(57)【要約】　　　（修正有）【課題】色検知光化学太陽電池よりも安定で寿命が長く、シリコン系半導体太陽電池より安価な太陽電池を得る。【解決手段】多層ソリッド・ステート構造体を備え、この構造体は光検知性層と、薄い導電体と、電荷分離層と、後方オーム状導電体伝導とを含み、光吸収は光検知性層において生するので、生成された電荷キャリアは薄い導電体を通じて隣接するポテンシャルエネルギ障壁を介して移送される。太陽電池の開放回路電圧は、薄伝導体、電荷分離層、及び後方オーム状層を構成する材料の広い選択の中から選ぶことにより操作できる。【選択図】　図３
2004040074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスであって、
光検知性手段を含む光エネルギ変換層と、
２つの側面を有し、且つその第１の側面へ固定された前記光エネルギ変換層を有する導電層と、
前記導電層の第２の側面に固定された電荷分離層とを備え、
前記導電層が、前記光エネルギ変換層から前記電荷分離層への電荷キャリアの衝撃輸送を与える多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が光励起された電子を生成し、これらの電子は前記導電層により前記光エネルギ変換層から前記電荷分離層へ衝撃輸送される多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が光励起された電荷キャリアホールを生成し、これらのホールは前記導電層により前記光エネルギ変換層から前記電荷分離層へ衝撃輸送される多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、極薄金属膜を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、入射光スペクトラムの捕獲を最大化するように複数の別個の光検知性手段を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７】
請求項項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、複数の光検知性手段構造を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８】
請求項項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層を含む前記光検知性手段が、前記導電層に埋設されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が受光面を有すると共に、この受光面は増大された表面積を与えるようにパターン化されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１０】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、増大された表面積を与えるように多孔性である多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１１】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、増大された表面積を与えるように多孔性である多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１２】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、増大された表面積を与えるように構成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１３】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１４】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、非金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１５】
請求項１４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記非金属導電層が、導電体及び半導体ポリマーを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１６】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、酸化金属導電体から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１７】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、実質的に透明である多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１８】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層及び前記電荷分離層が、ショットキー障壁を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項１９】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層及び前記電荷分離層が、トンネル接合を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２０】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層及び前記電荷分離層が、金属―絶縁体―金属接合を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２１】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層及び前記電荷分離層が、金属―絶縁体―半導体接合を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２２】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、所定の形式の半導体を含むと共に、増大された障壁高さ及び増大された光子電圧を与えるように前記電荷分離層と前記導電層との間に配置された反対形式の半導体を更に含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２３】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、無機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２４】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、有機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２５】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、金属及び半導体を含むグループから選択された材料上に溶着された絶縁材を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２６】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、絶縁体／半導体多重層を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２７】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２８】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷導電層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項２９】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷光エネルギ変換層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３０】
