(57)【要約】  直列に配置された光起電デバイスセル（１０Ａ、１０Ｂ）を備えている光起電デバイス（１０）が提供される。各セルは、透明電極層領域と電気接触を形成する透明電極層領域導電体（１２１Ａ、．．．１２４Ａ）と、透明電極領域（１１Ａ、１１Ｂ）上に、及び該それぞれの組の該１以上の導体の該絶縁された部分上に、延在する光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ）と、該光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ）上に延在するさらなる電極領域（１５Ａ、１５Ｂ）とを有する。光起電デバイスセル（１０Ａ）のさらなる電極領域（１５Ａ）は、後続の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の導電体の露出された端部（１２Ｂ１）によって形成される電気接点上に延在する。【選択図】  図４Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の直列に相互接続された光起電デバイスセル（１０Ａ、．．．、１０Ｄ）の少なくとも１対を備えている光起電デバイス（１０）を製造する方法であって、該光起電デバイスセル（１０Ａ、．．．、１０Ｄ）は連続方向（ＤＳ）において互いに連続しており、該方法が、
上記連続方向において互いに独立しているそれぞれの透明電極層領域（１１Ａ、．．．、１１Ｄ）を有する透明電極層を用意すること、
各透明電極領域の表面上に１以上の電気導体（１２１Ａ、．．．１２４Ａ）のそれぞれの組（１２Ａ）を形成すること、ここで、該電気導体は、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有し、ここで、該第２の主面は、該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する露出された端部部分（１２１Ａ１）を有し、該第２の主面の残りの部分（１２１Ａ２）は電気的に絶縁されている、
それぞれの光起電層部分（１４Ａ、．．．、１４Ｄ）を堆積すること、ここで、各光起電層部分は、該それぞれの透明電極領域（１１Ａ、．．．、１１Ｄ）上に、及び該それぞれの組の該１以上の導体の該絶縁された部分上に延在する、並びに
該それぞれの光起電層領域（１４Ａ、．．．、１４Ｄ）上に延在するそれぞれのさらなる電極領域（１５Ａ、．．．、１５Ｄ）を、光起電デバイスセルごとに堆積すること、ここで、該第１の光起電層領域（１４Ａ）上に延在する該さらなる電極領域（１５Ａ）はまた、該第２の透明電極層領域（１１Ｂ）上に形成された１以上の電気導体（１２１Ｂ、１２２Ｂ、１２３Ｂ、１２４Ｂ）の該組（１２Ｂ）の該露出された端部によって形成された該電気接点上に延在する、
の工程を含む、前記方法。
【請求項２】
それぞれの組を形成する工程は、各自のそれぞれの第１の透明電極領域（１１Ａ）との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有する１以上の電気導体（１２１Ａ、１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ）の該組（１２Ａ）を形成する為に、該透明電極の該表面上に導電性材料を堆積する第１の下位工程と、各自の端部部分（１２１Ａ１）を露出されたままに残して、該１以上の電気導体（１２１Ａ、１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ）の各々の該第２の主面の該残りの部分上にそれぞれの電気絶縁層（１３１Ａ、１３２Ａ、１３３Ａ、１３４Ａ）を堆積する第２の下位工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
それぞれの組を形成する工程は、該透明電極の該表面上に導電性材料の前駆体を堆積する第１の下位工程と、該前駆体を硬化させて、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有する１以上の電気導体の該組を形成する中間下位工程と、該さらなる電気接点を形成する為に該端部部分を露出されたままに残して、該第２の主面の該残りの部分上に電気絶縁材料を堆積する第２の下位工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
光起電部分の電気導体の組の中の電気導体が、直後に続く光起電部分の電気導体の組の中の該電気導体と位置合わせされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
光起電層部分が、複数のサブ層のスタックとして形成され、少なくとも光起電サブ層を備えており、及び任意的に、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層及び正孔輸送層のうちの１以上を備えている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
上記連続方向において互いに独立しているそれぞれの透明電極層領域（１１Ａ、．．．、１１Ｄ）を有する透明電極層を用意する工程が、透明な導電性材料からなる連続した透明電極層を堆積し、そして引き続き、形成されるべき該第１及び該第２の直列に相互接続された光起電デバイスセルの該透明電極領域同士の間の境界に沿って透明な導電性材料を切除することを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
形成されるべき該境界がジグザグであり、従って該第１及び該第２の光起電デバイスセル（１０Ａ、１０Ｂ）の該透明電極層領域（１１Ａ、１１Ｂ）の端部部分同士が互いにかみ合わせられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
