(57)【要約】緩衝層を含む光起電力モジュール、ならびに、それに関連する光電池、物品、システム、および方法が開示される。
2013522879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極および第２の電極、ならびに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の光活性層を有する第１の光電池と、
前記第１の光電池により支えられたバリア層であって、前記第１の電極が前記バリア層と前記光活性層との間にあるバリア層と、
接着剤を含有し、前記第１の電極と前記バリア層との間にある粘着層と、
ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリビニルブチラール、イオノマーポリマー、またはそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含み、かつ前記第１の電極と前記粘着層との間にある緩衝層と、
を備える、モジュール。
【請求項２】
前記ポリマーが、無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィン、ポリエチレンワックス、エチレン−無水マレイン酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体もしくはその塩、ポリイソブチレン、またはポリオールおよびジイソシアネートから作られたポリウレタンを含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記ポリマーが、エチレン−メタクリル酸共重合体もしくはその塩；または、トルエンジイソシアネートと、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ネオペンチルポリオールおよびシクロペンタンポリオールからなる群から選択されるポリオールと、から作られたポリウレタン；を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項４】
前記ポリマーが、高くとも約１２０℃のガラス転移温度を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】
前記ポリマーが、低くとも約８０℃のガラス転移温度を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
前記ポリマーが、前記緩衝層の約７０重量％〜約１００重量％である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項７】
前記緩衝層が充填剤をさらに含有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】
前記充填剤がナノクレイを含む、請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記ナノクレイが、モンモリロナイト、カオリナイト、イライトまたは緑泥石を含む、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記充填剤が、前記緩衝層の約０重量％〜約３０重量％である、請求項７に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記緩衝層が、前記第１の電極と前記粘着層との間の全領域を実質的に覆う、請求項１記載のモジュール。
【請求項１２】
請求項１に記載のモジュールは第２の光電池であって、前記第１の光電池と前記第２の光電池とを電気的に接続するための相互接続領域によって前記第１の光電池から分離された第２の光電池、を備え、かつ、前記緩衝層が前記相互接続領域を覆う、モジュール。
【請求項１３】
請求項１に記載のモジュールは複数の光電池を備え；各光電池が、第１の電極と第２の電極、および、前記第１の電極と前記第２の電極との間の光活性層を有し；前記緩衝層が、各光電池の前記第１の電極と前記粘着層との間にあり；かつ、前記緩衝域が、各光電池の前記第１の電極と前記粘着層との間の全領域を実質的に覆う、モジュール。
【請求項１４】
前記緩衝層が、多くとも、約０．０１ｇ／ｍ２／日の水蒸気透過率を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記緩衝層が、約２５マイクロメートル（約２５ミクロン）〜約２５０マイクロメートル（約２５０ミクロン）の厚さを有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記接着剤が、エポキシ樹脂を含有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記バリア層が、少なくとも２つのポリマー層、および、前記少なくとも２つのポリマー層間に少なくとも２つのセラミック層を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１８】
前記バリア層が金属箔を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１９】
第１の電極と第２の電極、および、前記第１の電極と前記第２の電極との間の光活性層を有する第１の光電池と、
前記第１の光電池により支えられたバリア層であって、前記第１の電極が前記バリア層と前記光活性層との間にあるバリア層と、
無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィンを含むポリマーを有し、かつ前記第１の電極と前記バリア層との間にある緩衝層と、
を備えるモジュールであって、
前記モジュールが、前記緩衝層と前記バリア層との間に付加的な粘着剤層を含まない、
モジュール。
【請求項２０】
前記ポリオレフィンが、ホモポリマーまたは共重合体を含む、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２１】
前記ポリオレフィンが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体またはエチレンアクリレート共重合体を含む、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記緩衝層が、無水物をグラフト結合した低密度ポリエチレン、無水物をグラフト結合した直鎖状低密度ポリエチレン、無水物をグラフト結合した高密度ポリエチレン、無水物をグラフト結合したポリプロピレン、無水物または酸をグラフト結合した（ｇｒａｔｅｄ）エチレンアクリレート共重合体、および、無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したエチレン酢酸ビニル共重合体を含む、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記ポリマーが、高くとも約１２０℃のガラス転移温度を有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２４】
前記ポリマーが、低くとも約８０℃のガラス転移温度を有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２５】
前記ポリマーが、前記緩衝層の約７０重量％〜約１００重量％である、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２６】
前記緩衝層が、充填剤をさらに含有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２７】
前記充填剤が、ナノクレイを含む、請求項２６に記載のモジュール。
【請求項２８】
前記ナノクレイが、モンモリロナイト、カオリナイト、イライトまたは緑泥石を含む、請求項２７に記載のモジュール。
【請求項２９】
前記充填剤が、前記緩衝層の約１重量％〜約３０重量％である、請求項２６に記載のモジュール。
【請求項３０】
前記緩衝層が、前記第１の電極と前記バリア層との間の全領域を実質的に覆う、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項３１】
請求項１９に記載のモジュールは第２の光電池であって、前記第１の光電池と前記第２の光電池とを電気的に接続するための相互接続領域によって前記第１の光電池から分離された第２の光電池、を備え、かつ、前記緩衝層が、前記相互接続領域を覆う、モジュール。
【請求項３２】