請求項１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が受光面を有すると共に、この受光面には反射光を低減するように耐反射コーティングが施されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３１】
光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスであって、光検知性手段を含む光エネルギ変換層と、
極薄で２つの側面を有し、且つその第１の側面へ固定された前記光エネルギ変換層を有する電気的伝導前方接触層と、
前記前方接触層の第２の側面に固定された１側面を有する２側面の半導体電荷分離層とを備え、
前記前方接触層が、前記光エネルギ変換層から前記電荷分離層への電気エネルギの衝撃輸送を与え、
前記多層ソリッド・ステートデバイスは更に、
前記電荷分離層の第２側面へ固定された電気的伝導金属後方接触を備える多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３２】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層及び前記半導体電荷分離層が、出力パワーを最大化する特定のショットキー障壁を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３３】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層及び前記半導体電荷分離層が、出力パワーを最大化する金属−絶縁体−半導体接合を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３４】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層及び前記半導体電荷分離層が、出力パワーを最大化するｐ型半導体／ｎ型半導体接合を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３５】
【請求項３６】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記後方接触が、オーム性接触を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３７】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層が、約０．５と約１０００ｎｍとの間の厚さを有する極薄金属膜層を含むと共に、金及びプラチナを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３８】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記半導体電荷分離層が、二酸化チタニウム、酸化タンタルム、及び酸化タングステンを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項３９】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、メルブロミン、０−フェニルキサンテン、及び鉄シアン塩酸を含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４０】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、少なくとも１つの有機染料を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４１】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、ナノクラスタにより特徴付けられた材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４２】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、ナノ構造体により特徴付けられた材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４３】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、薄膜半導体を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４４】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、少なくとも１つの金属シアン塩酸を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４５】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、少なくとも１つの金属光シアン塩酸を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４６】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、入射光スペクトラムの捕獲を最大化するように複数の別個の光検知性手段を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４７】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、複数の光検知性手段構造を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４８】