該第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の該透明電極層領域（１１Ｂ）の該端部部分上に該１以上の電気導体（１２１Ｂ、．．．１２４Ｂ）を堆積すること、及び、それぞれの電気絶縁層を堆積する際には、該透明電極層領域（１１Ｂ）の該端部部分上に延在する側において該１以上の電気導体の端部部分を空いたままに残すこと、を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）と、連続方向（ＤＳ）において該第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）の後に続き、且つ該第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）と電気的に直列接続された第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）と、の第１の対（１０Ａ、１０Ｂ）を少なくとも備えている光起電デバイス（１０）であって、各光起電デバイスセル（１０Ａ、１０Ｂ）が、
それぞれの透明電極層領域（１１Ａ、１１Ｂ）、ここで、該透明電極層領域（１１Ａ、１１Ｂ）が上記連続方向において互いに独立している、
各透明電極領域の表面上に配置されている１以上の電気導体（１２１Ａ、．．．１２４Ａ）のそれぞれの組（１２Ａ、１２Ｂ）、ここで、該電気導体は、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ上記主面と反対側の第２の主面を有し、ここで、該第２の主面は、該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する露出された端部部分（１２１Ａ１）を有し、該第２の主面の残りの部分（１２１Ａ２）は電気的に絶縁されている、
それぞれの光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ）、ここで、各光起電スタック部分は、該それぞれの透明電極領域（１１Ａ、１１Ｂ）上に、及び該それぞれの組の該１以上の導体の該絶縁された部分上に、延在しており、並びに
該それぞれの光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ）上に延在するそれぞれのさらなる電極領域（１５Ａ、１５Ｂ）、ここで、少なくとも第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）の該それぞれのさらなる電極領域（１５Ａ）は、少なくとも第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の１以上の電気導体の該組（１２Ｂ）の該露出された端部（１２Ｂ１）によって形成された該電気接点上に延在する、
を備えている、前記光起電デバイス（１０）。
【請求項１０】
少なくとも第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の１以上の電気導体の該組（１２Ｂ）の該露出された端部（１２Ｂ１）は、少なくとも第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）の該１以上の電気導体の各電気導体の該第２の主面の残りの電気的に絶縁された部分（１２１Ａ２）上に延在する、請求項９に記載の光起電デバイス。
【請求項１１】
少なくとも第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）の１以上の電気導体の該組（１２Ａ）は、少なくとも第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の１以上の電気導体の該組（１２Ｂ）の該露出された端部（１２Ｂ１）を越えて、該連続方向に延在しており、少なくとも第１の光起電デバイスセル（１０Ａ）の該１以上の電気導体の各々は、少なくとも第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の該１以上の電気導体の各々に対して該連続方向を横断する方向にずらされている、請求項９に記載の光起電デバイス。
【請求項１２】
該第１及び該第２の光起電デバイスセル（１０Ａ、１０Ｂ）の該透明電極層領域（１１Ａ、１１Ｂ）同士が、ジグザグの境界を有し、該第１及び該第２の光起電デバイスセル（１０Ａ、１０Ｂ）の該透明電極層領域（１１Ａ、１１Ｂ）の端部部分が、互いにかみ合わせられており、該１以上の電気導体（１２１Ｂ、．．．１２４Ｂ）は、各自の露出された端部部分を該第２の光起電デバイスセル（１０Ｂ）の該透明電極層領域（１１Ｂ）の該端部部分上に重ねられた状態で延在する、請求項１１に記載の光起電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電デバイスに関する。
【０００２】
