(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び相対する第２面を有する中間層を備え、
中間層は、
第１面の少なくとも一部を形成する第１正孔輸送層と、
第２面の少なくとも一部を形成する第１電子輸送層と、
第１正孔輸送層と第１電子輸送層との間に挟まれた複数の金属ナノ構造体を含む金属ナノ構造体層と
を含み、
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤ及び複数の金属ナノドットを備え、
複数の金属ナノワイヤは複数の銀ナノワイヤを備え、複数の金属ナノドットは複数の銀ナノドットを備え、
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行であり、複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
光学積層体。
【請求項２】
第１有機光起電力装置を更に備え、
第１有機光起電力装置は、
第１面及び第１面の反対側の第２面を有し、第１波長帯域の入射する電磁放射に対して感応する第１活性層
を含み、
第１活性層の第１面は、第２電子輸送層に近接して配置され、
第１活性層の第２面は、中間層の第１正孔輸送層に近接して配置される
請求項１記載の光学積層体。
【請求項３】
第２有機光起電力装置を更に備え、
第２有機光起電力装置は、
第１面及び第１面の反対側の第２面を有し、第２波長帯域の入射する電磁放射に対して感応する第２活性層
を含み、
第２活性層の第１面は、第２正孔輸送層に近接して配置され、
第２活性層の第２面は、中間層の第１電子輸送層に近接して配置される
請求項２記載の光学積層体。
【請求項４】
第２波長帯域は、第１波長帯域に含まれていない少なくとも１つの電磁放射波長を含む
請求項３記載の光学積層体。
【請求項５】
第２波長帯域は、第１波長帯域とは異なる
請求項３記載の光学積層体。
【請求項６】
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射について、少なくとも約９９％の透過率を有する金属ナノ構造体層を備える
請求項１記載の光学積層体。
【請求項７】
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射について、少なくとも約８５％の透過率を有する層を備える
請求項１記載の光学積層体。
【請求項８】
金属ナノ構造体層は金属ナノ構造体とマトリックスとを組み合わせたものであり、
マトリックスはポリマー又は無機材料でできている
請求項１記載の光学積層体。
【請求項９】
ポリマーは粘度調整剤である
請求項８記載の光学積層体。
【請求項１０】
少なくとも第１有機光起電力装置を含む面の全部又は一部にわたって、第１正孔輸送層を形成し、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む金属ナノ構造体層を堆積し、
正孔輸送層の実質的に全てにわたって堆積した金属ナノ構造体層を平坦化して、平坦化された金属ナノ構造体層を提供し、
平坦化された金属ナノ構造体層の全部又は一部にわたって、第１電子輸送層を形成し、
第１電子輸送層の全部又は一部にわたって、第２有機光起電力装置を形成する
タンデム型有機光起電力装置の提供方法であって、
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤ及び複数の金属ナノドットを備え、
複数の金属ナノワイヤは複数の銀ナノワイヤを備え、複数の金属ナノドットは複数の銀ナノドットを備え、
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行であり、複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
タンデム型有機光起電力装置の提供方法。
【請求項１１】
少なくとも第１有機光起電力装置を含む面の上に、第１正孔輸送層を堆積することは、
面の少なくとも一部分を形成する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）基板層の少なくとも一部にわたって、第２電子輸送層を堆積し、
ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）ポリマー及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）ポリマーを備える第１活性層を、第２電子輸送層の全部又は一部にわたって堆積し、
第１活性層の少なくとも一部にわたって第１正孔輸送層を堆積することを含む
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１活性層の少なくとも一部にわたって第１正孔輸送層を堆積することは、
第１活性層の少なくとも一部にわたって、実質的に均一の厚さで、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）化合物又は酸化タングステン（ＷＯ３）化合物の少なくとも１つを含む第１正孔材料を堆積することを備える
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、懸濁された金属ナノワイヤを含む溶液を実質的に均一な厚さを有する層で堆積することを備える
請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
イソプロピルアルコール５容積部に対して金属ナノワイヤインキ約１容積部からイソプロピルアルコール１０容積部に対して金属ナノワイヤインキ約１容積部の割合のイソプロピルアルコールで、約０．１〜約５重量％（ｗｔ．％）の懸濁された銀ナノワイヤを含む水性金属ナノワイヤインキを希釈して、希釈されたナノワイヤインキを提供し、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、希釈されたナノワイヤインキを堆積することを備える
請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
第１電子輸送層の全部又は一部にわたって、第２有機光起電力装置を堆積することは、
ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）ポリマー及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）ポリマーを備える第２活性層を、第１電子輸送層の少なくとも一部にわたって堆積し、
第２活性層の少なくとも一部にわたって第２正孔輸送層を堆積することを備える
請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
中間層を備え、
中間層は、
第１正孔輸送層と、
第１電子輸送層と、
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に挟まれ、複数の金属ナノ構造体を含む金属ナノ構造体層と
を含み、
第１有機光起電力装置は、
第１波長帯域の入射する電磁放射に感応し、第１面及び相対する第２面を有し、第１面が中間層の第１電子輸送層に近接して配置される第１活性層と、
第１活性層の第２面の全部又は一部に近接して配置された第２正孔輸送層と
を含み、
第１有機光起電力装置に伝導的に結合された第２有機光起電力装置は、
第１波長帯域の外側の少なくとも１つの電磁放射波長を含む、第２波長帯域の入射する電磁放射に感応し、第１面及び相対する第２面を有し、第１面が中間層の第１正孔輸送層に近接して配置される第２活性層と、
第２活性層の第２面の全部又は一部に近接して配置された第２電子輸送層と
を含み、
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤ及び複数の金属ナノドットを備え、
複数の金属ナノワイヤは複数の銀ナノワイヤを備え、複数の金属ナノドットは複数の銀ナノドットを備え、
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行であり、複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
タンデム型有機光起電力装置。
【請求項１７】
第１有機光起電力装置の第２正孔輸送層に電気的に結合された第１電極と、
第２有機光起電力装置の第２電子輸送層に電気的に結合された第２電極とを更に備える
請求項１６記載のタンデム型有機光起電力装置。
【請求項１８】
金属ナノ構造体層は金属ナノ構造体とマトリックスとを組み合わせたものであり、
マトリックスはポリマー又は無機材料でできている