請求項項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層を含む前記光検知性手段が、前記導電層に埋設されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項４９】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が受光面を有すると共に、この受光面は増大された表面積を与えるようにパターン化されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５０】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、増大された表面積を与えるように多孔性である多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５１】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５２】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、非金属導電体から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５３】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、酸化金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５４】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、実質的に透明である多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５５】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層及び前記電荷分離層が、ショットキー障壁を規定する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５６】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、所定の形式の半導体を含むと共に、増大された障壁高さ及び増大された光子電圧を与えるように前記電荷分離層と前記導電層との間に配置された反対形式の半導体を更に含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５７】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、無機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５８】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、有機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項５９】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、有機導電体上に形成された絶縁体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６０】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、絶縁体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６１】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、絶縁体／半導体多重層を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６２】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６３】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷導電層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６４】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷光エネルギ変換層が、増大された表面積を与えるようにテンプレート分子から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６５】
請求項３１記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が受光面を有すると共に、この受光面には反射光を低減するように耐反射コーティングが施されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６６】
光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスであって、
第１と第２の側面を有する極薄電気的伝導膜層と、
この極薄膜層の第１の側面上に搭載され、且つＰＳ−ＭＩＭ型光合成層を含む光エネルギ変換層と、
前記極薄膜層の第２の側面に固定された絶縁材料の薄層と、
２つの側面を有し、その１側面は、この１側面に対向する前記絶縁体の側面に固定され、且つ前記極薄膜層に固定された半導体電荷分離層と、
この半導体電荷分離層の第２の側面へ固定されたオーム性接触型後方金属接続とを備える多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６７】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、伝導体縁及び前記絶縁体層の厚さが、光エネルギ変換層からの電荷キャリアを後方接触へ移動可能にしつつ、反対方向への電流を防ぐことにより、出力パワーを最大化する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６８】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記半導体電荷分離層が、絶縁層との組み合わせで機能する材料から形成され、且つ伝導体縁縁が電荷キャリアを前記光エネルギ変換層から後部接触へ移動可能にしつつ、反対方向への電流を防ぐことにより、出力パワーを最大化する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項６９】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記金属後方接触がオーム状接触を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７０】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層が、約０．５と約１０００ｎｍとの間の厚さを有する極薄金属膜層を含むと共に、金及びプラチナを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７１】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記半導体電荷分離層が、二酸化チタニウム、酸化タンタルム、及び酸化タングステンを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７２】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、メルブロミン、０−フェニルキサンテン、及び鉄シアン塩酸を含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７３】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、少なくとも１つの有機染料を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７４】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、ナノクラスタにより特徴付けられた材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