本発明はさらに、該光起電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光起電セルは典型的に、一対の電極の間に配置された光起電層を備えている。該光起電層は、複数のサブ層（sub-layers）のスタックとして形成されうる。該電極の少なくとも一方は、太陽放射が該光起電層に到達することを可能にする為に実質的に透明であるべきである。実質的に透明な該電極は通常、導電性材料、例えば金属、のパターン化された層によりシャントされる。該導電性材料は通常、不透明であるが、パターン化された層が、太陽放射を該光起電層に到達することを可能にする開口部を形成する。光起電デバイスは典型的には、複数のそのようなデバイスセルを直列配置で備えている。それにより、相対的に高い電圧且つ低い電流での動作が可能にされ、抵抗損を低減させるように引き起こされることができる。抵抗損は、効率を直接損なうだけでない。また、放散されたエネルギーの結果として生成される熱が温度の上昇を生じさせ、それにより光起電変換効率に負の影響を与える為、間接的にもそれによって効率が損なわれる。該セルの間の電気的直列接続を作り出す為の典型的な解決法は、機能層を互いの上に重ねて適用し、且つ該セルの全長に沿って流れ方向にＰ２レーザスクライブで材料を選択的に除去することである。底部電極が露出され、及び頂部電極材料が適用される場合に頂部電極と底部電極とが電気的に直列接続される。該電気的な直列接続は、該セルの全長に沿っている。特に、光起電材料としてペロブスカイトを用いる光起電デバイスにおいて、このプロセスにおいて除去される材料が空中に浮遊した状態になって基板及び周辺を汚染することは不利点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この不利点を少なくとも軽減する、改良された方法を提供することが一つの目的である。
【０００５】
該改良された方法による製造を可能にする設計を有する改良された光起電デバイスを提供することがさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下で使用される表現「層」は、厚さ寸法よりも実質的に大きいサイズの横寸法を有する要素を云うことに留意されたい。層は、１以上のサブ層を含みうる。例えば、光起電層又はその横部分が、光子放射を受け取ることに応じて、電荷キャリアを実際に生成する変換に加えて、該変換層がその間に挟まれる電荷キャリアサブ層の対をさらに備えうる。そして、該変換層は、正にドープされ且つ負にドープされたサブ層を備えうる。また、固有の波長範囲に対する特定の感度を各々が有する変換サブ層の組み合わせが提供されうる。別の例として、電極層が、様々な導電性層を備えうる。例えば、相対的に厚い、例えば１００〜数百ｎｍ、例えば１９０ｎｍ、の厚さを有する、アルミニウムサブ層が、数ｎｍ、例えば５ｎｍ、の厚さを各々が有する相対的に薄いニッケルサブ層の対の間に挟まれる。
【０００７】
それに従い、請求項１に特許請求されている方法が提供される。
【０００８】
該特許請求されている方法は、下記の工程を含む。
【０００９】
第１及び第２の透明電極層領域の少なくとも第１の対を備えている透明電極層を基板上に用意すること、ここで、該第１及び該第２の透明電極層領域は、連続方向において互いに異なっている。該連続方向は例えば、基板が移送される方向に対応しうる。該透明電極層は好適には、透明な導電性材料、例えばＩＴＯのような金属酸化物、又は有機透明導電性材料でありうる。透明電極層は、連続堆積法によって基板上に用意され、そして、引き続き、例えばレーザ切除工程により、第１及び第２の透明電極層領域の少なくとも第１の対に分割されうる。代替的には、該透明な導電性材料は、例えばインクジェット印刷のような印刷方法を使用して、又は周期的に中断されるスロット・ダイ・コーティングプロセス（slot-die  coating  process）を使用して、第１及び第２の透明電極層領域の第１の対として直接施与されうる。
【００１０】
各透明電極領域の表面上に１以上の電気導体のそれぞれの組を形成すること、ここで、該電気導体は、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ上記主面と反対側の第２の主面を有し、ここで、該第２の主面は、該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する露出された端部部分を有し、該第２の主面の残りの部分は電気的に絶縁されている。
【００１１】
それぞれの光起電層部分を堆積すること、ここで、各光起電層部分は、該それぞれの透明電極領域上に、及び該それぞれの組の該１以上の導体の該絶縁された部分上に延在する。上記で言及された通り、光起電層（部分）は、その例が以下に提示されている複数のサブ層（部分）を備えうる。
【００１２】
該それぞれの光起電層領域上に延在するそれぞれのさらなる電極領域を堆積すること、ここで、該第１の光起電層領域上に延在する該さらなる電極領域は、該第２の透明電極層領域上に形成された１以上の電気導体の該組の該露出された端部によって形成された該電気接点上にさらに延在する。
【００１３】
このようにして、直列に配置されている第１及び第２の光起電セルを有する光起電デバイスが得られ、ここで、該第１及び該第２の光起電セルはそれぞれ、第１及び第２の透明電極層領域において形成される。該方法は、切除工程の工程を不要にし、それにより、材料が浮遊した状態になること並びに該基板及び周辺を汚染することを回避する。実際には、光起電セルの第２の対、第３の対、．．．、第ｎの対を有する、より多数の光起電セルを有する光起電デバイスが、光起電セルの第２の対、第３の対、．．．、第ｎの対で形成されうる。そこでは、該第２の対は、該第２の光起電セル及び第３の光起電セルを備えており、ここで、該第２の光起電セルと該第３の光起電セルとの間の相互の配置は、該第１及び該第２の光起電セルの相互の配置と同様である。同じことが、該第３の光起電セルと第４の光起電セルとを備えている該第３の対などにも当てはまる。
【００１４】
一つの実施態様において、それぞれの組を形成する工程は、該透明電極の該表面上に導電性材料の前駆体を堆積する第１の下位工程と、該前駆体を硬化させて、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有する１以上の電気導体の該組を形成する中間下位工程と、該さらなる電気接点を形成する為に該端部部分を露出されたままに残して、該第２の主面の該残りの部分上に電気絶縁材料を堆積する第２の下位工程とを含む。