請求項１９に記載のモジュールは複数の光電池を備え；各光電池が、第１の電極と第２の電極、および、前記第１の電極と前記第２の電極との間の光活性層を有し；前記緩衝層が、各光電池の前記第１の電極と前記バリア層との間にあり；かつ、前記緩衝域が、各光電池の前記第１の電極と前記バリア層との間の全領域を実質的に覆う、モジュール。
【請求項３３】
前記緩衝層が、多くとも、約０．０１ｇ／ｍ２／日の水蒸気透過率を有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項３４】
前記緩衝層が、約２５マイクロメートル（約２５ミクロン）〜約２５０マイクロメートル（約２５０ミクロン）の厚さを有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項３５】
前記バリア層が、少なくとも２つのポリマー層、および、前記少なくとも２つのポリマー層間に少なくとも２つのセラミック層を有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項３６】
前記バリア層が、金属箔を含む、請求項１９に記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、緩衝層を含む光起電力モジュール、ならびに、それに関連する光電池、物品、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池は、光の形態のエネルギーを電気の形態のエネルギーに変換するために一般に用いられる。典型的な光電池は、２つの電極の間に配置された光活性材料を含む。一般に、光は片方または両方の電極を通過し、光活性材料と相互作用し、それによって荷電粒子（すなわち電子と正孔）を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、緩衝層を含む光起電力モジュール、ならびに、それに関連する光電池、物品、システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、光電池において、バリア層と電極との間に１つまたは複数のある特定のポリマーを含有する緩衝層を含むと、電極上の機械的ストレスを減少させ、さらにバリア層が電極から層間剥離することを防止することができるという意外な発見に基づく。この層間剥離は光電池の性能の著しい低下につながるものである。緩衝層は、バリア層と電極との間の任意の接着剤ならびに環境中の酸素または水分が、電極を通して光電池に拡散するのを防止する障壁としてさらに貢献することができる。その結果、そのような緩衝層を含む光起電力モジュールでは、長期間安定性が改善され、使用可能寿命を増加することができる。
【０００５】
一態様において、本発明は、第１の電極および第２の電極、ならびに、第１の電極と第２の電極との間の光活性層を有する第１の光電池；第１の光電池により支えられたバリア層；接着剤を含有する粘着層；およびポリウレタン、ポリオレフィン、ポリビニルブチラール、イオノマーポリマーまたはそれらの共重合体からなる群より選択されるポリマーを含有する緩衝層；を備える光起電力モジュールを特徴とする。第１の電極はバリア層と光活性層との間にある。粘着層は第１の電極とバリア層との間にある。緩衝層は第１の電極と粘着層との間にある。
【０００６】
別の態様において、本発明は、第１の電極および第２電極、ならびに、第１の電極と第２の電極との間の光活性層を有する第１の光電池；第１の光電池に支えられたバリア層；および、無水物、酸、またはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィンを含むポリマーを含有する緩衝層；を備える光起電力モジュールを特徴とする。第１の電極はバリア層と光活性層との間にある。緩衝層は第１の電極とバリア層との間にある。モジュールは、緩衝層とバリア層との間に付加的な粘着剤層を有しない。
【０００７】
実施形態は、下記の任意選択の特徴の１つまたは複数個を含むことができる。
ポリマーは、無水物、酸、もしくはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィン；ポリエチレンワックス；エチレン−無水マレイン酸共重合体；エチレン−メタクリル酸共重合体またはその塩；ポリイソブチレン、またはポリオール（例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ネオペンチルポリオールおよびシクロペンタンポリオール）から作られたポリウレタン；およびジイソシアネート（例えば、トルエンジイソシアネート）を含むことができる。
【０００８】
ポリマーは、低くとも約８０℃、および／または、高くとも約１２０℃のガラス転移温度を有し得る。
ポリマーは、緩衝層の約７０重量％〜約１００重量％にて存在してもよい。
緩衝層は、ナノクレイ（ｎａｎｏｃｌａｙ）などの充填剤をさらに含むことができる。ナノクレイはモンモリロナイト、カオリナイト、イライト（ｌｌｉｔｅ）または緑泥石を含むことができる。いくつかの実施形態において、充填剤は、緩衝層の約０重量％〜約３０重量％にて存在してもよい。
【０００９】
緩衝層は、第１の電極と粘着層との間の全領域、または粘着層がない場合には、第１の電極とバリア層との間の全領域を実質的に覆うことができる。
モジュールは、第１の光電池から分離された第２の光電池を含むことができ、この分離は第１の光電池と第２の光電池とを電気的に接続するための相互接続領域によって行われる。そのような実施形態において、緩衝層は、相互接続領域を覆うことができる。
【００１０】
モジュールは、複数の光電池を含むことができ、各々は第１の電極および第２の電極、ならびに、第１の電極と第２の電極との間の光活性層を有する。そのような実施形態において、緩衝層は、各光電池の第１の電極と粘着層との間にあり得、緩衝域（ｂｕｆｆｅｒ）は、各光電池の第１の電極と粘着層との間の全領域を実質的に覆うことができる。
【００１１】
緩衝層および粘着層、または、緩衝層およびバリア層は、第１の接着強度を有し得て、かつ、緩衝層および第１の電極は第１の接着強度より大きい第２の接着強度を有し得る。
緩衝層は、多くとも、約０．０１ｇ／ｍ２／日の水蒸気透過率を有してもよい。
緩衝層は、約２５マイクロメートル（約２５ミクロン）〜約２５０マイクロメートル（約２５０ミクロン）の厚さを有してもよい。
【００１２】
接着剤は、エポキシ樹脂を含有し得る。
バリア層は、少なくとも２つの（例えば少なくとも３つの）ポリマー層、および少なくとも２つのポリマー層の間に少なくとも２つのセラミック層を含み得る。
【００１３】
バリア層は、金属箔を含み得る。
ポリオレフィンは、ホモポリマーまたは共重合体を含み得る。
ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、またはエチレンアクリレート共重合体を含み得る。
【００１４】
緩衝層は、無水物をグラフト結合した低密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合した直鎖状低密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合した高密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合したポリプロピレン；無水物または酸をグラフト結合した（ｇｒａｔｅｄ）エチレンアクリレート共重合体；および無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したエチレン酢酸ビニル共重合体を含み得る。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、説明と図面および特許請求の範囲から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光電池と緩衝層を含む光起電力モジュールの実施形態の断面図である。
【図２】複数の光電池、および緩衝層を含む光起電力モジュールの実施形態の断面図である。
【図３】複数の光電池、および緩衝層を含み、緩衝層が光電池の間の相互接続領域を覆う光起電力モジュールの実施形態の断面図である。
【図４】耐湿耐熱エージング工程中の、様々な光起電力モジュールの直列抵抗変化を示すグラフである。
【図５】耐湿耐熱エージング工程中の、様々な光起電力モジュールの効率変化を示すグラフである。
【図６】耐湿耐熱エージング工程中の、様々な光起電力モジュールの曲線因子変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