７５】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、ナノ構造体により特徴付けられた材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７６】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、薄膜半導体を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７７】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、入射光スペクトラムの捕獲を最大化するように複数の別個の光検知性手段を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７８】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項７９】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、非金属導電体から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８０】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、酸化金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８１】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、無機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８２】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、有機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８３】
請求項６６記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、受光面を有し、この受光面には反射光を低減するように耐反射コーティングが施されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８４】
光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスであって、
第１と第２の側面を有する極薄電気的伝導膜層と、
この極薄膜層の第１の側面上に搭載され、且つＰＳ−ＭＩＭ型光合成層を含む光エネルギ変換層と、
第１の形式の半導体材料を含み、且つ前記極薄膜層の第２の側面に固定され、対向側面を含む絶縁材料の薄層と、
反対形式の半導体材料を含んで２つの側面を有し、その１側面は、この１側面に対向する前記絶縁体の側面に固定され、且つ前記極薄膜層に固定された半導体電荷分離層と、
この半導体電荷分離層の第２の側面へ固定されたオーム性接触型後方金属接続とを備える多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８５】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、伝導体縁及び前記絶縁体層の厚さが、光エネルギ変換層からの電荷キャリアを後方接触へ移動可能にしつつ、反対方向への電流を防ぐことにより、出力パワーを最大化する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８６】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記半導体電荷分離層が、絶縁層との組み合わせで機能する材料から形成され、且つ伝導体縁縁が電荷キャリアを前記光エネルギ変換層から後部接触へ移動可能にしつつ、反対方向への電流を防ぐことにより、出力パワーを最大化する多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８７】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記前方接触層が、約０．５と約１０００ｎｍとの間の厚さを有する極薄金属膜層を含むと共に、金及びプラチナを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８８】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記半導体電荷分離層が、二酸化チタニウム、酸化タンタルム、及び酸化タングステンを含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項８９】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、メルブロミン、０−フェニルキサンテン、及び鉄シアン塩酸を含むグループから選択された材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９０】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、薄膜半導体を含む材料から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９１】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、入射光スペクトラムの捕獲を最大化するように複数の別個の光検知性手段を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９２】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９３】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、非金属導電体から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９４】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記導電層が、酸化金属から形成されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９５】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、無機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９６】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記電荷分離層が、有機半導体を含む多層ソリッド・ステートデバイス。
【請求項９７】
請求項８４記載の光から電力を生成する多層ソリッド・ステートデバイスにおいて、前記光エネルギ変換層が、受光面を有し、この受光面には反射光を低減するように耐反射コーティングが施されている多層ソリッド・ステートデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、低コストの高効率の太陽電池技術を指向する。更に詳しくは、本発明はソリッド・ステート・デバイスを用いる光起電力エネルギー生成のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の技術分野】