【００１５】
別の実施態様において、それぞれの組を形成する工程は、各自のそれぞれの第１の透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有する１以上の電気導体の該組を形成する為に、該透明電極の該表面上に導電性材料を堆積する第１の下位工程と、各自の端部部分を露出されたままに残して、該１以上の電気導体の各々の該第２の主面の該残りの部分上にそれぞれの電気絶縁層を堆積する第２の下位工程とを含む。該電気絶縁層は、該導電性材料が堆積された領域を越えて横方向に延在することができる。
【００１６】
一つの実施態様において、光起電セルの電気導体の組の中の電気導体は、直後に続く光起電セルの電気導体の組の中の該電気導体と位置合わせされる。
【００１７】
別の実施態様において、少なくとも第１の光起電デバイスセルの１以上の電気導体の該組は、少なくとも第２の光起電デバイスセルの１以上の電気導体の該組の該露出された端部を越えて、該連続方向に延在しており、少なくとも第１の光起電デバイスセルの該１以上の電気導体の各々は、少なくとも第２の光起電デバイスセルの該１以上の電気導体の各々に対して該連続方向を横断する方向にずらされている。このようにして、後続の光起電デバイスセルの間の隙間が縮小されることができ、これは該光起電デバイスの効率にとって好都合である。
【００１８】
一つの実施態様において、該第１及び該第２の光起電デバイスセルの該透明電極層領域同士が、ジグザグの境界を有し、該第１及び該第２の光起電デバイスセルの該透明電極層領域の端部部分が、互いにかみ合わせられており、該１以上の電気導体は、各自の露出された端部部分を該第２の光起電デバイスセルの該透明電極層領域の該端部部分上に重ねられた状態で延在する。このようにして、後続の光起電層領域及びさらなる電極層領域が、それらの堆積を容易にする線状の境界を有することができることが実現される。
【００１９】
上記で述べられた目的に従って、請求項９において特許請求されている光起電デバイスがまた提供される。
【００２０】
該特許請求されている光起電デバイスは、第１の光起電デバイスセルと、連続方向において該第１の光起電デバイスセルの後に続き、且つ該第１の光起電デバイスセルと電気的に直列接続された第２の光起電デバイスセルと、の第１の対を少なくとも備えている。該光起電デバイスの基板は、例えば樹脂ベース材料である。そのような樹脂ベース材料は好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）を包含する。他の樹脂材料は、ポリシクロオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、及びセルロース樹脂等を包含する。用途に依存して、該基板の厚さは、相対的に小さい値、例えば５０ミクロン、及び相対的に大きい値、例えば数ｍｍ又はそれ以上、の範囲で選択されうる。
【００２１】
各光起電デバイスセルは、それぞれの透明電極層領域と、１以上の電気導体のそれぞれの組と、それぞれの光起電スタック部分と、それぞれのさらなる電極領域とを備えている。
【００２２】
透明な導電性材料の例は、有機材料、例えばポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、又はドープされたポリマー、である。有機材料の他に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ：Indium  Tin  Oxide）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物：Indium  Zinc  Oxide）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ：Antimony  Tin  Oxide）、又は酸化スズのような、様々な無機の透明導電性材料が使用されることができる。酸化ニッケルタングステン、インジウムドープ酸化亜鉛、酸化マグネシウムインジウムを包含するがこれらに限定されない他の金属酸化物が機能することができる。透明な導電性電極層は、数十ｎｍ〜数百ｎｍ、例えば１００〜２００ｎｍ、例えば約１２０ｎｍ、の厚さを有しうる。
【００２３】
また、追加の層が、例えば水分及び酸素に対するバリアとして又はＵＶ放射等を遮断する為の機械的補強として、存在しうる。
【００２４】
該それぞれの透明電極層領域は、該連続方向において互いに独立している。
【００２５】
１以上の電気導体の該それぞれの組は、各透明電極領域の表面上に配置される。該電気導体は、それらのそれぞれの透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有し且つ該主面と反対側の第２の主面を有する。該第２の主面は、該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する露出された端部部分を有し、該第２の主面の残りの部分は電気的に絶縁されている。
【００２６】