種々の図面を通して、同様の参照記号は同様の部材を指す。
図１は、光電池１０１、緩衝層１７０、任意選択の粘着層１８０およびバリア層１９０を含む光起電力モジュール１００の断面図を示す。光電池１０１は、基板１１０、電極１２０、任意選択の正孔阻止層１３０、光活性層１４０（例えば、電子受容体材料および電子供与体材料を含む）、任意選択の正孔キャリア層１５０および電極１６０を含む。図１に示すように、緩衝層１７０は電極１６０と粘着層１８０との間、または電極１６０とバリア層１９０（粘着層１８０がない場合）との間の全領域を実質的に覆う。
【００１８】
一般に、緩衝層１７０は１つまたは複数のポリマーから形成される。緩衝層１７０における使用に適する典型的なポリマーとして、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリビニルブチラール、イオノマーポリマーまたはそれらの共重合体が挙げられる。
【００１９】
典型的なポリウレタンとして、ジイソシアネート（例えばトルエンジイソシアネート）およびポリオール（ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ネオペンチルポリオールおよびシクロペンタンポリオール）から作られたものが挙げられる。適切なポリウレタンの市販の例として、Ｅｐｏｘｉｅｓ，Ｅｔｃ．社（Ｃｒａｎｓｔｏｎ、ＲＩ）から入手可能なＬ０２０９１０およびＥｐｉｃ  Ｒｅｓｉｎｓ社（Ｐａｌｍｙｒａ，ＷＩ）から入手可能なＤ９９４０−０４０１が挙げられる。
【００２０】
本明細書で使用するとき、用語「ポリオレフィン」は、少なくとも直鎖状の、または分岐した、環式の、もしくは非環式のオレフィンモノマーから作られたホモポリマーまたは共重合体を指す。ポリオレフィンホモポリマーの例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリペンテンおよびポリメチルペンテンが挙げられる。ポリオレフィン共重合体は、オレフィンから形成する他に、オレフィンモノマーおよび１つまたは複数のコモノマーから形成することができる。ポリオレフィン共重合体を作るために用いることができる典型的なコモノマーとして、酢酸ビニルもしくはアクリレート（例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルもしくはアクリル酸ブチルなどのアクリル酸アルキル、またはメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルもしくはメタクリル酸ブチルなどのメタクリル酸アルキル）が挙げられる。典型的なポリオレフィン共重合体として、エチレン酢酸ビニル共重合体およびエチレンアクリレート共重合体が挙げられる。いくつかの実施形態において、典型的なポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレン共重合体として、低密度ポリエチレン（例えば、０．９１０ｇ／ｃｍ２〜０．９２５ｇ／ｃｍ２の密度を有する）、直鎖状低密度ポリエチレン（例えば、０．９１０ｇ／ｃｍ２〜０．９３５ｇ／ｃｍ２の密度を有する）および高密度ポリエチレン（例えば、０．９３５ｇ／ｃｍ２〜０．９７０ｇ／ｃｍ２の密度を有する）が挙げられる。高密度ポリエチレンは、１つまたは複数のＣ４〜Ｃ２０のαオレフィンコモノマーとのエチレンの共重合により生成することができる。適切なαオレフィンコモノマーの例として、１−ブテン、１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセンおよびそれらの組み合わせが挙げられる。高密度ポリエチレンは、前述のαオレフィンコモノマーを２０モルパーセントまで含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０に適するポリオレフィンは、無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィン；ポリエチレンワックス；エチレン−無水マレイン酸共重合体；エチレン−メタクリル酸共重合体またはその塩；およびポリイソブチレンを含み得る。エチレン−メタクリル酸共重合体の塩は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋およびＺｎ２＋などのいかなる適切なカチオンも含み得る。エチレン−メタクリル酸共重合体またはその塩の市販の例として、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）から入手可能なＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）シリーズのポリマーが挙げられる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、ポリオレフィンはポリオレフィングラフト共重合体を含む。例えば、ポリオレフィングラフト共重合体は、無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィンを含み得る。そのようなグラフト共重合体の例として、無水物をグラフト結合した低密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合した直鎖状低密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合した高密度ポリエチレン；無水物をグラフト結合したポリプロピレン；無水物または酸をグラフト結合した（ｇｒａｔｅｄ）エチレンアクリレート共重合体；および無水物、酸もしくはアクリレートをグラフト結合したエチレン酢酸ビニル共重合体が挙げられる。第１のポリマーの市販の例として、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．から入手可能なＢＹＮＥＬ（Ｒ）シリーズのポリマーが挙げられる。
【００２３】
緩衝層１７０において用いることができるイオノマーポリマーは、酸部分（例えばカルボン酸部分、スルホン酸部分またはリン酸部分）を含有するポリマーを含む。イオノマーポリマー中の酸性基は、部分的にまたは完全に、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋およびＺｎ２＋などの適切なカチオンを含む塩類に転換することができる。適切なイオノマーポリマーの例として、エチレン共重合体部分および酸共重合体部分を含有するポリマーが挙げられる。エチレン共重合体部分は、エチレンと、酢酸ビニル、アクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキルからなる群から選択されるモノマーとの共重合によって形成することができる。酸共重合体部分は、エチレンと、アクリル酸およびメタクリル酸からなる群から選択されるモノマーとの共重合によって形成することができる。その他の例として、米国特許４，９６８，７４５号明細書に記載されたものなどイオノマーポリビニルブチラールが挙げられる。
【００２４】
理論に束縛されることを望むものではないが、発明者らは、電極１６０と粘着層１８０との間の、または電極１６０とバリア層１９０との間の緩衝層１７０として、上述の、１つまたは複数のポリマーを用いると、電極１６０上の機械的ストレスを減少させて、さらにバリア層１９０が電極１６０から層間剥離することを防止できるということを意外にも発見した。この層間剥離は光電池１０１の性能の著しい低下につながるものである。上述のポリマーは、粘着層１８０中の接着剤ならびに環境中の酸素または水が、電極１６０を通して、光電池１０１へ拡散することを防ぐための障壁としてさらに貢献することができる。その結果、光起電力モジュール１０１は、改善された長期間安定性および増加した使用可能寿命を有する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０に用いるのに適するポリマーは、緩衝層１７０がバリア層１９０より機械的により柔軟であるように十分に低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有し、かつ、電極１６０との比較的高い接着強度を有するように十分に高いＴｇを有する。例えば、ポリマーは、高くとも約１２０℃（例えば、高くとも約１１５℃、高くとも約１１０℃、高くとも約１０５℃、または高くとも約１００℃）、および／または、低くとも約８０℃、（例えば低くとも約８５℃、低くとも約９０℃、低くとも約９５℃、または低くとも約１００℃。）