従来の光電池は、半導体材料内の光子と電子との相互作用により、太陽光を電気へ直接に変換する。殆どのソリッド・ステート光起電力デバイスは、半導体材料内の電荷キャリア（電子及びホール）を励起する光エネルギー変換と、ポテンシャルエネルギー障壁を生成する半導体接合による荷電分離とに依存している。典型的な光電池を形成するには、シリコンのような材料を、少なくとも１つの電子、或いはその相手方基板（例えばシリコン）で生じるよりも少ない電子を有する素子からの原子でドープする。各材料の薄膜を接合点をなすように接合する。電池に入射する光子は、そのエネルギを励起された電子ホール対へ変換し、この電子ホール対はポテンシャルエネルギを得る。接合点はホールからの電子の分離を促進するので、その再結合が防止される。物理的接続の格子を通じて、電子が集まるので、電流としての流が引き起こされる。様々な電流及び電圧を直列及び並列の電池列を通じて供給できる。生成されたＤＣ電流は、関連する材料の電子的特性と、電池に入射する太陽光輻射の強度とに依存する。
【０００３】
従来の太陽電池技術は、単結晶、重結晶、又は非結晶シリコンに大きく依存している。単結晶シリコンの原材料は、高純度であり、単結晶インゴットからウェハへスライスするか、或いは薄い結晶シート又はリボンとして生長させる。重結晶電池は他の代替例であって、単結晶太陽電池よりも効率が劣る制約を内在するが、安価に生成できる。ガリウム砒化物電池は、現在入手可能な太陽電池の中では最も効率的であり、他の多くの利点を有するのであるが、その製造は高額なものとなる。
【０００４】
従来のソリッド・ステート光電池の全ての場合において、光子（光）吸収は、半導体内で輸送された大部分の電荷キャリアと少数の電荷キャリアとの双方を有する半導体内で生じるので、電子とホールとの双方の輸送を可能にしなければならず、バンドギャップは、可視スペクトラムの大部分を捕獲するように充分に狭く、且つ実用的な電池電圧を与えるのに充分なように広くせねばならない。太陽スペクトラムについては、理想的バンドギャップは約１．５ｅＶと計算されている。従来は、高効率と、低い再結合可能性及び低い漏洩との双方を与える電池を達成するためには、高価な材料及びデバイス構造が要求される。
【０００５】
従来のソリッド・ステート太陽電池（例えば図１に示すもの）は、半導体接合、ヘテロ接合、インターフェース、有機又は無機材料から形成し得る薄膜ＰＶのような構造を含み得る。これらの全てのデバイスにおいて、これらの形式のデバイスの必須要件は、ａ）半導体バルクにおける光子吸収、ｂ）半導体バルクにおける大部分又は少数の電荷キャリア輸送、ｃ）光スペクトラムの最適吸収及び大きな光電圧のために選択された半導体バンドギャップ、及びｄ）半導体ギャップよりも小さな開放回路電圧により制約された理想的効率である。光子吸収は、バルク半導体内で起こり、大部分と少数との双方のキャリアはバルク内で生成されて輸送される。妥当な吸収性のためには、比較的に厚くて、高品位の半導体が必要である。しかしながら、欠陥がなく、厚く、狭細バンドギャップの材料は、その数と、製作の高価さによって制約を受ける。ヘテロ構造においては、限られた数の許容可能な適合材料が利用可能である。この種類においては、ショットキー障壁に基づくデバイスが提案されており、これもまた半導体バルクにおける光子の吸収に依存しており、荷電分離のためにショットキー障壁を使用する。
【０００６】
従来の太陽電池の他の種類は、図２に示すような色検知光電化学太陽電池である。これらのデバイスは、光電化学的電子転移における働きから導かれたものであって、カソード／電解液／アノード系であり、この系では光活性分子が励起された光であり、隣接する半導体電極への電子（又はホール）転移により電子を奪われる（又は低減される）。荷電転移剤は、光活性分子における転移した電荷を置き換え、代表的には、分子又は原始が電極から電荷を受取るように液体電解質内で溶解された分子又は原子である。還元は液体電解質における電子ドナーにより実行される。このデバイスのパワー出力は、電解質における電子の比較的に自由なエネルギと、光電圧を制約する半導体とによって制限される。最大光電圧は、伝導バンドエッジのボトムと液体電解質化学ポテンシャルとの間の差によって制約される。付加的な非効率性は、電極に対するドナーの要求される分子拡散、並びに電極／電解質界面における過剰ポテンシャル遊離からもたらされる。
【０００７】
他のソリッド・ステート太陽電池は、米国特許第４，１０５，４７０号及び第４，１９０，９５０号（Ｄｒ．　Ｓｋｏｔｈｅｉｍ）に説明されたように色検知ショットキー障壁太陽電池である。Ｓｋｏｔｈｅｉｍデバイスは、液体電解質が「還元剤」層に置き換えられていることを除けば、上述した光電化学電池と同様であり、その「還元剤」層の特性は、米国特許第４，１０５，４７０号にも第４，１９０，９５０号にも正確には規定されていない。その主旨とするところでは、従来のＰＶのバンドギャップの制約を除去する手段として、１つの発明が、ソリッド・ステートショットキー障壁デバイスを提唱したＳｋｏｔｈｅｉｍにより報告されており、ここではａ）光子吸収は半導体の表面に溶着された光検知性染料で起こり、ｂ）多数の電荷キャリアが、隣接する半導体の電導帯へ直接に注入され、ｃ）電離光増幅器が還元剤により導かれた電荷により中和され、ｄ）導体が還元剤へ電荷を与え、ｅ）ショットキー障壁高さがデバイスの理想的効率を決定し、その高さは染料と半導体との相互作用により決定される。しかしながら、先に述べたように、何れの米国特許も還元剤の物理的特性を提示していないので、米国特許第４，１０５，４７０号及び第４，１９０，９５０号に開示されて提案されたデバイスが、その主旨とする結果を実際に生じることが可能か否かが不明瞭である。提案された電池においては、３つの分離分子酸化／還元電子転移段階（励起された染料からの１つが隣接する半導体へ、還元剤からの１つが染料へ、導体からの１つが還元剤へ）が必要である。従って電子は導体帯から離れる方向へ分子軌道への移動と、導体帯へ接近する方向へ分子軌道からの移動との二回の移動と、１つの分子軌道から他の分子軌道への移動をせねばならない。デバイスの実現には、有機ホール転移材料を用いることが刊行されているが、その性能と寿命は乏しいものである（参照文献：Ｕ．Ｂａｃｈ，ｅｔ　ａｌ．，　Ｎａｔｕｒｅ，　Ｖｏｌ．　３９５，　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１９８８，　ｐｇ．５８３−５８５）。
【０００８】
本願の発明者による実験的な研究は導電面における低分子エネルギが励起電荷キャリアを導くことを示しており、その励起電荷キャリアは、（衝撃輸送を介する）エネルギ損失を伴わずに導電体を通じて効率的に輸送されて電気的障壁デバイスにより捕捉され、ここで障壁高さは、部分的には、面導電体と障壁材料との間の電子相互作用により定まる。
【０００９】
従って、基本的に異なる種類の光子電圧デバイスが本発明により与えられており、これは広範な安価な材料から容易に製造でき、また実際にはより効率的になり得る。その様々な実施形態について以下に詳細に説明する。
【００１０】
【発明の概要】
本明細書に説明する本発明の好適実施形態は多層ソリッド・ステート構造であり、ここで光吸収は光検知性層（分子又はナノ構造）で起き、吸収により生成されたエネルギ電荷キャリアは衝撃的に輸送され、相当なエネルギ損失は伴わず、極薄導電体を通じて、隣接する潜在的エネルギ障壁へ至ってこれを越え、潜在的エネルギ障壁は、電気的動力として使用するために電荷を分離して保存する。主に潜在的エネルギ障壁がデバイス効率を決定し、またデバイス材料の選択により最適化できる。