該それぞれの光起電スタック部分は、該それぞれの透明電極領域上に、及び該それぞれの組の該１以上の導体の該絶縁された部分上に延在する。ペロブスカイト材料は、相対的に低い温度で処理されることが可能であり且つシリコンベースの光起電デバイスで実現されるものに近い変換効率を有するので、変換サブ層として使用する為の材料の重要なクラスである。一つの実施態様において、該ペロブスカイト材料からなる光電変換層が用意される。該ペロブスカイト材料は典型的に、ＡＢＸ３の結晶構造を有し、ここで、Ａはメチルアンモニウムとしての有機カチオン（ＣＨ３ＮＨ３）＋であり、Ｂは無機カチオン、通常は鉛（ＩＩ）（Ｐｂ２＋）、であり、Ｘはハロゲン原子、例えばヨウ素（Ｉ−）、塩素（Ｃｌ−）又は臭素（Ｂｒ−）、である。ペロブスカイト材料は、それらが相対的に容易に処理されることができ、ハロゲン化物含有量の適切な選択によってそれらのバンドギャップが所望の値に設定されることができるという点で特に有利である。典型的な例が、ハロゲン化物含有量に依存して１．５〜２．３ｅＶの光学バンドギャップを有するメチルアンモニウム鉛トリハライド（methylammonium  lead  trihalide）（ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３）である。別のより複雑な構造の例は、１．５〜２．２ｅＶのバンドギャップを有するセシウムホルムアミジニウム鉛トリハライド（Cesium-formamidinum  lead  trihalide）（Ｃｓ０．０５（Ｈ２ＮＣＨＮＨ２）０．９５ＰｂＩ２．８５Ｂｒ０．１５）である。他の金属、例えばスズ、が、ペロブスカイト材料中でＰｂの役割を取って替わりうる。その一つの例は、ＣＨ３ＮＨ３ＳｎＩ３である。また、１．２〜２．２ｅＶのより広いバンドギャップを有する、ＳｎとＰｂペロブスカイトの組み合わせが可能である。上記で指定された理由からペロブスカイト材料が好ましいが、他の材料、例えばセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ：copper  indium  gallium  selenide）、も好適である。
【００２７】
上記で言及されている通り、変換サブ層が、正孔輸送サブ層と電子輸送サブ層との間に挟まれうる。正孔輸送層の為の正孔輸送材料の例は、例えば、Kirk-Othmer  Encyclopedia  of  Chemical  Technology,  Fourth  Edition,  Vol.18,  p.837-860,  1996,  by  Y.  Wangに要約されている。正孔輸送分子とポリマーの両方が使用されることができる。この目的の為の典型的な例は、酸化ニッケルのような金属酸化物、及びＭｏＳｅのような他の化合物である。一つの実施態様において、正孔輸送サブ層は、１０〜２００ｎｍの厚さを有しうる。電子輸送サブ層が、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、及びＺｎＯ：Ｓのような金属酸化物から形成されうる。該電子輸送サブ層は、数ｎｍ（例えば５ｎｍ）〜数十ｎｍの厚さを有しうる。
【００２８】
該それぞれのさらなる電極領域は、該それぞれの光起電スタック部分上に延在する。すでに透明電極が該基板の側で存在するので、該さらなる電極領域が透明であることは必要でない。それにより、該さらなる電極は、導電性に関して譲歩がなされる必要がないように、相対的に大きい厚さを有することができる。それぞれのさらなる電極は例えば、アルミニウム、銀又は銅のような好適には導電性の材料からなる層で形成されうる。また、さらなる電極領域に分割されたさらなる電極層は、サブ層、例えば、１００〜数百ｎｍ又はそれ以上の厚さを有する、前述の好適には導電性の材料からなる相対的に厚い主サブ層、及び該主サブ層の一方の面又は両面にある相対的に薄い界面サブ層、例えば数ｎｍのＭｏ又はＮｉからなるサブ層、の組み合わせとして提供されうる。加えて、少なくとも第１の光起電デバイスセルの該それぞれのさらなる電極領域は、少なくとも第２の光起電デバイスセルの１以上の電気導体の該組の該露出された端部によって形成された電気接点上に延在する。
【００２９】
これら及び他の観点は、図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】図１Ａは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｆ】図１Ｆは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｇ】図１Ｇは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図１Ｈ】図１Ｈは、特許請求されている方法の第１の実施態様を概略的に示す。
【図２】図２は、特許請求されている光起電デバイスの一つの実施態様を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、特許請求されている方法の第２の実施態様の観点を概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、特許請求されている方法の第２の実施態様の観点を概略的に示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、特許請求されている方法の第２の実施態様の観点を概略的に示し、該方法の第２の実施態様の最後の工程において得られる、特許請求されている光起電デバイスの一つの実施態様を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、特許請求されている方法の第３の実施態様の観点を概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、特許請求されている方法の第３の実施態様の観点を概略的に示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、特許請求されている方法の第３の実施態様の観点を概略的に示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、特許請求されている方法の第３の実施態様の観点を概略的に示す。