のガラス転移温度を有してもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、上述の、１つまたは複数のポリマーを、少なくとも約７０重量％（例えば少なくとも約７５重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約８５重量％、または少なくとも約９０重量％）、および／または、多くとも約１００重量％（例えば多くとも約９９重量％、多くとも約９５重量％、多くとも約９０重量％、または多くとも約８５重量％）含んでもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、例えばナノクレイのような無機質充填材等の充填剤を含んでもよい。ナノクレイは、スメクタイト族からの粘土を含み得る。スメクタイトナノクレイは独特の形態を有し、１つの寸法（例えば厚さ）がナノメーター範囲（例えば約１ｎｍ〜約１００ｎｍ）にあることを特徴とする。スメクタイトナノクレイの一例として、モンモリロナイトが挙げられる。ナノクレイの他の例として、カオリナイト、イライトまたは緑泥石が挙げられる。本明細書で記述されたナノクレイはすべて、市販供給源（例えばＮａｎｏｃｏｒ，Ｉｎｃ．）から得ることができる。理論に束縛されることを望むものではないが、緩衝層１７０に充填剤（上述のものなど）を含むと、環境中の酸素または水分の、光電池１０１への拡散を防止することができると考えられる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、上述の充填剤を、少なくとも約１重量％（例えば少なくとも約５重量％、少なくとも約１０重量％、少なくとも約１５重量％、または少なくとも約２０重量％）および／または、多くとも約３０重量％（例えば多くとも約２５重量％、多くとも約２０重量％、多くとも約１５重量％、または多くとも約１０重量％）含んでもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態において、充填剤（例えばナノクレイ）は、緩衝層１７０に添加される前に、十分に低い温度でベーキングされる。例えば、充填剤は、高くとも約７０℃（例えば、高くとも約６５℃、高くとも約６０℃、高くとも約５５℃、または約５０℃）、および／または、低くとも約３０℃（例えば低くとも約３５℃、低くとも約４０℃、低くとも約４５℃、または低くとも約５０℃）の温度でベーキングされ得る。理論に束縛されることを望むものではないが、上述の温度で充填剤をベーキングすると、ナノクレイ粒子の塊を減少させるか除去することができると考えられる。この塊はかすみ（ｈａｚｅ）を増加させ、光電池１０１への光線透過率を減少させるおそれがあるものである。
【００３０】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０および粘着層１８０、または、緩衝層１７０およびバリア層１９０（粘着層１８０がない場合）は、第１の接着強度を有し得て、かつ、緩衝層１７０および電極１６０は、第１の接着強度より大きい第２の接着強度を有し得る。本明細書で言及された付着強さは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １８７６−０１に従うＴ型剥離試験によって測定される。理論に束縛されることを望むものではないが、そのような緩衝層は、電極１６０からバリア層１９０が層間剥離することを減少させるか防止することができると考えられる。
【００３１】
一般に、緩衝層１７０は、光電池１０１の中への環境中の水分または酸素の拡散を防止するために十分に低い水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）を有する。本明細書で述べるＭＶＴＲは、ＡＳＴＭ  Ｅ−９６に従って測定される。例えば、緩衝層１７０は、多くとも約０．０１ｇ／ｍ２／日（例えば、多くとも約０．００５ｇ／ｍ２／日、多くとも約０．００１ｇ／ｍ２／日、多くとも約０．０００５ｇ／ｍ２／日、または多くとも約０．０００１ｇ／ｍ２／日）のＭＶＴＲを有してもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、多くとも約２５０マイクロメートル（約２５０ミクロン）（例えば、多くとも約２２５マイクロメートル（約２２５ミクロン）、多くとも約２００マイクロメートル（約２００ミクロン）、多くとも約１７５マイクロメートル（約１７５ミクロン）、または多くとも約１５０マイクロメートル（約１５０ミクロン））、および／または、少なくとも約２５マイクロメートル（約２５ミクロン）（例えば、少なくとも約５０マイクロメートル（約５０ミクロン）、少なくとも約７５マイクロメートル（約７５ミクロン）、少なくとも約１００マイクロメートル（約１００ミクロン）、または少なくとも約１２５マイクロメートル（約１２５ミクロン））の厚さを有してもよい。
【００３３】
一般に、緩衝層１７０は、本技術分野において公知の方法または本明細書で記述された方法によって電極１６０に付着させることができる。例えば、緩衝層１７０は、上述の１つまたは複数のポリマー、および、任意選択の充填剤（例えばナノクレイ）を含む予備成形膜であってもよい。この膜は公知の方法（例えばフィルム押し出し）によって形成することができる。膜が形成された後、同膜が電極１６０に付着するように、同膜を電極１６０に対して押しつけることができる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、押出塗工プロセスによって電極１６０上に形成することができる。例えば、緩衝層１７０がＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）ポリマーを含む場合、ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）ポリマーを融解し、押出機へ導入することができる。次いで、溶融したポリマーを押出機から放出し、電極１６０上に塗布することができる。そのような実施形態において、充填剤（例えばナノクレイ）を、任意選択的に押出機内で溶融したポリマーと混合し、混合物を形成することができ、次いで、この混合物を押出機から放出し、電極１６０上に塗布することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、押出塗工プロセス以外の、溶液塗布、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷またはスクリーン印刷などのコーティング工程によって電極１６０上に形成することができる。例えば、緩衝層１７０は、（１）溶液または分散液を形成するために、ポリマー（例えばポリウレタン）および任意選択の充填剤（例えばナノクレイ）を溶媒（例えば水または有機溶媒）と混合すること、（２）電極１６０上に溶液または分散液を塗布すること、および（３）塗布された溶液または分散液を乾燥することにより形成することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、緩衝層１７０は、前段落に記述された、溶媒を使用しないコーティングプロセスのうちの１つを使用して形成することができる。例えば、緩衝層１７０がポリウレタンを含む場合、それは、（１）混合物を形成するために、溶媒がない状態で、ジイソシアネートモノマーをポリオールモノマーまたはプレポリマーと混合すること、（２）混合物を電極１６０上に塗布すること、および（３）緩衝層１７０を形成するために、混合物内のモノマーを（例えば加熱により）重合することにより形成することができる。特定の実施形態では、混合ステップ中に、ジイソシアネートモノマーとポリオールモノマーもしくはプレポリマーとの混合を促進するために、溶媒を加えることができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、本明細書で記述された光起電力モジュールは、複数の光電池、および、各光電池の電極と粘着層またはバリア層との間の全領域を実質的に覆う緩衝層を含む。図２は、複数の光電池２０１、緩衝層２７０、任意選択の粘着層２８０およびバリア層２９０を含む光起電力モジュール２００の断面図を示す。各光電池２０１は、電極２２０、任意選択の正孔阻止層２３０、光活性層２４０、任意選択の正孔キャリア層２５０および電極２６０を含む。光電池２０１は、共通基板２１０を共有し、相互接続領域２０２によって互いから分離されており、この相互接続領域は、光電池間の電気的接続に使用することができる。図２に示すように、緩衝層２７０は、各光電池２０１の電極２６０と粘着層２８０との間の、または、（粘着層２８０がない場合）電極２６０とバリア層２９０との間の全領域を実質的に覆う。さらに緩衝層２７０は、相互接続領域２０２を覆う。