請求項１６記載のタンデム型有機光起電力装置。
【請求項１９】
ポリマーは粘度調整剤である
請求項１８記載のタンデム型有機光起電力装置。
【請求項２０】
第１電子輸送層、第１正孔輸送層、第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に挟まれた複数の金属ナノ構造体層を少なくとも含む中間層を、第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に堆積する
タンデム型有機光起電力装置の提供方法であって、
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤ及び複数の金属ナノドットを備え、
複数の金属ナノワイヤは複数の銀ナノワイヤを備え、複数の金属ナノドットは複数の銀ナノドットを備え、
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行であり、複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
タンデム型有機光起電力装置の提供方法。
【請求項２１】
第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に中間層を堆積することは、
第１有機光起電力装置の活性層と、第２有機光起電力装置の活性層との間に中間層を堆積することを備える
請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
第１有機光起電力装置の活性層と、第２有機光起電力装置の活性層との間に中間層を堆積することは、
第１有機光起電力装置の活性層の上に、第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つを堆積し、
第１有機光起電力装置の活性層の上に堆積されていない、第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つの上に、第２有機光起電力装置の活性層を堆積することを備える
請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に金属ナノ構造体を含む溶液を堆積し、
金属ナノ構造体を含む、堆積された溶液を平坦化し、第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に、約１５〜約１５０ｎｍの厚さを有するように金属ナノ構造体層を提供することを更に備える
請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に第１の濃度の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
イソプロピルアルコール５部（parts）に対してインキ約１部からイソプロピルアルコール１０部に対してインキ約１部の容積率のイソプロピルアルコールで、約０．１〜約５重量％（ｗｔ．％）の懸濁された銀ナノワイヤを含む水性銀ナノワイヤインキを希釈して、溶液を形成し、
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に希釈された銀ナノワイヤインキを堆積することを備える
請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機光起電力装置に関し、特に、タンデム型有機光起電力装置で用いる中間層に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルなエネルギー生産がますます強調されるに従い、地球が受ける太陽エネルギーの豊富な供給を前提に、光起電力素子（photovoltaics）が魅力的なエネルギー源としての勢いを増している。現在、ウェハに基づく結晶シリコン技術及びプロセスが、太陽電池のような光起電力装置（photovoltaic devices）の大部分を生産している。有機光起電力素子の最近の進展、特に有機半導体を用いる膜に基づく有機光起電力装置の進展は効率の改善を示しており、時として１０％を超える効率を達成している。有機太陽電池のような有機光起電力装置は、特に、より従来のシリコンウェハに基づく光起電力素子と比べたときに、生産が比較的に容易であること、元々物理的に柔軟であること、大規模な太陽光収集装置の製造コストが潜在的に低いことから魅力的である。
【０００３】
半導体に固有な電界により電荷分離が起こる従来の半導体に基づく光起電力装置と比べて、有機光起電力素子では電荷分離は、電子受容材料（すなわち、電子輸送層（an electron transport layer、ＥＴＬ））と結合した電子供与材料（すなわち、正孔輸送層（a hole transport layer、ＨＴＬ））を備えた活性層で起こる。有機光起電力素子の活性層の内部では、最高被占分子軌道と最低空軌道との間のエネルギー差に少なくとも等しいエネルギーレベルを有する光子の入射は、励起子、すなわち、束縛された電子・正孔対の形成につながるかもしれない。大体において、有機光起電力素子の効率は、励起子を形成する電子・正孔対の分離に依存する。単一層の有機光起電力電池（すなわち、アノード、活性層、カソードだけを備えた有機光起電力素子）において、いったん分離すると、活性層は分離した正孔及び電子の一部分を電池のカソード及びアノードに輸送して、電気出力を提供する。
【０００４】
有機光起電力装置の電力変換効率（power conversion efficiency、ＰＣＥ）は、活性層で用いられる電子供与体の吸収スペクトルに、少なくとも部分的に依存する。狭い吸収スペクトルを有する電子供与体は、一般に、短絡電流密度（Ｊｓｃ）の減少につながる。有機光起電力装置のＰＣＥは、また、最高被占分子軌道と最低空軌道との間のエネルギー差を超える、光子が有するエネルギーが原因の熱化損失（thermalization losses）に依存する。そのような熱化損失は、活性層内部で、過剰な光子エネルギーが熱エネルギー（すなわち、熱）に変換したときに発生する。活性層内部のそのような熱エネルギー又は熱は、有機光起電力装置により生産される開回路電圧（Ｖｏｃ）を減少させる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０９２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、当該技術において、そのような有機光起電力装置で用いられる活性層の吸収スペクトルを拡げて、有機光起電力装置の電力変換効率を改善し、そのような有機光起電力装置の熱化損失を削減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
タンデム型有機光起電力装置は、相補的な吸収スペクトルを有する２つ以上の有機光起電力装置を電気的に直列又は並列に接続して積み重ねる。そのような構成は、タンデム型装置の吸収スペクトルを拡げて短絡電流密度（Ｊｓｃ）を増加させ、一方で、熱化効果を減少させてタンデム型有機光起電力装置により生成される開回路電圧（Ｖｏｃ）を増加する。実際のタンデム型有機光起電力装置を構成するための主要な課題は、タンデム型有機光起電力装置を形成する２つの個々の有機光起電力装置を結合するために用いられる中間層にある。中間層は一般的に、第１有機光起電力装置の活性層と、第２有機光起電力装置の活性層との間にある。一般に、中間層は、高い透明性、高い伝導性、及び、有機光起電力装置の下位層を保護するための十分な頑健性を有することが最も望ましい。有機光起電力装置を形成する下位層の多くは感熱性であり、中間層を生成するために必要な処理工程は、例えば、熱的な堆積処理よりも、むしろ、溶液処理（solution processing）を介して、低温で実行されることが好ましい。
【０００８】
ここでは、透明又は半透明な層を１層以上含む光学積層体（optical stack）の例を説明する。光学積層体の例は、第１面の少なくとも一部分を形成する第１正孔輸送層、及び、第２面の少なくとも一部分を形成する第１電子輸送層を含んでも良い。複数の金属ナノ構造体を含む金属ナノ構造体層は、第１正孔輸送層と第１電子輸送層との間に挟まれる。複数の金属ナノ構造体は、銀ナノワイヤ、銀ナノドット、又は、それらを組み合わせたものを含むことができる。複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面、第２面、又は、第１面及び第２面の両方と、平行又は実質的に平行に配置されても良い。複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面、第２面、又は、第１面及び第２面の両方に関して、０度以外の角度で配置されても良い。