【図４Ｅ】図４Ｅは、特許請求されている方法の第３の実施態様の観点を概略的に示し、該方法の第３の実施態様の最後の工程において得られる、特許請求されている光起電デバイスの一つの実施態様を示す。図４Ａ〜図４Ｅの各々において、上部は、該方法の工程において得られる半完成製品の上面図を示し、下部は、その半完成製品を透視視点から示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
様々な図面中の同様の参照符号は、特に指示されない限り同様の要素を示す。
【００３２】
図１Ａ〜図１Ｈは、光起電デバイスを製造する方法を示す。図１Ａは、該デバイスがその上に製造される基板５を示す。用途に応じて、該基板５は、ガラスのような硬質基板、又は、ポリマー、例えばＰＥＴ若しくはＰＥＮ、のような可撓性基板でありうる。
【００３３】
第１の工程（Ｓ１）において、それぞれの透明電極層領域１１Ａ、．．．、１１Ｄが堆積され、それらは連続方向ＤＳにおいて互いに独立している。該基板５は例えば、該連続方向と反対の移送方向に移送され、堆積デバイス、例えばプリンタ又はコータ（例えばスロット・ダイ・コータ）、が、独立した領域１１Ａ、．．．、１１Ｄを得る為に中断プロセスを規則的に中断しながら、透明電極層を形成する材料を堆積しうる。
【００３４】
第２の工程（Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ）において、１以上の電気導体１２１Ａ、．．．１２４Ａのそれぞれの組１２Ａが、各透明電極領域の表面上に形成される。この例において、複数の、ここでは４つの、電気導体が形成される。幾つかの実施態様において、該それぞれの組は、例えば該基板が相対的に小さい幅（該連続方向を横断する寸法として定義される）を有する用途において、単一の導体のみを有しうる。該電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａは、数ｃｍ〜数十ｃｍのオーダー、例えば約２５ｃｍ、の長さを有しうる。該電気導体は、数ｍｍ〜約数十ｍｍの間隔で、例えば４〜１０ｍｍの間隔で、例えば約６ｍｍの間隔で、配置されうる。該１以上の電気導体は、グリッド、例えば、１以上の横断電気導体、すなわち該基板の面と位置合わせされる方向に、しかし該連続方向を横切る方向に延在する電気導体をさらに有するグリッド、の一部でありうる。該電気導体は好ましくは、相対的に狭く、例えば５０〜２００ミクロンであり、従ってそれらは容易には目に見えず、又は少なくとも過度に多くの太陽放射を吸収することはない。該電気導体は例えば、銀又は銅を電気めっきすることによって得られうるが、印刷のような他の堆積方法がまた好適である。
【００３５】
該電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａは、対応する透明電極領域、ここでは領域１１Ａ、との電気接点を形成する第１の主面を有する。該電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａは、第１の主面の反対側には第２の主面を有する。該第２の主面は、露出された端部部分、例えば該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する、電気導体１２１Ａの露出された端部部分１２１Ａ１を有する。残りの部分（例えば電気導体１２１Ａの該第２の主面の残りの部分１２１Ａ２を参照）は、電気的に絶縁されている。該電気導体は、例えば、該第２の工程の第１の下位工程（Ｓ２Ａ）において堆積され、それら電気導体の該第２の主面の残りの部分は、該第２の工程の第２の下位工程（Ｓ２Ｂ）において電気的に絶縁されうる。該第１の下位工程Ｓ２Ａは例えば、電気めっきプロセスを伴いうる。しかしながら、他の堆積方法がまた適用可能である。例えば、該堆積は、印刷工程により、例えばインクジェット印刷により、実施されうる。その一つの実施態様において、前駆体が、該電気導体によって形成されるべきパターンで印刷され、続いて、該印刷された前駆体パターンが硬化される。次に、該電気導体の該第２の主面の該残りの部分上に絶縁材料を堆積する為に任意の堆積方法が工程Ｓ２Ｂにおいて使用されうる。
【００３６】
図１Ｅに示されている通り、次に、電気導体１２１Ｂ、．．．、１２４Ｂの第２の組１２Ｂが、第２の透明電極領域１１Ｂ上に堆積される。電気導体の該第２の組は、第１の組１２Ａの該電気導体の該第２の主面の該残りの部分１２１Ａ２上に堆積された該絶縁材料上に部分的に延在する。該第１の組１２Ａと同様に、電気導体の該第２の組１２Ｂの該第２の主面の残りの部分は絶縁されている。
【００３７】
図１Ｆに示されている通り、このプロセスは、電気導体の該第１の組１２Ａについて詳細に説明されている通り、全ての透明電極領域１１Ａ、．．、１１Ｄが電気導体の組を備えられるまで繰り返される。
【００３８】
次の工程Ｓ３において、複数の光起電層部分１４Ａ、．．．、１４Ｄが堆積される。該光起電層部分の各々は、固有の透明電極領域１１Ａ、．．．、１１Ｄ上に、及び対応する組の１以上の導体の絶縁された部分上に延在する。上記で言及されている通り、層部分は、複数の積層されたサブ層部分を備えうる。例えば光起電層部分１４Ａ、．．．、１４Ｄは各々、複数のサブ層のスタックでありうる。これらは順に堆積されうるが、代替的には、多層堆積技術、例えば多層コーティング技術、が適用されうる。全ての透明電極領域１１Ａ、．．、１１Ｄに電気導体の組が設けられるまで工程Ｓ３を遅らせる代わりに、代替的には、部分的に絶縁された電気導体の組が適用されるたびに光起電層部分を堆積することが可能である。例えば光起電層部分１４Ａは、図１Ｄに示されている工程Ｓ２Ｂの完了直後に堆積されうる。
【００３９】