【００３８】
いくつかの実施形態において、本明細書で記述される光起電力モジュールは、複数の光電池、および、光電池のみの間の相互接続領域を実質的に覆う緩衝層を含む。図３は、複数の光電池３０１、緩衝層３７０、任意選択の粘着層３８０およびバリア層３９０を含む光起電力モジュール３００の断面図を示す。各光電池３０１は、電極３２０、任意選択の正孔阻止層３３０、光活性層３４０、任意選択の正孔キャリア層３５０および電極３６０を含む。光電池３０１は、共通基板３１０を共有し、相互接続領域３０２によって、互いから分離されており、この相互接続領域は、光電池間の電気的接続に使用することができる。図３に示すように、緩衝層３７０は、相互接続領域３０２のみを実質的に覆う。
【００３９】
一般に、任意選択の粘着層１８０は、光電池１０１へバリア層１９０を付着するために接着剤を含む。典型的な接着剤はエポキシ樹脂である。粘着層１８０は、本技術分野において公知の方法によって作ることができる。いくつかの実施形態において、粘着層１８０は、エポキシドモノマーおよびコモノマー（例えばポリアミン）を含む層をバリア層１９０の表面上に適用し、次いで、加熱によってモノマーを硬化することによって形成することができる。いくつかの実施形態において、粘着層１８０は、エポキシドモノマーおよびイニシエータ（例えば酸または塩基）を含む層をバリア層１９０の表面上に適用し、次いで、開環重合反応を通じて紫外線によってモノマーを硬化することによって形成することができる。次いで、このように形成された物品を、光起電力モジュール１００を形成するために緩衝層１７０に付着することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、粘着層１８０を光起電力モジュール１００から省略することができる。例えば、緩衝層１７０が無水物、酸またはアクリレート（上述されたものなど）をグラフト結合したポリオレフィンから形成される場合、粘着層１８０を省略することができる。なぜならそのようなポリオレフィンは、バリア層１９０および電極１６０の両方への強い粘着結合を形成することができるからである。いくつかの実施形態において、ポリオレフィンを融解し、緩衝層上にその熱い融解物を押出し加工することによって、緩衝層１７０上にポリオレフィンを形成することができる。
【００４１】
一般に、バリア層１９０は、光電池１０１の中への、環境中の酸素または水分の拡散を十分に防止することができる材料から作られる。いくつかの実施形態において、バリア層１９０は、多層構造を有し、少なくとも２つの（例えば、少なくとも３つの）ポリマー層（例えば、各々が、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートなどのポリエステルを含む）を含み、かつ、少なくとも２つのポリマー層の間の、少なくとも２つのセラミック層（例えば、各々が、シリカまたはアルミナを含む）を含む複合物を有する。そのような実施形態において、バリア層１９０は、以下の順、即ちポリマー層、セラミック層、ポリマー層、セラミック層およびポリマー層の順にて、３つのポリマー層および２つのセラミック層を有し得る。
【００４２】
いくつかの実施形態において、バリア層１９０は、透明な材料（例えば前段落に記述されていた多層構造）から作られる。本明細書で引用されるとき、透明な材料とは、光電池１０１の中で使用される厚さにおいて、光電池の動作中に使用される波長または波長の範囲で、入射光の、少なくとも約６０％（例えば少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％）を透過させる材料である。
【００４３】
実施形態によっては、バリア層１９０は、金属箔を含んでもよい。理論に束縛されることを望むものではないが、金属箔は一般に、ポリマーとセラミックスから形成された複合材料よりも良好な障壁材料であると考えられる。一方、金属箔は、ポリマーとセラミックスから形成された複合材料よりも一般に透明ではないため、光起電力モジュール１００の片面（例えば光起電力モジュール１００の、入射光が通常到達することができない底面）上でのみ通常使用される。
【００４４】
光電池１０１に関して、基板１１０は、透明な材料から一般に形成してもよい。基板１１０を形成することができる典型的な材料として、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素重合体、セルロース系ポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルおよびポリエーテルケトンが挙げられる。実施形態によっては、ポリマーは、フッ化ポリマーであってもよい。いくつかの実施形態において、ポリマー材料の組み合わせが使用される。実施形態によっては、基板１１０の異なる領域は異なる材料から形成することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、基板は、金属箔などの不透明な材料から作ることができる。
一般に、基板１１０は、可撓性、半剛性または剛性（たとえば、ガラス）を有することができる。いくつかの実施形態において、基板１１０は、曲げ弾性率として約５，０００メガパスカル未満（例えば、約１，０００メガパスカル未満、または約５００メガパスカル未満）を有する。実施形態によっては、基板１１０の異なる領域は、可撓性、半剛性または非可撓性を有することができる（例えば、１つまたは複数の領域が可撓性で１つまたは複数の別の領域が半剛性、１つまたは複数の領域が可撓性で１つまたは複数の別の領域が非可撓性）。
【００４６】
典型的には、基板１１０は、厚さが少なくとも約１マイクロメートル（約１ミクロン）（たとえば、少なくとも約５マイクロメートル（約５ミクロン）、または少なくとも約１０マイクロメートル（約１０ミクロン））であり、および／または、厚さが多くとも約１，０００マイクロメートル（約１，０００ミクロン）（たとえば、多くとも約５００マイクロメートル（約５００ミクロン）、多くとも約３００マイクロメートル（約３００ミクロン）、多くとも約２００マイクロメートル（約２００ミクロン）、多くとも約１００マイクロメートル（約１００ミクロン）、または多くとも約５０マイクロメートル（約５０ミクロン））である。
【００４７】
一般に、基板１１０は、着色又は無着色とすることできる。いくつかの実施形態において、基板１１０の１つまたは複数の部分が着色してあり、その一方で基板１１０の１つまたは複数の別の部分は無着色である。
【００４８】
基板１１０は、１つの平坦面（たとえば、光が当たる面）または２つの平坦面（たとえば、光が当たる面およびその反対側の面）を有することができ、または平坦でない面を有することもできる。基板１１０の非平面は、例えば、曲げたり段差を付けたりすることができる。いくつかの実施形態において、基板１１０の非平面はパターンを付けられる（例えば、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズまたはレンチキュラープリズムを形成するために、パターン付けされた段差を有する）。
【００４９】
いくつかの実施形態において、基板１１０は、バリア層１９０と同じであり得て、接着剤（粘着層１８０において用いられるものなど）によって電極１２０に付着させることができる。そのような実施形態において、緩衝層１７０の中で用いられる材料も、電極１２０と接着剤との間に含むことができる。いくつかの実施形態において、緩衝層が基板１１０および電極１２０の両方と強い粘着結合を形成することができる材料（例えば無水物、酸またはアクリレートをグラフト結合したポリオレフィン）を含む場合、接着剤は省略することができる。
【００５０】