【０００９】
ここでは、タンデム型有機光起電力装置の例を説明する。有機光起電力装置の例は、第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に挟まれた金属ナノ構造体層を組み込んだ中間層を含む。中間層は、第１有機光起電力装置に近接して配置された第１正孔輸送層と、第２有機光起電力装置に近接して配置された第１電子輸送層と、第１正孔輸送層と第１電子輸送層と間に配置された金属ナノ構造体層とを含む。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層は銀ナノワイヤ、銀ナノドット、又は、それらを組み合わせたものを含んでも良い。驚くことに、金属ナノドットの形態を有する金属ナノ構造体は、直列接続のタンデム型有機光起電力装置に効率的な再結合部位（recombination sites）を提供し、一方、金属ナノワイヤの形態の金属ナノ構造体は、並列のタンデム型有機光起電力装置に効率的な電極を提供する。
【００１０】
ここでは、タンデム型有機光起電力装置の製造方法の例も説明する。方法の例は、面を有する第１有機光起電力装置と、第１有機光起電力装置の当該面の全て又は一部分にわたって、第１正孔輸送層を形成することとを含む。方法は、複数の金属ナノ構造体を第１濃度で含む溶液を第１正孔輸送層の全て又は一部分にわたって堆積することを更に含む。方法は加えて第１正孔輸送層の実質的に全てにわたって堆積した金属ナノ構造体溶液を平坦化することを更に含む。方法は平坦化した金属ナノ構造体層の全て又は一部分にわたって第１電子輸送層を形成することも含む。方法は、第１電子輸送層を形成した後に、第１電子輸送層の全て又は一部分にわたって第２有機光起電力装置を形成することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図面において、同じ参照番号は、同様の構成要素又は動作を特定する。図面における構成要素の大きさ及び相対な位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、いろいろな構成要素の形状及び角度は一定の縮尺で描かれてはおらず、これらの構成要素のいくつかは、図面の読みやすさを改善するために任意に拡大され配置される。更に、描かれた構成要素の特定の形状は、特定の構成要素の実際の形状に関する情報を伝えることを意図するものではなく、図面の認識を容易にするためだけに選択される。
【００１２】
【図１】ここで説明する実施の形態に従う、正孔輸送層、金属ナノ構造体層及び電子輸送層を含む再結合層を有する単一接合有機光起電力装置を示す図である。
【図２Ａ】ここで説明する実施の形態に従う、単一接合有機光起電力装置と、いろいろな正孔輸送層、金属ナノ構造体層及び電子輸送層を組み合わせたものの透過特性とを示す図である。
【図２Ｂ】ここで説明する実施の形態に従う、単一接合有機光起電力装置と、いろいろな正孔輸送層、金属ナノ構造体層及び電子輸送層を組み合わせたものの透過特性とを示す図である。
【図２Ｃ】ここで説明する実施の形態に従う、単一接合有機光起電力装置と、いろいろな正孔輸送層、金属ナノ構造体層及び電子輸送層を組み合わせたものの透過特性とを示す図である。
【図３Ａ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像及び高さ分布（height profile）の図である。
【図３Ｂ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｃ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｄ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｅ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｆ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｇ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｈ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図３Ｉ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものと関連付けられた、２次元又は３次元原子間力顕微鏡画像及び高さ分布の図である。
【図４Ａ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いる有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図４Ｂ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いる有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図４Ｃ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いる有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図４Ｄ】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いる有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図５】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いる有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧特性を提供するチャートを示す図である。
【図６】ここで説明する実施の形態に従う、正孔輸送層、金属ナノ構造体層及び電子輸送層を含む中間再結合層を有するタンデム型有機光起電力装置を示す図である。
【図７Ａ】ここで説明する実施の形態に従う、タンデム型有機光起電力装置と、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるそのような有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図７Ｂ】ここで説明する実施の形態に従う、タンデム型有機光起電力装置と、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるそのような有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図７Ｃ】ここで説明する実施の形態に従う、タンデム型有機光起電力装置と、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるそのような有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図７Ｄ】ここで説明する実施の形態に従う、タンデム型有機光起電力装置と、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるそのような有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。
【図７Ｅ】ここで説明する実施の形態に従う、タンデム型有機光起電力装置と、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるそのような有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧のグラフを示す図である。  
【図８】ここで説明する実施の形態に従う、いろいろな中間層材料を組み合わせたものを用いるタンデム型有機光起電力装置に関する短絡電流密度及び開回路電圧特性を提供するチャートを示す図である。
【図９】ここで説明する実施の形態に従う、第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に挟まれた金属ナノ構造体層を含む中間層を有するタンデム型有機光起電力装置を形成する例示的な方法を示す図である。
【図１０】ここで説明する実施の形態に従う、第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に挟まれた金属ナノ構造体層を含む中間層を堆積して、タンデム型有機光起電力装置を形成する例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