後続の工程Ｓ４において、さらなる電極領域１５Ａ、．．．、１５Ｄが堆積される。それらの各々は、固有の光起電層領域１４Ａ、．．．、１４Ｄ上に延在する。該さらなる電極領域１５Ａはまた、該第２の透明電極層領域１１Ｂ上に形成された１以上の電気導体１２１Ｂ、１２２Ｂ、１２３Ｂ、１２４Ｂの該組１２Ｂの露出された端部によって形成された電気接点上にも延在する。それにより、直列に相互接続された第１の光起電デバイスセル１０Ａ及び第２の光起電デバイスセル１０Ｂの対が形成され、それらは該連続方向に互いに連続している。同様に、直列に相互接続された該第２の光起電デバイスセル１０Ｂ及び第３の光起電デバイスセル１０Ｃを備えている対が形成されること、並びに直列に相互接続された該第３の光起電デバイスセル１０Ｃ及び第４の光起電デバイスセル１０Ｄを備えている対が形成されることが実現される。全ての光起電層部分１４Ａ、．．、１４Ｄが堆積されるまで工程Ｓ４を遅らせる代わりに、代替的には、対応する光起電層部分、ここでは１４Ａ、が一旦存在すると、さらなる電極領域、例えば１５Ａ、を堆積することが可能である。
【００４０】
それと共に、図１Ｈは、第１の光起電デバイスセル１０Ａと、連続方向ＤＳにおいて該第１の光起電デバイスセル１０Ａの後に続き、且つ該第１の光起電デバイスセル１０Ａと電気的に直列接続された第２の光起電デバイスセル１０Ｂと、の少なくとも第１の対１０Ａ、１０Ｂを備えている光起電デバイス１０の例を示す。各光起電デバイスセル１０Ａ、…、１０Ｄは、それぞれの透明電極層領域１１Ａ、…、１１Ｄ（図１Ｂ参照）と、１以上の電気導体のそれぞれの組（図１Ｆ参照）と、それぞれの光起電スタック部分（図１Ｇ参照）と、それぞれのさらなる電極領域（図１Ｈ参照）とを備えている。
【００４１】
図１Ｂに示されている通り、該透明電極層領域１１Ａ、１１Ｂ等は、該連続方向ＤＳにおいて互いに独立している。
【００４２】
図１Ｆに示されている通り、１以上の電気導体１２１Ａ、．．．１２４Ａのそれぞれの組１２Ａ、組１２Ｂは、各透明電極領域の表面上に配置されている。該電気導体は、それらのそれぞれの対応する透明電極領域との電気接点を形成する第１の主面を有する。例えば図１Ｄに示されている通り、第１の組１２Ａの該電気導体は、第１の透明電極領域１１Ａに堆積され、該第１の透明電極領域１１Ａと電気的に接続されている。それらの固有の透明電極領域１１Ａの表面に接触するこの第１の主面の反対側において、該電気導体は第２の主面を有する。該第２の主面は、該連続方向から離れる方向にさらなる電気接点を形成する露出された端部部分（例えば図１Ｄの１２１Ａ１参照）を有する。該第２の主面の残りの部分１２１Ａ２は、電気的に絶縁されている。
【００４３】
該光起電デバイスセルの各々は、固有の光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ。図１Ｇ参照）を有する。各光起電スタック部分は、それぞれの固有の光起電デバイスセルの該透明電極領域（１１Ａ、１１Ｂ）上に、及びその透明電極領域に配置された該１以上の電気導体の絶縁された部分上に、延在する。
【００４４】
該光起電デバイスセルの各々は、自身の光起電スタック部分（１４Ａ、１４Ｂ）上に延在する固有のさらなる電極領域（１５Ａ、１５Ｂ）を有する。該固有のさらなる電極領域（１５Ａ）はまた、存在する場合には、後に続く該光起電デバイスセル（１０Ｂ）の１以上の電気導体の該組（１２Ｂ）の該露出された端部（１２Ｂ１）によって形成された該電気接点上に延在する。
【００４５】
一つの実施態様において、該光起電デバイスは、相対的に小さい値、例えば５０ミクロン、及び相対的に大きい値、例えば数ｍｍ又はそれ以上、の厚さを有する（例えば約１２５ミクロンの厚さを有する）ポリマー基板、例えばＰＥＴ基板、の上に用意される。各透明電極層部分に分割される透明な導電性層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：indium  tin  oxide）からなり、且つ約１２０ｎｍの厚さを有する。
【００４６】
例示的実施態様において、幅１００μｍ、高さ５μｍ、及び長さ１／４メートルに寸法設定された、電気めっきされた電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａの抵抗はおよそ８Ωである。
【００４７】
１ｋＷの太陽光パワーにおいて、１平方メートル分の２０％効率の太陽光セルは、２００Ｗ／平方メートルを与える。典型的なセル電圧は、１．１Ｖであり、１／４メートルのグリッド線長で６ｍｍの電気導体の間隔を有する（１メートル当たり１６６個）。それにより、電気導体によって伝導される電流は０．２７Ａのオーダーにあり、これは許容可能である。露出された端部を除いて、該電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａを覆う絶縁材料の層は、例えばこれら導体の各側において数十ミクロンだけ、これらの導体に対して横方向にわずかに延在する。そのため、この例において、幅１００μｍに寸法設定された該電気導体１２１Ａ、．．．、１２４Ａは、１５０μｍ幅の誘電体で覆われうる。使用される表面面積は、１６６×１５０μｍ、すなわち０．０２５ｍ２の面積であり、よって残りの有効面積（アパーチャ）は９７．５％となる。流れ方向に４つの直列接続を作る為に使用される表面面積はおよそ２％である（１つの直列接続当たり５ｍｍ）。該電気導体によって占められる面積と直列接続の為に必要とされる面積とを引いた後に残る最終的なアパーチャは、９７．５％×９８．０％＝９５．５％である。このアパーチャは、分割を行う為にＰ２レーザスクライブが使用される現在の太陽光セルモジュール（９５％）と比べて等しいか又はそれを上回る。
【００４８】
例えば該光起電デバイスにバリア層若しくは防傷層を用意する為に、又は電気端子を適用する為に、さらなる工程が実施されうる。
【００４９】
