起電力回路よりも必要とするコーティングやアニーリングのステップが少ない工程で作製できるということにも留意すべきである。
【００３０】
【表１】
2019004150.tif 000003
【００３１】
それに応じて、最小数（例えば、３）の分離した層を含む光起電力回路１２を有するＯＰＶデバイス１０は、溶液プロセスによって、本明細書に記載のように作製することができる。ハイブリッド電極溶液の正しい配合によって、より多数の分離した層を有するデバイスに比べ、これらの電極の、デバイスの性能に及ぼす重要な性能への影響がないことを、実験結果は示す。結果として、標準的な５層構造デバイスと３層構造デバイスとの間の性能差は極小であり、依然として単純化された作製及び加工技術の使用が可能になる。この最小限のデバイス構造は、特に大きなデバイス領域で、ＯＰＶデバイスの加工をはるかに簡単にすると考えられる。
【００３２】
ハイブリッド電極１５、２０を作製する方法の一実施形態は、それぞれのコーティングを塗布して、スロットダイでハイブリッド電極１５、２０を形成することを含む。カソードハイブリッド電極２０を調製するために、ＡＺＯナノ粒子とＡｇＮＷの混合物が調製される。イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol (ＩＰＡ))のような溶媒中のＡＺＯは、ＩＰＡ中の１重量％（１ｗｔ％）のＡｇＮＷを含む混合物と組み合わされる。ハイブリッド電極１５、２０の均一な層の形成を促進するために、高沸点の共溶媒（例えば、１０ｗｔ％の２−ブタノン）が加えられる。ブレンドされた混合物中のそれぞれの成分の濃度は、ＡｇＮＷ：ＡＺＯが２：１であると予想される。ブレンドされた混合物はそれからスロットダイに導入され、基板２５上のコーティングとして堆積される。その後、光活性層３５は、ハイブリッド電極２０のフィルムの上に形成される。アノードハイブリッド電極１５のために、ＡｇＮＷ：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水性組成物は、Cambrios Advanced MaterialsによってClearOhm（登録商標）の商品名で提供されるＡｇＮＷと、HeraeusによってClevios（商標）の商品名で提供される導電性ポリマーＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとの混合物を組み合わせることで調製された。水性組成物は、その後スロットダイを用いて光活性層３５の領域上に塗布された。
【００３３】
スロットダイの代わりに、またはスロットダイと組み合わせて、インクジェットプリンタは、ハイブリッド電極１５、２０の材料のフィルムを塗布できる。このような実施形態では、カソードハイブリッド電極２０の材料は、ＡｌドープされたＡＺＯナノ粒子とＡｇＮＷの混合物として調製される。ＩＰＡ中のＡＺＯナノ粒子は、ＩＰＡ中の０．４ｗｔ％のＡｇＮＷを含む混合物と組み合わされる。１−ペンタノールの第２の溶媒は、第２の溶媒なしで混合物が乾燥するのに必要であろう時間と比べて、混合物が乾燥するのに必要な時間を長くするために加えられる。このような方法で乾燥時間を長くすることは、インクジェットノズルの詰まりから保護する。ブレンドされた材料の、結果としての成分の濃度は、ＡｇＮＷ：ＡＺＯ：ペンタノール＝２：１：３と予想される。ブレンドされた混合物は、それからインクリザーバに導入され、インクジェットノズルを経由して基板２５上にコーティングとして塗布される。その後、光活性層３５は、ハイブリッド電極２０のフィルムの上に形成される。アノードハイブリッド電極１５のために、ＡｇＮＷ：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水性組成物は、Cambrios Advanced MaterialsによってClearOhm（登録商標）の商品名で提供されるＡｇＮＷと、HeraeusによってClevios（商標）の商品名で提供される導電性ポリマーＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとの混合物を組み合わせることで調製された。水性組成物は、それからインクリザーバに導入され、スロットダイを用いて光活性層３５の領域上に塗布された。
【００３４】