有機光起電力装置及びその形成方法をここでいろいろな実施の形態で説明する。これらの実施の形態のそれぞれの範囲内で、また、この開示では明確性のために及び冗長を避けるために特に説明しなかった他の実施の形態において、変形が可能であることを理解すべきである。加えて、ここで開示するいろいろな層及び構造の順番、範囲、構造は、変化する性能仕様に合わせて、変更、改造、分割、細分化することができる。
【００１４】
図１は、単一接合有機光起電力素子１００の活性層１２０と第１電極１３０との間に挟まれた、電子輸送層１１２、正孔輸送層１１４及び金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を備えた有機光起電力装置を示す。単一接合有機光起電力素子１００は活性層１２０と第２電極１５０との間に配置された正孔輸送層１４０を更に含む。
【００１５】
光子１７０の形態を有する電磁放射は、単一接合有機光起電力装置１００に指し示した向きで入射する。第１電極１３０は、ガラス基板上に堆積された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような透明又は半透明の導体を含む。光子１７０は、中間層１１０を貫通して、活性層１２０に入射する。活性層１２０は、定義された波長帯域に入る光子に感応する１つ以上の電気活性な化合物を含む。活性層１２０内の電気活性な化合物は、１つ以上の電子供与体と１つ以上の正孔供与体（すなわち、電子受容体）とを含む。いくつかの実施例では、そのような電子供与体及び正孔供与体は個々の層に堆積されて活性層１２０を形成し、一方で、他の実施例では、電子供与体及び正孔供与体は混合されて、混合（blended）活性層１２０を形成する。活性層１２０に有用な電子供与体の例は、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）のようなフラーレン含有又はフラーレン系化合物を含む。活性層１２０に有用な正孔供与体の例は、ポリ（３‐ヘキシルチオフェン‐２，５‐ジイル）（Ｐ３ＨＴ）を含む。電子供与体及び正孔供与体の例として、それぞれ、ＰＣＢＭ及びＰ３ＨＴが提供されているけれども、当業者は、現在又は将来開発される他の電子供与体及び正孔供与体も同様に用いられるかもしれないことを理解するであろう。
【００１６】
有機光起電力装置に入射した光子と、活性層を形成する電気活性な有機電子供与体及び電気活性な有機正孔供与体との相互作用は、活性層に束縛された電子・正孔対（励起子）の形成を生じさせる。電子を最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）から最低空軌道（ＬＵＭＯ）にまで励起するために必要な活性化エネルギー以上のエネルギーレベルを有する光子が、活性層の電子供与体及び受容体と相互作用したときに、励起子が生じる。励起子はいったん生じると、緩和して基底状態に戻るか（すなわち、電子が元のＨＯＭＯに戻るか）、電子及び正孔に分離する。電子、正孔の分離及び有機光起電力装置の各電極への移動は、当該電極の間に直流電圧を生成する。
【００１７】
従来の有機光起電力装置では、正孔輸送層は活性層１２０と第２電極１５０との間に配置され、活性層と正孔輸送層との間の界面での励起子の分離を促進し、正孔が第２電極１５０へ移動するのを促進しても良い。同様に、電子輸送層は活性層１２０と第１電極１３０との間に配置され、活性層と電子輸送層との界面での励起子の分離を促進し、電子が第１電極１３０へ移動するのを促進しても良い。
【００１８】
タンデム型有機光起電力装置（詳細な検討を図６で始める）では、２以上の有機光起電力装置（サブセル（subcells））が間にある中間層１１０に物理的に、電気的に結合されて、積層体を形成する。タンデム型有機光起電力装置の効率は少なくとも部分的には、積層体において有機光起電力装置の間に挟まれた中間層内部での電荷蓄積（charge accumulation）の形成を最少化し又は理想的には回避することに依存する。中間層内の電荷蓄積にはいくつかのメカニズムが寄与するが、しかしながら、そのような電荷蓄積の少なくとも一部分は、中間層が、隣接する活性層から中間層に輸送される正孔及び電子の再結合を促進できないことに原因があるかもしれない。
【００１９】
単一接合有機光起電力装置１００では、活性層１１０で生成された励起子から分離した正孔１２４は、第１電極１３０を介して正孔輸送層１１４に導入される。電子輸送層１１２は活性層１１０で生成された励起子から分離した電子１２２の少なくともいくつかを受け取る。図１に構成されるように、金属ナノ構造体層１１６は電子１２２と正孔１２４との再結合を促進し、中間層１１０内部での電荷蓄積を最小化すべきである。
【００２０】
図２Ａは、異なる電子輸送層１１２及び異なる正孔輸送層１１４を金属ナノ構造体層１１６と一緒に用いたいろいろな中間層１１０の再結合効率を評価するために有用な単一接合有機光起電力装置２００の例を示す。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６は銀ナノ構造体、例えば、銀ナノワイヤ及び／又は銀ナノドットを含んでも良い。
【００２１】
金属ナノ構造体を含む懸濁液、スラリー又は溶液は、比較的低い温度で、酸素の存在しないところで、正孔輸送層１１４に塗布されても良い。少なくともいくつかの実施例において、そのような液体は、金属ナノ構造体を安定した分散状態に保つために、１つ以上の溶媒、界面活性剤、粘度調整剤又は結合剤を含むインキの形態を有しても良い。そのようなインキは、そのようなインキが感熱基板又は有機光起電力層上に金属ナノ構造体層１１６を提供するときに有利な、比較的低温でのスピンコート又は機械的な掻き取り（mechanical scraping）の適用に適している。
【００２２】
図２Ｂ及び図２Ｃは、図２Ａに示した単一接合有機光起電力装置２００で用いる中間層１１０を提供するために有用ないろいろな化合物又は化合物を組み合わせたものの透過スペクトルを示す。試験のために、全ての中間層がドクターブレード法（doctor blading）によりガラス基板上に堆積される。透過スペクトルを評価するために、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）が厚さ５０ｎｍで、酸化タングステン（ＷＯ３）が厚さ６０ｎｍで、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が厚さ１２０ｎｍで塗布される。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ  Ａｌ４０８３はヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）から購入し、処理の前に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で容積比１：３又は容積比１：５に希釈される。ＺｎＯナノ粒子は酢酸亜鉛から合成され、エタノールに２重量パーセント（wt.%）で溶解される。ＷＯ３ナノ粒子は火炎熱分解法（flame pyrolysis）で合成され、エタノールに２．５ｗｔ．％で溶解される。銀ナノ構造体（以下、「ＡｇＮＷ」という。）インキは、イソプロピルアルコールで容積比１：５（以下、「ＡｇＮＷ１」という。）又は容積比１：１０（以下、「ＡｇＮＷ２」という。）に希釈された、０．１〜５．０ｗｔ．％の銀ナノワイヤを含む銀ナノワイヤインキ原液（master solution）から調合され、中間層１１０で用いられる金属ナノ構造体層１１６を提供する。中間層１１０の透過スペクトルを評価するために、銀ナノ構造体インキの薄い層（すなわち、金属ナノ構造体層１１６）が、電子輸送層１１２と正孔輸送層１１４との間で削られる（bladed）。
【００２３】
例えば、銀ナノ構造体層のような多くの金属ナノ構造体層は、顕著な透明性を示す。基板を修正した後は、図２Ａに示す構成では、４００〜６００ｎｍの波長に関して、９９％より大きな透過率が観測される。酸化金属ＷＯ３及びＺｎＯはスペクトルの青色部分で透過率が減少し、一方、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、スペクトルの赤外部分で透過率が減少する。電荷抽出（すなわち、電子及び正孔輸送）層１１２、１１４の透過率は、一般に９０％を超える。中間層１１０を組み合わせたものは主に青色部分で吸収し、それらの透過率は、中間層１１０を形成するために用いられる個々の層の透過率を線形的に組み合わせたものには見えない。薄膜の干渉現象は薄膜の吸収をコントロールしても良く、金属ナノ粒子層１１６を挿入することは中間層１１０の全体的な透過率に顕著な効果を有するように見えないと推測される。特に、いろいろな電子輸送層１１２、金属ナノ構造体層１１６及び正孔輸送層１１４を組み合わせたものは、全体的な透過率が８５％を超えるような優れた光学的特性を示す。