光起電層部分に分割されている光起電層は、正孔輸送サブ層、ペロブスカイト材料からなる変換サブ層、及び電子輸送サブ層のスタックを備えうる。
【００５０】
示されている実施態様において、該正孔輸送サブ層は、約５０ｎｍの厚さを有する酸化ニッケル層によって形成される。ペロブスカイト材料からなる該変換サブ層は、セシウムホルムアミジニウム鉛トリハライド（Cesium-formamidinum  lead  trihalide）（Ｃｓ０．０５（Ｈ２ＮＣＨＮＨ２）０．９５ＰｂＩ２．８５Ｂｒ０．１５）から形成され、且つ約１００ｎｍの厚さを有する。
【００５１】
該電子輸送サブ層は、約１５ｎｍの厚さを有するＴｉＯ２層である。
【００５２】
一例において、さらなる電極層部分に分割されるさらなる電極層は、約１９０ｎｍの厚さを有するアルミニウム層と、複数のニッケルサブ層の対と、ここで、該複数のニッケルサブ層のそれぞれが、該アルミニウム層が該複数のニッケルサブ層の間に挟まれる、数ｎｍ、例えば５ｎｍ、の厚さを有する、を備えうる。
【００５３】
図２は、工程１Ａ〜工程１Ｈに従う方法で得られた製品の別の図を示す。
【００５４】
図３Ａは、該方法の代替実施態様の一つの観点を示す。該透明電極領域１１Ａ、．．．、１１Ｄが該基板上に堆積される工程Ｓ１に続いて、１以上の電気導体の組１２Ａ、組１２Ｂ、組１２Ｃ、組１２Ｄが、各組がその隣の１以上の組に対して該連続方向を横断する方向にずらされるように、堆積される。例えば、図３Ａにおいて、組１２Ａの１以上の電気導体の各々が、組１２Ｂの１以上の電気導体の各々に対して該連続方向を横断する方向にずらされることが見られることができる。また、少なくとも第１の光起電デバイスセル１０Ａの１以上の電気導体の該組１２Ａは、少なくとも第２の光起電デバイスセル１０Ｂの１以上の電気導体の該組１２Ｂの該露出された端部１２Ｂ１を越えて、該連続方向に延在する。同じことが、組１２Ｂと組１２Ｃとの間の空間関係及び組１２Ｃと組１２Ｄとの間の空間関係に当てはまる。
【００５５】
図１Ａ〜図１Ｈを参照して説明された実施態様における通り、図３Ｂに示されている通り複数の光起電層部分１４Ａ、．．．、１４Ｄが堆積される。また、さらなる電極領域１５Ａ、．．．、１５Ｄが、図３Ｃに示されている通り堆積される。それらの各々は、固有の光起電層領域１４Ａ、．．．、１４Ｄ上に延在する。その上、後続領域を有する光起電セルのさらなる電極領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが、その後続領域に固有である１以上の電気導体の組の露出された端部１２Ｂ１、１２Ｃ１、１２Ｄ１によって形成された電気接点上に延在する。図３Ａ〜図３Ｃに示されている実施態様は、電気導体の該組１２Ａ、組１２Ｂ、組１２Ｃ、組１２Ｄの全てが、該電気導体のうち残りの露出されていない部位を覆う全ての絶縁層が施与される前に、最初に施与されることができるという点で有利である。
【００５６】
特許請求されている該方法のさらなる実施態様が図４Ａ〜図４Ｅに示されている。図４Ａに示されている通り、この方法において、該第１及び第２の光起電デバイスセル１０Ａ、１０Ｂの該透明電極層領域１１Ａ、１１Ｂには、ジグザグの境界１１ＡＢが設けられている。該第１及び第２の光起電デバイスセル１０Ａ、１０Ｂの該透明電極層領域１１Ａ、１１Ｂの端部部分１１Ｂ１は、互いにかみ合わされている。これは、パターン形成堆積法により、例えば印刷方法により、実現されうる。代替的には、これは、ブランケット堆積法（blanketwise  deposition  method）の後に、透明電極層の材料が該境界１１ＡＢの箇所で除去されるパターン形成工程によって該透明電極層が領域へと分割される工程を行うことにより実現されうる。これはレーザ切除により実施されうる。
【００５７】
図４Ｂにさらに示されている通り、該１以上の電気導体１２１Ｂ、．．．１２４Ｂは、それらが、各自の露出された端部部分１２１Ｂ１、．．．１２４Ｂ１を該第２の光起電デバイスセル１０Ｂの該透明電極層領域１１Ｂの該端部部分１１Ｂ１上に重ねられた状態で延在するように、堆積される。
【００５８】
該電気導体を覆う絶縁材料の層は、広がった端部部分を有し、該端部部分は、該電気導体を覆うだけでなく、透明電極層領域が後続の透明層領域とかみ合わせられる該透明電極層領域の端部部分も覆う。例えば図４Ｃに示されている通り、絶縁層部分１３４Ａは、第１の透明電極層領域の端部部分１１Ａ４を覆う、広がった端部部分１３４Ａ２を有する。
【００５９】
図４Ｄに示されている通り、対応する透明電極領域１１Ａ、１１Ｂ上に、及び対応する組の１以上の導体の絶縁された部分上に延在する光起電層部分１４Ａ、１４Ｂが堆積される。
【００６０】
後続の工程において、図４Ｅに示されている通り、対応する光起電層領域上に延在するさらなる電極領域１５Ａ、１５Ｂが堆積される。該さらなる電極領域１５Ａはまた、存在する場合には次の光起電デバイスセルの１以上の電気導体の該組１２Ｂの露出された端部によって形成された電気接点上に延在する。
【図１Ａ−１Ｄ】
2021531658.tif 000003
【図１Ｅ−１Ｈ】
2021531658.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
2021531658.tif 000006
【図３Ｂ】
2021531658.tif 000007
【図３Ｃ】
2021531658.tif 000008
【図４Ａ】
2021531658.tif 000009
【図４Ｂ】
2021531658.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
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