【００１１】
好適実施形態によれば、光電励起可能分子種又は吸収ナノ構造は極薄導電体上に溶着されて、これに続いて光子励起で励起された電荷が導電体を通じて、導電体と電荷収集層（半導体）との間の界面に形成された潜在的エネルギ障壁（ショットキー障壁）へ衝撃的に輸送される。極薄導電体は、とりわけ、３つの特定の機能を有する。即ちＩ）光検知剤から界面における潜在的障壁への電荷キャリアの効率的な衝撃輸送を可能とし、ＩＩ）イオン化光検知剤への反対符号の電荷交換を直接に与え、ＩＩＩ）電荷分離層とのその相互作用により部分的に影響されて、潜在的エネルギは部分的に最大デバイスパワーを決定する。
【００１２】
本発明の好適実施形態の基本的要素（例えば層）は、１）光検知層であり、ここで光エネルギは電子又はホール励起又はその両方へ転換される光検知層と、２）隣接する極薄導電層であり、電荷を光検知性層へ置き換える源として高効率導電帯を用いて電荷の衝撃輸送のための経路を与える導電層と、３）電荷分離及び収集層、例えば、極薄導電層に対向する後側オーム性接触を加えられた無機又は有機半導体とを含む。オーム性接触は障壁を横切って輸送される電荷を集める。デバイスの上部における耐反射コーティングの添加は本発明の実践性の高い実施形態である。
【００１３】
本発明は上述の色検知ショットキー障壁太陽電池構造を越える有益な利点を有し、ここでは、面における（ｎ型半導体について）高い又は（ｐ型半導体について）低い作動関数導電体の選択と、半導体の選択（種類及びドーピングのレベル）と、界面を損なうことにより障壁高さを最大化するように導電体の溶着に先立つ半導体の表面処理とにより、障壁高さへ影響する能力に起因して潜在的に大きな光子電圧の利点を有する。本発明の更なる利点は、特定の還元剤又は少数の電荷キャリア輸送材料についての必要性の排除と、広いバンドギャップｎ及びｐ型半導体の両方を含むように電荷分離層材料の広範な選択の中から選択する能力を与えることである。従来技術のＳｋｏｔｈｅｉｍによる米国特許第４，１０５，４７０号及び第４，１９０，９５０号とは対照的に、導電体に対する及び導電体からの電子の２回の転移のみが必要であり、分子間電荷転移は不要である。
【００１４】
本発明の目的は、１）電解質又は分子還元剤又は少数荷電導電体、或いはこれらの少なくとも２つ又は全ての必要性を排除し、２）導電体及び電荷分離層の広範な選択を可能とし、３）開放回路光子電圧の設計による最大化である。
【００１５】
本発明の他の目的は、光子電圧エネルギ生成の効率を増大する。更に詳しくは、光吸収を最適化できる。というのは、単独のバンドギャップが光吸収について不要であり、また光吸収分子又は構造の選択的なスペクトル特性を有する多数の広範な材料を電解質との適合性を必要とすることなく利用できるためである。電気化学的酸化還元反応（光電化学的電池における電極におけるものと還元剤電荷転移によるものとの双方）の過剰潜在的損失を伴わずに、高い効率も可能となる。極薄導電体は、効率的な衝撃輸送チャンネルとして、また障壁上のその影響により決定される光子電圧を最大化するように用いられている。導電体と、障壁高さに影響を与える電荷分離層との間の相互作用は、導電体と、電荷分離材料と、界面の調整との選択により最適化できる。
【００１６】
本発明の他の目的は、光子電圧エネルギの生成のコストを低下させることである。更に詳しくは、現在のソリッド・ステートＰ．Ｖ．システムは、高価な制作費を要する必要なバンドギャップを有する高純度の低欠陥シリコン又は他の半導体の必要性に起因して高価である。光電化学電池を包含する液体は、信頼性及び効率限界並びに溶液内の染料安定性及び還元剤における制約を有するので、その使用コストを増大させる。しばしばヨー素などの反応種を用いねばならない。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、安定部品の使用により太陽電池デバイスの寿命を増大させることである。光電化学電池の場合においては、適した電解質の殆どの種類は反応性であり、隣接する半導体を侵食又は溶解させるか、或いは染料と反応して、デバイスの不安定性をもたらす。反応性部品の使用の必要性を排除することにより、本発明は太陽電池の寿命を促進する。
【００１８】
本発明のより完全な理解は添付図面に関連する以下の詳細な説明を参照することにより得られるであろう。
【００１９】
【好適実施形態の詳細な説明】
本発明の様々な実施形態について図３乃至図１１を参照して説明する。本発明の限られた数の実施形態のみについて本明細書に説明するが、これら実施形態の詳細な説明は本発明をこれらの特定の実施形態に制限することを意図したものではことが理解されよう。
【００２０】
図３は本発明の好適実施形態による光検知性ソリッド・ステートデバイスを示す。更に詳しくは、光検知性ソリッド・ステートデバイスは、光検知性層１０、前方導電層３１、電荷分離層３９、後部導電層３０、及び負荷３２を含む。前方導電層３１は好ましくは極薄金属フィルム（好ましくはナノメートルの範囲）であり、一方、後方導電層３０は好ましくはオーム導電層である。電荷分離層３９は決定可能な導電帯エネルギレベル３８及び決定可能な平衡帯エネルギレベル３７を有する。図１４に示すように代替的実施形態においては、金属フィルムは化学的に次のように処理し得る。即ち、１）光反応性材料の改良された接合を可能とし、２）励起された受光器の消勢に対する他の経路に相当する衝撃電荷転移を最適化するように導電体から受光器の部分的遊離を与える。図１６に示すように、他の代替的実施形態においては、光検知性層／金属フィルム／電荷分離層からなるデバイスの表面は、高い輪郭、多孔性を有するか、さもなければ表面積を最大化させて光子の吸収を最大化させるように形状付けされる。
【００２１】
前方導電層３１及び後方導電層３０は、好ましくは決定可能な作動関数レベル３４及び３３をそれぞれ有する。好ましくは、前方導電層３１を構成するように選択された材料は、電荷分離層３９がｎ型半導体であるか、或いは電荷分離層３９がｐ型半導体であるならば、電荷分離層３９のフェルミ準位よりも高い作動関数（更に負）を有し、低い作動関数はショットキー障壁２５の形成を促進させる。
【００２２】
好ましくは、前方導電層３１は、電荷分離層３９を有するショットキー障壁を形成する種類の材料であり、ソリッド・ステートデバイスのパワー出力を最大化するようにされている。このような（ｎ型障壁についての）材料は、金又はプラチナのような金属、又は有機導電体ポリチオフェン非金属材料、或いは酸化金属を含んでもよい。ｐ型障壁についての１例を図８に示してあり、材料は、アルミニウム及びチタニウムを含む低作動関数導電体を含む。好適実施形態によれば、前方導電層３１は、光子酸化表面種に対するドナーとして働くので、酸化還元電解質についての必要性を排除する。その酸化還元電解質は、光子電圧エネルギの生成における損失をもたらし、代表的には電流についての質量輸送限界を有する。
【００２３】