【００２４】
図３Ａは、ガラス基板上に比較的に高濃度の(concentrated)（ＩＰＡで１：５ｖ／ｖに希釈した）ＡｇＮＷ１インキを堆積して形成したナノ構造体層の２次元及び３次元の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の画像を提供する。ＡＦＭ画像を見ると、金属ナノ構造体層１１６内の金属ナノ構造体は、銀ナノワイヤと少しの銀ナノドット（すなわち、物理的に劣化した及び／又は切り詰められた銀ナノワイヤ、又は、銀ナノワイヤと共沈殿されてＡｇＮＷインキへと処方された銀ナノ粒子）とで主に構成される。銀ナノドットは塗布処理の間に生成されるか、銀ナノワイヤ合成処理の遺残（vestigial remnants）であるかしても良い。ポリオール処理は、銀ナノワイヤ合成処理を提供する。ポリオール処理は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のような、１つ以上のポリマーバインダー（polymeric binders）の存在を必要とする。ポリマーバインダーは銀ナノワイヤにポリマーマトリックス（a polymeric matrix）を提供し、図２Ａに示すナノ構造体層１１６を形成する。少なくともいくつかの例では、図３Ａで観られるもののような銀ナノドットは、銀ナノワイヤ合成処理の間にポリマーバインダーで被覆され（cladded）、ポリマーバインダーに埋め込まれても良い。
【００２５】
図３Ｂは、図３Ａに示す、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１の堆積により形成されたナノ構造体層１１６の高さ分布を提供する。図３Ｂに示す高さの値は、マトリックスの骨格（matrix backbone）を形成するポリマーバインダーの厚さが約１０ｎｍであり、銀ナノワイヤが約３０ｎｍの直径を有することを示す。特に、金属ナノ構造体層１１６における銀ナノワイヤの物理構造及び外観は、金属ナノ構造体層１１６を形成するために堆積された比較的に高濃度の銀ナノワイヤインキ（ＡｇＮＷ１）における銀ナノワイヤから比較的に変化していないように見える。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、２つ以上のナノワイヤが重なる位置は、約３０ｎｍの直径のナノワイヤに基づいて予想される厚さと良い一致を示している。
【００２６】
図３Ｃは、ガラス基板上に比較的に低濃度の(dilute)（ＩＰＡで１：１０ｖ／ｖに希釈した）ＡｇＮＷ２インキを堆積して形成したナノ構造体層の２次元及び３次元の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の画像を提供する。ＡＦＭ画像を見ると、ガラス基板上に比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを堆積して形成した結果としての金属ナノ構造体層１１６は、驚くことに、独占的ではないにしても、主に、金属ナノワイヤよりも、むしろ金属ナノドットで構成された金属ナノ構造体層を生成するように見える。銀ナノドットの形成は、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキに存在する銀ナノワイヤの少なくとも部分的な劣化の結果であると推測される。そのようなナノワイヤの劣化は、少なくとも一部には、ガラス基板上での金属ナノ構造体層の機械的な平坦化による物理的な劣化が原因かもしれない。
【００２７】
図３Ｄは、ＰＥＤＯＴ基板上に比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを堆積して形成したナノ構造体層の２次元及び３次元のＡＦＭの画像を提供する。図３Ａで明らかな、ガラス基板上にＡｇＮＷ１インキを堆積した結果である銀ナノワイヤと比較して、図３ＤのＡＦＭ画像は、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１がＰＥＤＯＴ基板上に塗布されたときに、銀ナノドットが形成されることを示す。
【００２８】
図３Ｅは、図３Ａに示すガラス基板上の比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキ、及び、図３Ｃに示すＰＥＤＯＴ基板上の比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキの高さ分布をまとめる。図３Ｅの曲線は銀ナノワイヤ（図３Ａ、ガラス基板上のＡｇＮＷ１インキ参照）及び銀ナノドット（図３Ｄ、ＰＥＤＯＴ基板上のＡｇＮＷ１インキ参照）の高さ分布を示す。図３Ｅでは、銀ナノワイヤは約１０〜約６０ｎｍの範囲の高さ分布を示す。図３Ｅでは、銀ナノドットは約３０〜約８０ｎｍの範囲の高さ分布を示す。図３Ｅは、図３Ａに示すガラス基板上の金属ナノ構造体層中に存在する銀ナノワイヤの大部分が、ガラス基板上の約５０ｎｍ以下の高さにまで拡がることを示す。図３Ｅは、図３Ｃに示すＰＥＤＯＴ基板上の金属ナノ構造体層中に存在する銀ナノドットの大部分が、ＰＥＤＯＴ基板上の約３０ｎｍ以下の高さにまで拡がることも示す。重要なことは、どちらの例でも、約１２０ｎｍの深さを有する酸化亜鉛電子輸送層１１２は、金属ナノ構造体層１１６中に存在する銀ナノワイヤ及び／又は銀ナノドットを完全に覆うであろう。
【００２９】
図３Ｆは、ガラス基板上に形成された酸化タングステン（ＷＯ３）層の２次元及び３次元ＡＦＭ画像を提供する。
【００３０】
図３Ｇは、図３Ｆに示すような酸化タングステン層上に比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを堆積して形成した金属ナノ構造体層の２次元及び３次元のＡＦＭ画像を提供する。図３Ｈは、図３Ｆに示すような酸化タングステン層上に比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを堆積して形成した金属ナノ構造体層の２次元及び３次元のＡＦＭ画像を提供する。図３Ｇ及び図３Ｈを比較すると、ＡｇＮＷ１インキを用いて酸化タングステン膜上に堆積した金属ナノ構造体層（すなわち、銀ナノワイヤ層）（図３Ｇ参照）は、ＡｇＮＷ２インキを用いて酸化タングステン膜上に堆積した金属ナノ構造体層（すなわち、銀ナノワイヤ層）（図３Ｈ参照）と同様の物理的な特性及び外観を有することが明らかである。ガラス基板上に堆積した酸化タングステン層（図３Ｆ）及び比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを用いて酸化タングステン層上に形成した金属ナノ構造体層の平均粗さ（Ｒｍｓ）はそれぞれ６．５ｎｍ及び８．０ｎｍと測定された。酸化タングステン層上の比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを機械的に平坦化した後の平均約２ｎｍの観測された粗さの増加は、ガラス基板上のＡｇＮＷ２インキを機械的に平坦化した後に観測された粗さの増加と同様である。
【００３１】
図３Ｉは、図３Ｄに示すガラス基板上の比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキ、図３Ｅに示す酸化タングステン層上の比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキ、及び、図３Ｆに示す酸化タングステン層上の比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキの高さ分布を提供する。酸化タングステン層上の銀ナノワイヤインキを機械的に平坦化した後に、高さ分布の平均値は、約５６ｎｍ（ガラス上の酸化タングステンに関して、図３Ｄ）から約８０ｎｍ（酸化タングステン基板上のＡｇＮＷ１又はＡｇＮＷ２インキを用いた銀ナノワイヤに関して）に増加する。高さ分布の平均値の３０ｎｍの増加は、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１及び比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキ（図３Ｂ参照）の両方を調合するために用いる銀ナノワイヤの直径と一致する。
【００３２】