電極１２０は、電導体材料から一般に形成される。典型的な電導体材料として、導電性金属、導電性の合金、導電性のポリマーおよび導電性の金属酸化物が挙げられる。典型的な導電性金属として、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金およびチタンが挙げられる。典型的な導電性合金として、ステンレス鋼（例えば３３２ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼）、金合金、銀合金、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金合金、およびチタン合金が挙げられる。典型的な導電性ポリマーとして、ポリチオフェン（たとえば、ドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ドープしたＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（たとえば、ドープしたポリアニリン）、ポリピロール（たとえば、ドープしたポリピロール）が挙げられる。典型的な導電性金属酸化物として、インジウム錫オキサイド、フッ素添加酸化スズ、酸化スズ、および酸化亜鉛が挙げられる。いくつかの実施形態において、電導体材料の組み合わせが使用される。
【００５１】
いくつかの実施形態において、電極１２０はメッシュ電極を含むことができる。メッシュ電極の例は、同時係属中の米国特許出願公開第２００４０１８７９１１号明細書および同第２００６００９０７９１号明細書に記載されている。
【００５２】
いくつかの実施形態において、電極１２０を形成するために上述の材料の組み合わせを使用することができる。
任意選択的に、光電池１０１は、正孔阻止層１３０を含むことができる。正孔阻止層は、光電池１０１の中で用いられる厚さにおいて、電極１２０へ電子を輸送し、電極１２０への正孔の輸送を実質的に阻止する材料から一般に形成される。正孔阻止層を形成することができる材料の例として、ＬｉＦ、金属酸化物（例えば、酸化亜鉛、酸化チタン）およびアミン（例えば、第一アミン、第二アミン、第三アミン）が挙げられる。正孔阻止層で使用するに適しているアミンの例は、例えば、同時係属中の米国特許出願公開第２００８−０２６４４８８号明細書に記載されている。
【００５３】
理論に束縛されることを望むものではないが、光電池１０１がアミンから作られた正孔阻止層を含む場合、正孔阻止層は、紫外線にさらされることなく、光活性層１４０と電極１２０との間のオーム接触の形成を促進することができ、それによって、紫外線露光に起因する、光電池１０１への損傷を減少すると考えられる。
【００５４】
典型的には、正孔阻止層１３０は、少なくとも約０．０２マイクロメートル（約０．０２ミクロン）（例えば少なくとも約０．０３マイクロメートル（約０．０３ミクロン）、少なくとも約０．０４マイクロメートル（約０．０４ミクロン）、または少なくとも約０．０５マイクロメートル（約０．０５ミクロン））の厚さで、および／または、多くとも約０．５マイクロメートル（約０．５ミクロン）（例えば多くとも約０．４マイクロメートル（約０．４ミクロン）、多くとも約０．３マイクロメートル（約０．３ミクロン）、多くとも約０．２マイクロメートル（約０．２ミクロン）、または多くとも約０．１マイクロメートル（約０．１ミクロン））の厚さである。
【００５５】
光活性層１４０は、電子受容体材料（例えば有機電子受容体材料）および電子供与体材料（例えば有機電子供与体材料）から一般に形成される。
いくつかの実施形態において、電子供与体材料は、以下のモノマー繰り返し単位の１つまたは複数を含有する光活性ポリマー（例えば共役ポリマー）を含むことができる：ベンゾジチオフェン部分、シクロペンタジチアゾール部分、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、ジチエノピロール部分、ジベンゾシロール部分、チエノチオフェン部分、カルバゾール部分、ジチエノチオフェン部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、シクロペンタジチオフェン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、チオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンゾオキサゾール部分、ベンゾイミダゾール部分、キノキサリン部分、ピリドピラジン部分、ピラジノピリダジン部分、ピラジノキノキサリン部分、チアジアゾロピリジン部分、チアジアゾロピリダジン部分、ベンゾオキサジアゾール部分、オキサジアゾロピリジン部分、オキサジアゾロピリダジン部分、ベンゾセレナジアゾール部分、ベンゾビスオキサゾール部分、チエノチアジアゾール部分、チエノピロールジオン部分、またはテトラジン部分。上に述べた「部分」は、１つまたは複数のハロ（ｈａｌｏ）（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ）、Ｃ１〜Ｃ２４アルキル、Ｃ１〜Ｃ２４アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ３〜Ｃ２４シクロアルキル、Ｃ３〜Ｃ２４ヘテロシクロアルキル、ＣＯＲ、ＣＯＯＲ、ＣＯ−Ｎ（ＲＲ’）、ＣＮ、または、ＳＯ３Ｒによって置き換えることができ、ここで、ＲおよびＲ’の各々は、独立して、Ｈ、Ｃ１〜Ｃ２４アルキル、アリール、ヘテロアリール、Ｃ３〜Ｃ２４シクロアルキル、またはＣ３〜Ｃ２４ヘテロシクロアルキルである。光活性ポリマーは、ホモポリマー、または上記のモノマー繰り返し単位の２つ以上を含む共重合体であり得る。
【００５６】
いくつかの実施形態において、光活性層１４０の電子受容体材料は、フラーレンを含むことができる。いくつかの実施形態において、光活性層１４０は、１つ又は複数の非置換フラーレン、および／または、１つまたは複数の置換フラーレンを含むことができる。非置換フラーレンの例として、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４およびＣ９２が挙げられる。置換フラーレンの例として、フェニル酪酸メチルエステル（Ｃ６１−ＰＣＢＭおよびＣ７１−ＰＣＢＭなどのＰＣＢＭ）で置換されたフラーレン；または、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシで置換されたフラーレン、もしくは、任意選択的にＣ１〜Ｃ２０アルコキシ、および／または、ハロ（ｈａｌｏ）（例えば、（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＨ３またはＯＣＨ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３）でさらに置換されたフラーレン；が挙げられる。理論に束縛されることを望むものではないが、長鎖アルコキシ基（例えばオリゴマーのエチレンオキシド）またはフッ素添加されたアルコキシ基と置き換えられたフラーレンは、有機溶媒の中での溶解度が改善され、改善された形態を備えた光活性層を形成することができると考えられる。フラーレンの他の例は、例えば、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００５−０２７９３９９号明細書に記載されている。いくつかの実施形態において、電子受容体材料は、前段落に記載された光活性ポリマーの１つまたは複数を含むことができる。実施形態によっては、電子受容体材料（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｃｃｅｐｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（例えば上述のフラーレンおよび光活性ポリマー）の組み合わせを、光活性層１４０の中で用いることができる。
【００５７】
電子供与体材料および電子受容体材料（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｃｃｅｐｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の他の例は、例えば、同一権利者による米国特許第７，７７２，４８５号明細書および同第７，７８１，６７３号明細書、米国特許出願公開第２００７−００１７５７１号明細書、同第２００７−００２０５２６号明細書、同第２００８−００８７３２４号明細書、同第２００８−０１２１２８１号明細書、同第２０１０−００３２０１８第号明細書、および国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２０２２７号パンフレットに記載されている。
【００５８】