電荷分離層３９は好ましくは半導体材料又は多重半導体からなる。無機半導体材料（例えば二酸化チタニウム、酸化亜鉛、他の酸化金属又は組み合わせ酸化金属、硫化モーリュ（ｍｏｌｙ）、硫化亜鉛、他の硫化金属又は組み合わせ硫化金属、シリコンカーバイドその他）、或いは、ホール導電（トリフェニールジアミン（ＴＰＤ）、ポリ（ｐ−フェニレン・ビニレン）　（ＰＰＶ）、ポリ（ビニール・カーバゾール）　（ＰＶＣ）、及びそれらの誘導体）又は電子導電（例えば、複合オリゴチオフェン、オキサヂアゾール誘導体、その他）の何れかの有機半導体材料を用いてもよい。図１７に示すような代替的実施形態においては、電荷分離層３９が、多数のキャリア帯と吸収体ドナーレベル（図３においてはｎ型について３６、図８においてはｐ型について８４）とのアライメントになる主要な特性を有する絶縁体又は絶縁半導体複合構造体からなる。光検知性層１０は染料又は任意のエネルギ吸収材料又は構造体であり、表面（ｃｉｓ−ｄｉ（ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｏ）−Ｎ，　Ｎ−ｂｉｓ−（２，２−ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ−４，　４−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ　ａｃｉｄ）−Ｒｕ（ＩＩ），　ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ，　ｃａｒｂｏｃｙａｎｉｎｅｓ，　ｍｅｒｂｒｏｍｉｎ，　９−ｐｈｅｎｙｌｘａｎｔｈｅｎｅ，　ｉｒｏｎ　ｃｙａｎａｔｅ他）或いは量子構造体（例えば、ＣｄＳのナノ粒子、ＣｄＳｅ、又は他の半導体、又は金属、又は吸収材料のナノ層）上に光吸収原子又は分子種を含む。更に、異なる光反応種の多重形式又は複数の層又はそれらの双方は、光検知性層１０上に入射光のスペクトル捕捉を最大化するように用いることができる。代替的実施形態においては、光反応種は、単独の複合層を形成するように前方導電層内に埋設してもよい。
【００２４】
上述した構造体の製造においては、光検知性層、前方及び後方導電層、及び電荷分離層は、蒸着、電気化学的溶着、溶液又はコロイド懸濁液からの溶着により溶着するか、或いは蒸着、吐出、又は他の従来のポリマー製造技術により生成してもよい。電荷分離層３９に関する特定の観点では、有機テンプレート分子を用いて広面積で形成してもよく、或いは表面積を増大させるように、ナノ、メソ、又はマクロの多孔性にすることもできる。導電体及び光反応層を輪郭付けされた表面に続ける（図１６参照）。
【００２５】
本発明の好適実施形態を含む特定の製作例においては、二酸化チタニウムの電荷分離層３９をチタニウム箔（オーム性背面接点３０）上に溶着する。電荷分離層３９は１００ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さ範囲を有し、電子ビーム蒸着によるか、又はチタニウム金属の電気陽極酸化処理によるか、或いはそれらの双方により溶着する。次いで金を複合層へ厚さ１０ｎｍに溶着して、極薄導電体を形成する。
【００２６】
ここで好適実施形態の操作について図３を参照して説明する。図３の好適実施形態は、光検知性分子又は構造体を包含する層内における電荷励起に対する光エネルギ変換に基づく光子エネルギ源から電気動力を生成する。更に詳しくは、太陽光のようなエネルギｈνを有する光子エネルギ源３５が光検知性層１０上に入射する。このエネルギ源は、光検知性層１０に位置する電子３６を励起して、この電子３６を高エネルギ状態にさせる。好適実施形態においては、障壁高さ２５より高い（或いはトンネルが発生しているならば僅かに低い）エネルギレベルを有する電子は、衝撃輸送を介して前方導電層３１を通過する（衝撃輸送とは、電子と、これら電子が内部を通じて輸送される媒体との間に低い又は零散乱断面積がある媒体を通じての電子の転移を意味する）。光励起吸収体から導電体及び電荷分離層の導電帯へ衝撃的に横断する電荷（電子）放出の過程は「内部電荷放出」と称される。
【００２７】
電子が前方導電層３１を通じて移動すると、それらの電子は電荷分離層３９を通じて後部オーム導電層３０へ向かい、後で使用（散逸）するために負荷３２を通過する光子誘導過剰ポテンシャルエネルギでここに保存される。それらのエネルギが負荷３２内で失われた後、電子は前方導電層３１へ復帰する。デバイスの最大光子電圧又は開放回路電圧は、前方導電層３１と電荷分離層３９との間のポテンシャル障壁高さにより定まる。従来のショットキー太陽電池（ここで光子は半導体のバンドギャップに吸収される）においては、同様な最大電圧を障壁高さにより定めることが可能ではあるが、本発明においては半導体の選択は太陽スペクトラム吸収を有するものに限定されない。この電圧は、前方導電層３１及び電荷分離層３９についての適宜な材料の選択と、界面の特定の処理とによって最適化若しくは左右される。例えば、清浄なシリコンにおいては、導電体作動関数が概ね−２．５ｅＶ（Ｃａ）から−５．０ｅＶ（Ａｕ）へ増大するにつれてショットキー障壁は概ね０．４ｅＶから０．８ｅＶへ変動し、ＧａＡｓ上では（Ｍｇについての）０．６ｅＶから（Ｐｔについての）１ｅＶである。界面及び金属の調整は二酸化チタニウム上のＰｄについての障壁を増大させるように用いることもでき、ここで酸化を伴う金属伝導体Ｐｄの調整は近似的に０．５ｅＶの障壁における増大をもたらす。この設計の試みは、障壁を最大化して、且つ障壁を横断する効率的なキャリア輸送と、導電体による光検知性（ＰＳ）電荷の効率的な置換とを依然として可能にする。
【００２８】
代替的実施形態によれば、電荷分離層３９は薄い絶縁層（ＰＳ−ＭＩＭ形態）とすることができ、ここで絶縁体の導電帯縁及び厚さは、光子検知剤１０の光子励起状態からの電荷キャリアを後方接点へ移動させて反対方向における電流を防止させるように選択される。
【００２９】
本発明の他の代替的実施形態によれば、半導体の付加的な層が電荷分離層３９と後方金属接点（ＰＳ−ＭＩＳ形態）との間に含まれている。電荷分離層の導電帯縁及び厚さと半導体の形式とは、光子検知剤の光子励起状態からの電荷キャリアを後方接点へ移動させて反対方向における電流を防止させるように選択される。
【００３０】
図４に示される他の代替的実施形態によれば、光子検知性層１０は、原子又は分子束を含む光励起材料層４０に置き換えられており、これはドープされた即ち量子構造（量子井戸、ナノ粒子、量子ドット他）を含み、光吸収及び衝撃電子輸送を最大化させるように操作された寸法を有する。この代替的実施形態の１つの利点は、光検知性染料を用いた場合には、移送された荷電電子を原子又は分子系の内外へ移動させる必要がないことである。電子はむしろ、量子状態の制約に起因する障害が少ない縮退レベルの内外へ移動する。特定の例は導電面におけるＣｄｓｅ又はＣｄｓナノ粒子（〜５ｎｍの次元）の沈積となる。これらの半導体粒子は半導体への充分な捕捉及び充分な転移を示している。導電体衝撃輸送の介挿は依然として荷電転移を可能とするが、粒子は導電体からの電荷を補償して直接的に供給できる。
【００３１】
図５に示される本発明の他の代替的実施形態によれば、光検知性剤層１０の電子３６は前方導電層３１を通じて衝撃輸送されるのではない。むしろ、励起された電子３６が緩和されて低エネルギ状態へ戻るにつれて、電子３６から放出されたエネルギが、前方導電層３１に属する電子５０を励起する。励起された電子５０はその後、導電エネルギ帯３８を越えて、後方導電層３０へ向かって流れる。
【００３２】
図６に示される他の代替的実施形態においては、前方導電層３１は、酸化インジウム錫のような透明特性を有する導電体か、或いは半透明導電体（例えば超薄金属）の中から選択されている。この実施形態においては、光検知性層は前方導電層３１と電荷分離層３９との間に溶着できるので、電子３６の衝撃輸送の必要性を排除しつつ、障壁高さの継続性を依然として維持できる。
【００３３】