まとめると、機械的に平坦化された（例えば、ドクターブレードされた）金属ナノ構造体層の物理的特性及び成分は、金属ナノ構造体層が堆積する基板の成分に影響される。酸化タングステン基板上に形成された、銀ナノワイヤを含む金属ナノ構造体層は、ガラス基板に塗布された同じ金属ナノ構造体層と、はっきりした物理的な差異を示さない。逆に、ＰＥＤＯＴ基板上に形成された、銀ナノワイヤを含む金属ナノ構造体層は、特に、金属ナノ構造体層がＡｇＮＷ１のような比較的に高濃度のインキを用いて形成されたときに、ガラス基板に塗布された同じ金属ナノ構造体層と、明らかな物理的な差異を示す。銀ナノワイヤは、ＰＥＤＯＴ基板上に塗布されたときに、ナノワイヤ及びナノドットの両方を含む金属ナノ構造体層を形成する。加えて、銀ナノワイヤインキの濃度は、金属ナノ構造体層中に存在する銀ナノ構造体の最終的な形成に影響を及ぼす。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｂは、異なる中間層成分を用いた単一接合有機光起電力装置に関する、短絡電流密度（Ｊ）対、開回路電圧（Ｖ）のいくつかのグラフを示す。図４Ａ及び図４Ｂは、４つの異なる単一接合有機光起電力装置に関するＪ−Ｖ特性を示す。第１曲線（装置Ａ、中空ではない四角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２でできている、参考のための単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第２曲線（装置Ｂ、中空ではない丸）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２とＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４とでできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第３曲線（装置Ｃ、中空ではない三角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２、ＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４、及び、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを用いて堆積された、間にある金属ナノ構造体層１１６でできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第４曲線（装置Ｄ、逆三角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２、ＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４、及び、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを用いて堆積された、間にある金属ナノ構造体層１１６でできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。
【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＰＥＤＯＴ／酸化亜鉛中間層１１０に関して顕著な制限が存在する。最も明らかな制限は、どちらかといえば、結果として低いフィルファクタ（ＦＦ）となる、順バイアス下での低い注入である。ＰＥＤＯＴ／酸化亜鉛中間層１１０は、効果のない再結合を提供し、その結果、タンデム型有機光起電力装置に再結合能力を提供する中間層１１０として用いるためのぎりぎりの値を有しているように見える。とりわけ、溶液処理した（solution processed）酸化亜鉛は、半導体特性及び電気特性（例えば、状態密度及び電荷キャリア密度）に関して十分に明らかされておらず、そのような特性は、いろいろな製造プロセスや製造ルートにより異なってしまうかもしれない。その上、接触／界面形成に重要な酸化亜鉛表面の終端の配位基（ligand groups）の化学的な性質及び密度は評価するのがとても難しく、多くのシステムにおいてよく知られていない。しかしながら、中間層１１０中の酸化亜鉛電子輸送層１１２とＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４との間に金属ナノ構造体層１１６を挟むこと、それとも堆積することは、酸化亜鉛電子輸送層１１２を用いることで、特定された問題を軽減するか、更には克服するかをするように見える。例えば、ＡｇＮＷ１インキ又はＡｇＮＷ２インキから形成された銀ナノ構造体層１１６のような金属ナノ構造体層１１６を、酸化亜鉛電子輸送層１１２とＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４との間に挟むことは、中間層１１０内部での電荷再結合を著しく改善する。結果として、金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を用いた有機光起電力装置は単一の酸化亜鉛電子輸送層を用いた参考のための有機光起電力装置（装置Ａ）に比する性能を示す。
【００３５】
図４Ｃ及び図４Ｄは、異なる中間層成分を用いた単一接合有機光起電力装置に関する、短絡電流密度（Ｊ）対、開回路電圧（Ｖ）のいくつかのグラフを示す。図４Ｃ及び図４Ｄは、４つの異なる単一接合有機光起電力装置に関するＪ−Ｖ特性を示す。第１曲線（装置Ａ、中空ではない四角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２だけでできている、参考のための単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第２曲線（装置Ｅ、中空ではない丸）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２と酸化タングステン正孔輸送層１１４とでできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第３曲線（装置Ｆ、中空ではない三角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２、酸化タングステン正孔輸送層１１４、及び、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを用いて堆積された、間にある金属ナノ構造体層１１６でできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。第４曲線（装置Ｇ、逆三角）は中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２、酸化タングステン正孔輸送層１１４、及び、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを用いて堆積された、間にある金属ナノ構造体層１１６でできている、単一接合有機光起電力装置１００のＪ−Ｖ特性を示す。
【００３６】
図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、酸化タングステン正孔輸送層１１４及び酸化亜鉛電子輸送層１１２を用いた有機光起電力装置（例えば、装置Ｅ）は、高い直列抵抗の結果としての低い整流作用のような、ＰＥＤＯＴ／酸化亜鉛有機光起電力装置（例えば、装置Ｂ）で観られるものと同様の欠陥を被る。酸化亜鉛電子輸送層１１２及び酸化タングステン正孔輸送層１１４を含む中間層１１０を用いた有機光起電力装置の性能は、酸化亜鉛と酸化タングステン層との間に金属ナノ構造体層１１６を挟むことにより改善する。
【００３７】
ＰＥＤＯＴ／酸化亜鉛中間層１１０の場合とは異なり、酸化タングステンの場合には、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを堆積して形成した金属ナノ構造体層と、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを堆積して形成した金属ナノ構造体層との間に、より明確な性能上の差異が観られる。金属ナノ構造体層１１６を形成するために比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを用いた有機光起電力装置（例えば、装置Ｆ）は、金属ナノ構造体層１１６を形成するために比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを用いた有機光起電力装置（例えば、装置Ｇ）よりも顕著に増加したシャント抵抗を被ることが観られる。このように、シャント抵抗の増加が好ましい有機光起電力装置（例えば、並列に接続される有機光起電力装置）は、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキを用いて形成されたもののような、比較的に高濃度の金属ナノワイヤを含有する金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０から恩恵を受けるかもしれない。一方、シャント抵抗の減少が好ましい有機光起電力装置（例えば、直列に接続される有機光起電力装置）は、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキを用いて形成されたもののような、比較的に高濃度の金属ナノドットを含有する金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０から恩恵を受けるかもしれない。どちらの場合においても、タンデム型有機光起電力装置内部での短絡（shunts）又は同様の欠陥を防ぐために、上を覆う電子輸送層１１２は、金属ナノ構造体層１１６中の金属ナノ構造体を完全に覆うことが最も好ましい。