一般に、光活性層１４０の厚さは、電子と正孔を生成するための入射光を吸収するために十分に大きく、かつ、生成された電子または正孔の隣接の層への輸送を可能にするために十分に小さくあるべきである。典型的に、光活性層１４０の厚さは少なくとも約５０マイクロメートル（約５０ミクロン）（例えば、少なくとも約７５マイクロメートル（約７５ミクロン）、少なくとも約１００マイクロメートル（約１００ミクロン）、少なくとも約１２５マイクロメートル（約１２５ミクロン）、少なくとも約１５０マイクロメートル（約１５０ミクロン）、または少なくとも約２００マイクロメートル（約２００ミクロン））であり、および／または、多くとも約３００マイクロメートル（約３００ミクロン）（例えば、多くとも約２５０マイクロメートル（約２５０ミクロン）、多くとも約２００マイクロメートル（約２００ミクロン）、または多くとも約１５０マイクロメートル（約１５０ミクロン））である。
【００５９】
任意選択的に、光電池１０１は、正孔キャリア層１５０を含むことができる。正孔キャリア層１５０は、光電池１０１の中で用いられる厚さにおいて、電極１６０へ正孔を輸送し、電極１６０への電子の輸送を実質的に阻止する材料から一般に形成される。層１５０を形成することができる材料の例として、ポリチオフェン（例えばＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、およびそれらの共重合体が挙げられる。いくつかの実施形態において、正孔キャリア層１５０は、上記の材料のうちの１つと組み合わせて用いるドーパントを含むことができる。ドーパントの例として、ポリ（スチレンスルホネート）、ポリマー性スルホン酸またはフッ化ポリマー（例えば、フッ素添加されたイオン交換ポリマー）が挙げられる。
【００６０】
いくつかの実施形態において、正孔キャリア層１５０の形成に用いることができる材料として、酸化チタン、酸化亜鉛、タングステン酸化物、酸化モリブデン、酸化銅、ストロンチウム酸化銅またはストロンチウム酸化チタンなどの金属酸化物が挙げられる。金属酸化物は、ドープしなくても、またはドーパントでドープしてもいずれでもよい。金属酸化物用のドーパントの例として、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物の、塩または酸が挙げられる。
【００６１】
いくつかの実施形態において、正孔キャリア層１５０の形成に用いることができる材料は、炭素同素体（例えばカーボンナノチューブ）を含む。炭素同素体は、高分子結合剤に埋め込むことができる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、正孔キャリア材料はナノ粒子の形態であり得る。ナノ粒子は、球状、円筒状、または棒状の形状などのいかなる適切な形状もとり得る。
いくつかの実施形態において、正孔キャリア層１５０は、上述された正孔キャリア材料の組合せを含むことができる。
【００６３】
一般に、正孔キャリア層１５０の厚さ（すなわち、光活性層１４０に接する正孔キャリア層１５０の表面と、正孔キャリア層１５０に接する電極１６０の表面との間の距離）は、所望により変えることができる。典型的に、正孔キャリア層１５０の厚さは、少なくとも約０．０１マイクロメートル（約０．０１ミクロン）（例えば、少なくとも約０．０５マイクロメートル（約０．０５ミクロン）、少なくとも約０．１マイクロメートル（約０．１ミクロン）、少なくとも約０．２マイクロメートル（約０．２ミクロン）、少なくとも約０．３マイクロメートル（約０．３ミクロン）、または少なくとも約０．５マイクロメートル（約０．５ミクロン））であり、および／または、多くとも約５マイクロメートル（約５ミクロン）（例えば、多くとも約３マイクロメートル（約３ミクロン）、多くとも約２マイクロメートル（約２ミクロン）、または多くとも、約１マイクロメートル（約１ミクロン））である。いくつかの他の実施形態において、正孔キャリア層１５０の厚さは、約０．０１マイクロメートル（約０．０１ミクロン）〜約０．５マイクロメートル（約０．５ミクロン）である。
【００６４】
電極１６０は、電極１２０に関して上述された、１つまたは複数の電導体材料などの電導体材料から一般に形成される。いくつかの実施形態において、電極１６０は電導体材料の組合せから形成される。実施形態によっては、電極１６０は、メッシュ電極から形成することができる。その他の実施形態において、電極１６０は、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００８−０２３６６５７号明細書において開示されたものなどの、ポリマーマトリクスの中に分散した金属ナノ粒子（例えば、銀ナノロッド）から形成することができる。
【００６５】
一般に、上述の光電池１０１の各層を作製する方法は、所望により変わってもよい。いくつかの実施形態において、層は液体ベースのコーティング工程によって作製することができる。実施形態によっては、層は、化学的気相成長プロセスまたは物理的気相成長プロセスなどの気相ベースのコーティング工程によって作製することができる。
【００６６】
本明細書で述べる用語「液体ベースコーティング工程」は液体ベースコーティング組成物を用いる工程を指す。液体に基づいたコーティング組成物の例として、溶液、分散液、または懸濁液が挙げられる。液体ベースコーティング工程は、次の工程：溶液塗布、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷またはスクリーン印刷、の少なくとも１つを使用することにより行なうことができる。液体ベースコーティング工程の例は、例えば、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００８−０００６３２４号明細書に記載されている。
【００６７】
いくつかの実施形態において、層が無機の半導体ナノ粒子を含んでいる場合、液体ベースコーティング工程は、（１）分散液を形成するためにナノ粒子を溶媒（たとえば、水溶媒または無水アルコール）と混合すること、（２）基板上に分散液を塗布すること、そして（３）塗布された分散液を乾燥すること、によって実施できる。実施形態によっては、無機金属酸化物ナノ粒子を含む層を作製するための液体ベースコーティング工程は、（１）分散液を形成するために、適切な溶媒（たとえば、無水アルコール）の中で前駆体（たとえば、チタン塩）を分散させること、（２）基板上に分散液を塗布すること、（３）無機半導体ナノ粒子層（たとえば、酸化チタンナノ粒子層）を形成するために、分散液を加水分解すること、および（４）無機半導体材料酸化膜を乾燥すること、によって実施できる。実施形態によっては、液体ベースコーティング工程はゾルゲル法によって（例えば、基板上に分散液を塗布する前に、分散液中にゾルゲルとして金属酸化物ナノ粒子を形成することによって）実施できる。
【００６８】
一般に、有機半導体材料を含む層の作製に使われる液体ベースコーティング工程は、無機半導体材料を含む層を作製するために使用される工程と同じでも、別でもあり得る。いくつかの実施形態の中で、有機半導体材料を含む層を作成するために、液体ベースコーティング工程は、溶液または分散液を形成するために有機半導体材料を溶媒（例えば、有機溶媒）と混合し、基板上に溶液または分散液を塗布し、塗布された溶液または分散液を乾燥することにより実施できる。
【００６９】
いくつかの実施形態において、光電池１０１は、ロールツーロール法などの連続製造プロセスの中で作成することができ、それにより製造コストを著しく低減する。ロールツーロール法の例は、例えば、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００５−０２６３１７９号明細書に記載されている。
【００７０】
一般に、使用中に入射光は基板１１０の表面に当たることができ、基板１１０、電極１２０および任意選択の正孔阻止層１３０を通過する。次いで、光は、光活性層１４０と相互に作用し、電子が電子供与体材料（例えば、共役ポリマー）から電子受容体材料（例えば、置換フラーレン）へ転送されるようにする。次いで、電子受容体材料は、電子を任意選択の正孔阻止層１３０を通して電極１２０に送り、かつ、電子供与体材料は、正孔を正孔キャリア層１５０を通して電極１６０に送る。電子が、電極１２０から負荷を経由して電極１６０へ通過するように、電極１２０および１６０は外部負荷を介して電気的導通がある。バリア層１９０、粘着層１８０、および緩衝層１７０が透明な場合、入射光は、これらの層も通過することができ、電子及び正孔を生成する光活性層１４０と相互に作用する。
【００７１】
いくつかの特定の実施形態を開示しているが、その他の実施形態も可能である。