図７に示される本発明の代替的実施形態によれば、ドープされた半導体層７０は、電荷分離層３９のドーピング形式に対向するドーピング形式を有し、前方導電層３１と電荷分離層３９との間に溶着されている。この特定の実施形態は、従来のショットキー障壁太陽電池で示されたようなショットキー障壁レベルひいては光電圧デバイスの開放回路電圧を効果的に増大させる。
【００３４】
図８は本発明の他の代替的実施形態を示し、ここでは電荷キャリアは電子ではなく衝撃ホールである。上述した好適実施形態（図３に示す）の作動原理はこの例にも対称的に適用される。
【００３５】
図９は本発明の他の代替的実施形態を示し、ここでは電荷分離層３９が狭いバンドギャップを有する材料からなる（即ち、導電バンドエネルギレベルが原子価バンドエネルギレベルへ近接する）。電荷分離層の狭いバンドギャップ特性は、（従来のショットキーダイオード太陽電池におけるように）半導体材料の基礎からの付加的な電子９０の励起を可能にする。内部放出は、光検知性層１０の光子励起を補充するので、付加的なエネルギが生成される。
【００３６】
図１０は本発明の他の代替的実施形態を示し、ここでは耐反射コーティング（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｏａｔｉｎｇ：　ＡＲＣ）層１００が光検知性層へ加えられて、光検知性層の吸収性を増大し、且つ光子を構造内に保つことにより入射光の反射を低減する。これらのコーティングの詳細な設計は充分に確立された技術である。
【００３７】
図１１は多層構造を示し、ここでは図３に示された好適実施形態の多重構造が透明スペーサー１１２により分離された平行形態に溶着されており、増大された吸収性及び光子電圧エネルギ生成の増大された効率とを与える上部構造を生成する。図１１は好適実施形態の平行組み合わせを示すが、直列組み合わせも実現可能であることに留意されたい。
【００３８】
図１２は代替的実施形態を示し、光エネルギの吸収及び電子の注入は異なる分子又は構造により達成し得る。更に詳しくは、光子は少なくとも１つの光励起分子又は構造１２０に吸収されて、それらの電荷キャリア１２２をより効率的な注入特性で第２の層又は構造１２０へ中継する。この自然な光子合成の模擬が処理されて、多重染料は太陽光をより効率的に捕捉し、励起された電荷を更なる輸送のために共通のコレクタへ中継する。
【００３９】
図１３は代替的実施形態を示し、ここでは吸収は、表面に配置された量子井戸１３１内で生じる。量子井戸の寸法及び材料の特性は電荷の注入を最適化するように選択されている。
【００４０】
図１４は一実施形態を示し、ここで吸収は導電体から部分的に隔絶された構造体又は分子で生じ、最適な電荷転移のために結合を低減させる。幾つかの例は、酸化金属、二酸化シリコン、二酸化チタニウム、二酸化アルミニウム、有機鎖、及び光子吸収体に先立って表面上に溶着した自己生長単分子層を含む。例えば、二酸化チタニウムの薄い層（〜１−５ｎｍ）を導電体（Ａｕ）上に溶着する。光励起メルブロミン（ｍｅｒｂｒｏｍｉｎ）を塗布して、その活性カーボキシレイト（ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ）成分を通じてチタニウム（Ｃ−Ｏ−Ｔｉ）へ電子共有リンクを形成する。
【００４１】
既に説明したように、好適実施形態によるデバイスの組み立てにおいて、二酸化チタニウムの電荷分離層３９をチタニウム箔（オーム性後方接触３０）上に溶着する。電荷分離層３９は１００ｎｍと５００ｎｍとの間の範囲の厚さを有し、電子ビーム蒸着によるか、又はチタニウム金属の電子アノード化によるか、或いはその両者により溶着する。次いで金を合成層へ１０ｎｍの厚さに溶着して極薄導電体を形成する。ショットキー接触の合成電流電圧曲線を図１８に示す。更に図１８には比較のために極薄導電体層３１として金に代わってニッケルを用いるデバイスも示してある。約０．８ｅＶの障壁がもたらされる。
【００４２】
図１４の代替的実施形態によれば、２ｎｍの二酸化チタニウムを上述した金属導電層３１上に部分的な絶縁層として溶着する。次いで光励起メルブロミン（ｍｅｒｂｒｏｍｉｎ）を塗布して、その活性カーボキシレイト成分を通じてチタニウム（Ｃ−Ｏ−Ｔｉ）へ電子共有接合して能動デバイスを完成する。
【００４３】
図１５はポリマーを基礎とするデバイスを含む代替的実施形態を示し、ここでは衝撃ホールが極薄ホールキャリアへ注入される。図１５におけるポリマーＡ（例えば、ポリ（ｐ−フェニレン・ビニレン）、ＰＰＶ）は、その最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルを有し、そのエネルギは、その背後に層を形成された第２ポリマー（図１５におけるＢ）のＨＯＭＯよりも低い。ＰＰＶは障壁を与え、ショットキー障壁と同様な役割を果たすようにホール転移を逆転させる障壁を与える。更に伝統的なショットキー障壁デバイスはポリマー半導体から製作されており、上述の実施形態におけるように構成されている。
【００４４】
本発明の好適実施形態を図面に図示し、且つ詳細な説明に説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱することなく様々な変更例や部品及び素子の再構成が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来のソリッド・ステート太陽電池のグラフィック表示である。
【図２】図２は従来の色検知性光電化学電池の図である。
【図３】図３は好適実施形態による本発明の図である。
【図４】図４は代替的実施形態による本発明の図である。
【図５】図５は他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図６】図６は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図７】図７は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図８】図８は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図９】図９は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１０】図１０は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１１】図１１は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１２】図１２は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１３】図１３は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１４】図１４は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１５】図１５は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１６】図１６は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１７】図１７は更に他の代替的実施形態による本発明の図である。
【図１８】図１８は本発明の好適実施形態により製作されたデバイスの電流対電圧プロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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