【００３８】
更に、参考のための装置と比較して、電子輸送層１１２、正孔輸送層１１４及び金属ナノ構造体層１１６を含む中間層を用いた有機光起電力装置の性能は、中間層１１０内部でおこる光学的損失によりあまり影響を受けない。銀ナノワイヤ１１６のような金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を用いた有機光起電力装置は、単一の酸化亜鉛バッファ層を用いた、参考のための単一接合有機光起電力装置２００と比べたときに、わずかに増加した電流密度を示す。これらの観測された電流密度の差異は、有機光起電力装置の活性層１２０の厚さ又は深さの小さな変化によって、又は、酸化亜鉛層内部で生じる形態の変化（morphological variations）によって、起こるのかもしれない。
【００３９】
図５は、図４Ａ〜図４Ｄに含まれる中間層１１０の顕著な性能パラメータをまとめたチャートを提供する。図５で表にした各有機光起電力装置の直列抵抗（Ｒｓ）は正孔輸送層１１４と電子輸送層１１２との間に金属ナノ構造体層１１６を挿入したときに著しい減少を示し、一方で、リーク電流は参考のための有機光起電力装置のものと同様のままである。このことは、金属ナノ構造体（例えば、銀ナノ構造体）層１１６を挿入することが、中間層１１０の再結合特性を強化することを示している。驚くことに、銀ナノドット（すなわち、物理的に劣化した及び／又は切り詰められた銀ナノワイヤ、又は、銀ナノワイヤと共沈殿されてＡｇＮＷインキへと処方された銀ナノ粒子）は、正孔輸送層／電子輸送層界面で再結合中心として、いっそうの効率向上をもたらすことが観られた。ナノドットの形状（geometry）は、銀ナノワイヤと比べると、特に、電気的に直列に接続されたタンデム型有機光起電力装置のような応用例において、より望ましいシャント特性を提供する。その上、もしも、３つよりも多いナノワイヤが金属ナノ構造体層１１６（図３Ａ参照）中で重なると、金属ナノ構造体層１１６は上を覆う電子輸送層１１２により十分に覆われる、又は、包まれる（encapsulated）ことがなく、有機光起電力装置内部で大きなリーク電流を引き起こすかもしれない。そのような短絡及び結果としての大きなリーク電流の存在は、装置Ｆ（図４Ｄ参照）で観察されたＪ−Ｖ特性と一致する。
【００４０】
図６は、電子輸送層１１２、正孔輸送層１１４及び間にある金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を備えたタンデム型有機光起電力装置６００の例を示す。中間層１１０の第１面６０２は、第１波長帯域（λｎ１〜λｎｎ）６３０で入射する光子に感応する第１有機光起電力装置６１０に近接して配置される。中間層１１０の第２面６０４は、第２波長帯域（λｍ１〜λｍｍ）６４０で入射する光子に感応する第２有機光起電力装置６２０に近接して配置される。いくつかの実施例において、第２波長帯域６４０は第１波長帯域６３０とは異なっても良い（すなわち、１つ以上の異なる波長を含んでも良い）。いくつかの実施例において、第１波長帯域及び第２波長帯域は、例えば、１つ以上の共通の波長を含んで、同様又は同一であっても良い。図６に示す複数の層は例示であって、タンデム型有機光起電力装置６００の１つ以上の性能パラメータ及び／又は動作パラメータを修正するために、いろいろな電子輸送層、正孔輸送層、活性層及び金属ナノ構造体層が追加、削除、修正、置換されても良い。加えて、タンデム型有機光起電力装置６００の層のそれぞれの間の界面は、明確化のために、滑らかで平坦な面として示されているが、そのような面は構造化された又はランダムなパターン及び／又は粗さを含むいかなる面分布を有していても良い。
【００４１】
中間層１１０は、第１電子輸送層１１２と、間にある金属ナノ構造体層１１６の反対側に配置された第１正孔輸送層１１４とを含む。中間層１１０は、２つの隣り合う有機光起電力装置の間での蓄積電荷の除去及び蓄積電荷の再結合を促進する。少なくともいくつかの例において、中間層は、第２有機光起電力装置６２０の第２活性層６１２から第１電子輸送層１１２を介して輸送された電子と、第１有機光起電力装置６１０の第１活性層６２２から第１正孔輸送層１１４を介して輸送された正孔との再結合を促進する。
【００４２】
第１電子輸送層１１２は、第２活性層６２２から金属ナノ構造体層１１６への電子及び／又は負電荷の選択的な移動又は輸送を促進することができる、現在又は将来開発されるどのような材料又は物質も含むことができる。第１電子輸送層１１２を提供するために有用な物質、化合物又は材料の限定的ではない例は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような亜鉛の酸化物、酸化チタン（ＴｉＯ）及び２酸化チタン（ＴｉＯ２）のようなチタンの酸化物を含む。第１電子輸送層１１２は、液体キャリア中に懸濁された電子輸送層の物質、化合物又は材料を含む液体混合物として、最も頻繁に塗布される。そのような溶液は、塗布中に下にある基板上にスピンコートされ又は機械的に平坦化されても良い。当該技術分野で知られている他の被覆及び／又は平坦化方法も、下にある基板又は面上に第１電子輸送層１１２を配置するために採用されても良い。電子輸送層１１２の厚さは、電子輸送層１１２を形成するために用いられる特定の物質、化合物又は材料、及び、下にある基板又は面の上に電子輸送層１１２を堆積及び／又は平坦化するために用いられる処理にある程度依存する。電子輸送層１１２の厚さは、下にある金属ナノ構造体層１１６中の金属ナノ構造体を完全に包むために十分に厚く、望ましい光学特性を維持するために十分に薄いことが望ましい。少なくともいくつかの実施例において、電子輸送層の厚さは約３０〜約２００ｎｍの範囲に及ぶことができる。電子輸送層１１２の厚さ又は他の物理的、形態的な特性は、特定の有機光起電力装置の性能パラメータに合わせて変更、適正化又は変化させても良い。
【００４３】
第１正孔輸送層１１４は、第１活性層６１２、他の隣接する構造体又は層から金属ナノ構造体層１１６への正孔及び／又は正電荷の選択的な移動又は輸送を促進することができる、現在又は将来開発されるどのような材料又は物質も含むことができる。第１正孔輸送層１１２を提供するために有用な化合物、物質又は材料の例は、これらに限定するものではないが、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（４‐スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）及び酸化タングステン（ＷＯ３）を含む。第１正孔輸送層１１４は、液体キャリア中に懸濁された正孔輸送層の物質、化合物又は材料を含む液体として、最も頻繁に塗布される。そのような溶液は、塗布中に下にある基板上にスピンコートされ又は機械的に平坦化されても良い。当該技術分野で知られている他の被覆及び／又は平坦化方法も、下にある基板又は面上に第１正孔輸送層１１４を配置するために採用されても良い。正孔輸送層１１４の厚さは、正孔輸送層１１４を形成するために用いられる特定の物質、化合物又は材料、及び、下にある基板又は面の上に正孔輸送層１１４を堆積及び／又は平坦化するために用いられる処理にある程度は依存する。少なくともいくつかの実施例において、正孔輸送層の厚さは約３０〜約２００ｎｍの範囲に及ぶことができる。正孔輸送層１１４の厚さ又は他の物理的、形態的な特性は、特定の有機光起電力装置の性能パラメータに合わせて変更、適正化又は変化させても良い。
【００４４】