図１に示されるＯＰＶデバイス１０は単一の光起電力回路１２を含むが、本開示はそれに限定されない。代わりの実施形態によれば、ＯＰＶデバイス１０は、積み重ねられた配置（例えば、タンデムやトリプルスタック）に垂直に整列された複数の光起電力回路１２を任意に含んでもよい。そのようなＯＰＶデバイス１０は、ハイブリッド電極１５、２０の一つまたは両方を、それぞれ最も外側のアノード及び／またはカソードとして含んでもよい。さらに、ＯＰＶデバイス１０は分離した個々の光電池セルまたは配列または直列接続された光電池セルを含む光電池モジュールとして形成することができる。
【００３５】
他に明記されない限り、「第１の」、「第２の」、及び／またはそれらのようなものは、時間的状況、空間的状況、順序付け等を示唆するために意図されるものではない。むしろ、これらの用語は単に、形状、要素、項目等の識別子や名前等として用いられる。例えば、第１のオブジェクト及び第２のオブジェクトは、一般的にオブジェクトＡ及びオブジェクトＢ、または２つの異なるまたは２つの同一のオブジェクト、または同一のオブジェクトと対応する。
【００３６】
さらに、「例」は、本明細書において、例(instance)や例(illustration)等として機能することを意味し、必ずしも有利であるとは限らない。本明細書において、「または」は排他的な「または」ではなく、むしろ包括的な「または」を意味するものとされる。さらに、本出願において、「a」及び「an」は、他に明記されない限り、または文脈から単数形に対して向けられていることが明らかでない限り、「一つまたは複数」を意味すると一般に解釈される。また、少なくとも一つのＡ及びＢ、及び／またはそのようなものは、一般にＡまたはＢ、またはＡ及びＢの両方を意味する。さらに、「含む(includes)」「有する(having)」「有する(has)」「を備え(with)」、及び／またはそれらの変形は、詳細な説明または請求項のいずれかで使用され、そのような用語は用語「含む(comprising)」と同様に包括的であるものとされる。
【００３７】
主題は、構造的特徴及び／または方法論的行為に特有の言語で記載されているが、付加された請求項で定義された主題は必ずしも上述した特定の特徴または行為に限定されないと理解されることになる。むしろ、上述した特定の特徴及び行為は、少なくとも請求項のいくつかを実行する例の形として開示される。
【００３８】
本明細書には、様々な実施形態の動作が提供される。本明細書に記載されているいくつかまたは全ての操作の順序は、これらの操作が必然的に順序に依存していることを示唆していると解釈されるべきではない。代替の順序づけは、本明細書の恩恵を受ける当業者によって認識されるであろう。さらに、本明細書で提供される各実施形態において全ての操作が必ずしも存在するわけではないということも理解されるであろう。また、いくつかの実施形態において全ての操作が必要であるというわけではないことも理解されるであろう。
【００３９】
また、本開示は１つまたは複数の実施形態に関して示され、記載されているが、等価の変更や修正は、本明細書及び添付された図面の読解及び理解に基づいて、当業者によって行われるであろう。本開示はそのような修正及び変更の全てを含み、以下の請求項の範囲のみによって限定される。特に、上記の構成要素（例えば、要素、資源など）によって実行される様々な機能については、そのような構成要素を記述するのに用いられる用語は、他に指示されない限り、本開示の構造と構造的に同一でなかったとしても、（例えば、機能的に等価である）上記の構成要素の特定の機能を実行する任意の構成要素に対応することを意味する。加えて、本開示の特定の特徴がいくつかの実施形態の一つのみに関して開示されていたとしても、そのような特徴は、ある任意に与えられた実施、または特定の実施に対して望ましくかつ有利であり得るような、その他の実施形態における１つまたは複数の他の特徴と組み合わされることができる。
【００４０】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月１９日出願の「有機ソーラーモジュール、及び／または製造方法」“ORGANIC SOLAR MODULE AND/OR FABRICATION METHOD”という名称の米国仮出願第62521696号の利益を主張する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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