いくつかの実施形態において、光電池１０１は、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００７−０２４６０９４号明細書、同第２００７−０１８１１７９号明細書、同第２００７−０２７２２９６号明細書、および同第２００９−０２１１６３３号明細書に記載されたものなどのタンデム型光電池であってもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態において、光電池１０１は、下部電極としてのカソードおよび上部電極としてのアノードを含む。いくつかの実施形態において、光電池１０１は、下部電極としてのアノードおよび上部電極としてのカソードを含み得る。
【００７３】
いくつかの実施形態において、光電池１０１は、図１に示す層を逆の順序で含むことができる。言いかえれば、光電池１０１は、これらの層を、下部から上部へ次の順番：バリア層１９０、粘着層１８０、緩衝層１７０、電極１６０、任意選択の正孔キャリア層１５０、光活性層１４０、任意選択の正孔阻止層１３０、電極１２０および基板１１０、で含むことができる。
【００７４】
いくつかの実施形態において、光起電力モジュール１００は、電気的に直列に接続されている複数の光電池１０１を含む。いくつかの実施形態において、光起電力モジュール１００は、電気的に並列に接続されている複数の光電池１０１を含む。実施形態によっては、光起電力モジュール１００内のいくつかの光電池１０１は、電気的に直列に接続され、かつ、光起電力モジュール１００内のいくつかの光電池１０１は、電気的に並列に接続される。
【００７５】
有機光電池を記述してきたが、その他の光電池も、本明細書に記述された光起電力モジュール１００に含むことができる。そのような光電池の例として、色素増感光電池、およびアモルファスシリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、銅インジウムセレニド、および銅インジウムガリウムセレニドで作られた光活性材料を備えた無機の光活性電池が挙げられる。いくつかの実施形態において、ハイブリッド型光電池を、本明細書で記述された光起電力モジュール１００に含むことができる。
【００７６】
光電池について記述してきたが、いくつかの実施形態において、本明細書で記述した緩衝層は、その他のデバイスおよびシステムの中で用いることができる。例えば、緩衝層は、電界効果トランジスタ、光検出器（例えば、ＩＲ検出器）、光起電力検出器、画像化装置（例えば、カメラまたは画像診断システム用のＲＧＢ画像化装置）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、または、赤外線もしくは近赤外線のＬＥＤ）、レーザーデバイス（ｌａｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）、変換層（例えば、可視の発光を赤外線発光に変換する層）、遠隔通信のための増幅器およびエミッター（例えば、ファイバー用ドーパント）、記憶素子（例えば、ホログラフィーの記憶素子）、および、エレクトロクロミックデバイス（例えばエレクトロクロミックディスプレー）などの適切な有機半導体のデバイスの中で用いることができる。
【００７７】
本明細書で引用されたすべての刊行物の内容（例えば、特許、特許出願公開、および記事）は、参照によりその全体が本明細書に包含される。
以下の実施例は例示であり、これに限定されるものではない。
【実施例】
【００７８】
次の６つの光起電力モジュールを作製した：（１）緩衝層を有さず、光活性ポリマーとして、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  Ｉ  緩衝層なし」）、（２）ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２を含む緩衝層を有し、光活性ポリマーとして、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  Ｉ  ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２の緩衝層あり」）、（３）ポリウレタンを含む緩衝層を有し、光活性ポリマーとして、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  Ｉ  コーティング可能な緩衝層あり」）、（４）緩衝層を有さず、光活性ポリマーとして、ポリシラシクロペンタジチオフェン共重合体を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  ＩＩ  緩衝層なし」）、（５）ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２を含む緩衝層を有し、光活性ポリマーとして、ポリシラシクロペンタジチオフェン共重合体を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  ＩＩ  ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２の緩衝層あり」）、および（６）ポリウレタンを含む緩衝層を有し、光活性ポリマーとして、ポリシラシクロペンタジチオフェン共重合体を含む光起電力モジュール（「ＯＰＶ  Ｇｅｎ  ＩＩ  コーティング可能な緩衝層あり」）。
【００７９】
各モジュールは、連続的なコーティング工程を用いることにより相互に接続した１０個の光電池を含む。光電池は、同一権利者による同時係属中の米国特許出願公開第２００８−００８７３２４号明細書の例６に記載された方法によって作製した。モジュールは以下のように外装した。
【００８０】
モジュール（１）および（４）の各々は、最初に、相互に接続された光電池を銅テープで両方の電極ターミナルに付けることにより作製した。次いで、相互に接続された光電池の両側に、１０〜２０マイクロメートル（１０〜２０ミクロン）の硬化性のエポキシドを含有する材料を塗布し、透明バリアフィルムで積層した。続いて、このように形成された物品を、７０℃〜１００℃で５分間硬化し、モジュール（１）または（４）を形成した。
【００８１】
モジュール（２）および（５）の各々は最初に、相互に接続された光電池を銅テープで両方の電極ターミナルに付けることにより作製した。次いで、相互に接続された光電池の両面に５０．８〜２５４マイクロメートル（２〜１０ｍｉｌ）のＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２膜を、加熱式ラミネータを用いて熱間積層（ｈｏｔ  ｌａｍｉｎａｔｅ）した。続いて、ＳＵＲＬＹＮ（Ｒ）  １７０２膜に、１０〜２０マイクロメートル（１０〜２０ミクロン）の硬化性のエポキシドを含有する材料を塗布し、透明バリアフィルムで積層した。次いで、このように形成された物品を、７０℃〜１００℃で５分間硬化し、モジュール（２）または（５）を形成した。
【００８２】
モジュール（３）および（６）の各々は最初に、相互に接続された光電池を銅テープで両方の電極ターミナルに付けることにより作製した。次いで、相互に接続された光電池の両側に、ジイソシアネートとポリオールを含有する混合物を塗布し、７０℃で硬化し、緩衝層を形成した。続いて、緩衝層に、１０〜２０マイクロメートル（１０〜２０ミクロン）の硬化性のエポキシド含有材料を塗布し、透明バリアフィルムで積層した。次いで、このように形成された物品を、７０℃〜１００℃で５分間硬化し、モジュール（３）または（６）を形成した。
【００８３】
モジュール（ｌ）〜（６）を、安定性について、６５℃および相対湿度（ＲＨ）８５％の高温高湿オーブン内で試験した。モジュールの性能を、ＡＭ  １．５条件の下、模擬太陽光を用いて測定した。試験中に、モジュールを、周期的にオーブンから取り出し、それらの性能に関して測定し、オーブンの中に戻した。テスト結果を図４〜６に示す。
【００８４】
図４〜６に示すように、モジュール（１）および（４）の直列抵抗、効率、および曲線因子は、６５℃および相対湿度８５％において約１００日後に、著しく悪化した。意外にも、モジュール（２）、（３）、（５）、および（６）の直列抵抗、効率、および曲線因子は、６５℃および相対湿度８５％において４００日以上後でも比較的一定のままであった。
【００８５】
その他の実施形態は特許請求の範囲にある。
【図２】
2013522879.tif 000003
【図３】
2013522879.tif 000004
【図１】
2013522879.tif 000005
【図４】
2013522879.tif 000006
【図５】
2013522879.tif 000007
【図６】
2013522879.tif 000008
【国際調査報告】
2013522879.tif 000009
2013522879.tif 000010
2013522879.tif 000011