金属ナノ構造体層１１６は、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に挟まれる金属ナノ構造体層の少なくとも一部分を提供することができる、現在又は将来開発されるどのような金属ナノ構造体又はナノ構造体も含むことができる。少なくともいくつかの実施例において、ポリマーフィルムは、膜、シート又は層を提供するための金属ナノ構造体及び／又はナノ構造体の物理的なつながり又は結合であっても良い。金属、金属合金及び／又は金属含有化合物の１つ以上が、金属ナノ構造体層１１６の全部又は一部を提供するために用いられても良い。金属の例には、銀、金、白金、合金、化合物、又はこれらの混合物が含まれるが、これらには限定されない。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６に含まれるいくつかの又は全ての金属ナノ構造体が伝導性の非金属ナノ構造体（例えば、グラフェンナノチューブ）に置き換えられても良い。金属ナノ構造体は１つ以上の形態を採ることができる。ナノ構造体の形態の例には、ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノドット、同様の中空ではない、半中空の又は中空のナノ構造体、又は、これらの混合物が含まれるが、これらには限定されない。
【００４５】
図１には示していないけれども、少なくともいくつかの実施例において、中間層１１０は、電子輸送層１１２と正孔輸送層１１４との間に挟まれた低シート抵抗格子体（the low sheet resistance grid）を含んでも良い。そのような低シート抵抗格子体は金属ナノ構造体層１１６に加えて又は金属ナノ構造体層１１６に代えて中間層１１０に組み込まれても良い。低シート抵抗格子体は、少なくとも中間層１１０の内部で、電流の流れ、分配及び／又は収集のための低抵抗の経路又は経路のネットワークを提供する。これらの低抵抗の経路を提供することに加えて、低シート抵抗格子体は、中間層１１０に物理的な強度を与える手段も提供するかもしれない。そのような物理的な強度を有する中間層１１０は、大きな有機光起電力装置が用いられるところ、例えば、大規模な有機光起電力装置又は共形の（conformal）有機光起電力装置では、有利かもしれない。
【００４６】
低シート抵抗格子体は、金属構造体、非金属構造体、又は、金属構造体及び非金属構造体を組み合わせたものを含有する混合構造体を含む、適切な電気的、物理的特性を有する、いかなるタイプの伝導性構造体も含む。低シート抵抗格子体の例には、スパッタ法や、好ましくは、例えば、スクリーン印刷した金属ペースト（例えば、銀ペースト）、埋め込み可能な微細（fine）金属ワイヤ、又は、１つ以上の残留（residual）低抵抗成分を含む印刷可能な溶液の事後パターン形成処理（post-patterning）を伴う蒸発乾燥法（evaporation）により堆積された、微細金属メッシュ（例えば、銅メッシュ、銀メッシュ、アルミニウムメッシュ、鋼メッシュなど）が含まれるが、これらには限定されない。
【００４７】
低シート抵抗格子体の物理的な大きさ及び／又は構成は、全体又は一部として、特定の電気的な（例えば、シート抵抗）及び物理的な（例えば、表面の粗さ及び／又は光透過率）要求を満足することに基づく。低シート抵抗格子体を形成する導体の大きさ及び経路は、低シート抵抗格子体の少なくとも一部分を堆積又は形成するために用いられる格子体パターンを形成する。いくつかの実施の形態において、低シート抵抗格子体を形成する伝導性要素の幅は、約１〜約３００μｍの範囲に及ぶことができる。いくつかの実施の形態において、低シート抵抗格子体を形成する伝導性要素の高さは、約１００ｎｍ〜約１００μｍの範囲に及ぶことができる。低シート抵抗格子体を形成する要素の間の開放距離は、約１００μｍ〜約１０ｍｍの範囲に及ぶことができる。
【００４８】
低シート抵抗格子体の堆積は、事前パターン形成処理（pre-patterning）、事後パターン形成処理又はこれらの何らかの組み合わせを用いて成し得ることができる。事前パターン形成した、印刷した、低シート抵抗格子体の例には、印刷した銀ペースト格子体、印刷した銅ペースト格子体、ミクロン又はナノ粒子ペースト格子体、又は、同様の伝導性ペースト格子体が含まれるが、これらには限定されない。事後パターン形成した低シート抵抗格子体の例は、低シート抵抗格子体を製造するためにあらかじめ塗布された伝導性膜のフォトリソグラフィの現像を用いて提供される。事後パターン形成した低シート抵抗格子体の他の例には、次にフォトリソグラフィ処理、スクリーン印刷したレジスト処理、スクリーン印刷したエッチング液（screen printed etchant）処理、標準的なエッチング処理、レーザエッチング処理、接着材リフトオフスタンプ（adhesive lift off stamp）処理などによるパターン形成処理が続く、印刷処理、蒸発乾燥処理、スパッタ処理、無電解メッキ処理、電解メッキ処理、溶液処理などにより堆積された低シート抵抗格子体が含まれるが、これらには限定されない。
【００４９】
低シート抵抗格子体は望ましいシート抵抗を獲得し、好ましい光学特性を保つために必要な２次元又は３次元の配置（geometry）、形状又は構成を有していても良い。より大きな格子密度（すなわち、より大きな低抵抗経路断面積）は、中間層１１０内部で獲得可能な全シート抵抗を削減するかもしれないが、一方で、大きな格子密度は中間層１１０の不透明性を好ましくないレベルにまで増加するかもしれない。このように、低シート抵抗格子体のパターン選択と物理的な特性とは、時々、少なくとも一部には、中間層１１０内部で獲得できるシート抵抗を最小化し、一方で、中間層１１０の不透明性を好ましくない程度にまで増加させないことに基づく、妥協を示すかもしれない。
【００５０】
低シート抵抗格子体は、好ましいシート抵抗を提供することができる、どのような固定した、幾何学的な又はランダムなパターンも有することができる。例えば、低シート抵抗格子体のパターンは、垂直線、（例えば、ダイヤモンドパターンを形成する）角度線、平行線のような規則正しい又は不規則な幅の幾何学的な配置を含むことができる。他のパターンは、例えば、透明な導体が３次元的に使われるようなところで、均一の又は不均一のシート抵抗を有する複雑なパターンを獲得するために、曲がった又は円弧状の導体を用いることができる。いくつかの有機光起電力モジュールでは、低シート抵抗格子体は、例えば、６角形又は矩形のようなより大きなパターンにより結び付けられた（bounded）平行線を用いて形成された格子のような、２以上のパターンを用いて形成されることもできる。他の実施の形態では、低シート抵抗格子体は、直列に相互接続された薄膜光起電力筋状体（stripes）をつなげた、櫛形の構造をしていても良い。
【００５１】
いくつかの例では、金属ナノ構造体は、直径が約１５〜約１００ｎｍで、ナノワイヤの長軸に沿った長さが約２〜約５０μｍの金属ナノワイヤを含むことができる。金属ナノワイヤは、銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、白金ナノワイヤ、これらの合金又はこれらを組み合わせたものを含むことができるが、これらには限定されない。そのような実施例において、金属ナノワイヤは、金属ナノ構造体層の全部又は一部の中で位置合わせされることができる。例えば、金属ナノワイヤの長軸は、中間層１１０の第１面と平行に、中間層の第２面と平行に、又は、中間層１１０の第１面及び第２面の両方と平行に位置合わせされても良い。
【００５２】
他の例では、金属ナノ構造体は直径が約１０〜約６０ｎｍの連続的な又は変化する断面を有する金属ナノドットを含むこともできる。金属ナノドットは、ナノドットの長軸方向に沿った長さが、約３０〜約８０ｎｍであることができる。金属ナノドットは、円錐構造、ピラミッドに似た構造、円柱構造、これらを組み合わせた構造を含むいろいろな物理的な形状をとることができるが、これらには限定されない。金属ナノドットは、銀ナノドット、金ナノドット、白金ナノドット、これらのナノドット合金、これらを組み合わせたものを含むことができるが、これらには限定されない。そのような実施例において、金属ナノドットは、金属ナノ構造体の全部又は一部の中で位置合わせされることができる。例えば、金属ナノドットの長軸は、中間層の第１面に関して約１〜約９０度の角度を有し、中間層の第２面に関して約１〜約９０度の角度を有し、又は、中間層の第１面及び第２面の両方に関して約１〜約９０度の角度を有していても良い。
【００５３】
金属ナノドットの全部又は一部分は金属ナノ構造体層１１６を提供するために用いられる金属ナノ構造体インキ中に存在しても良い。いくつかの例では、金属ナノドットの全部又は一部は、金属ナノ構造体層１１６を形成するために用いられる金属ナノ構造体インキ中に存在する金属ナノ構造体の全部又は一部を物理的に、機械的に又は科学的に変更及び／又は分離することにより形成されても良い。例えば、銀ナノワイヤを含むインキは、インキ中に存在する銀ナノワイヤの少なくとも一部が銀ナノドットに変換されるように、物理的に及び／又は化学的に変更されても良い。しかしながら、他の例では、金属ナノ構造体は２つ、３つ又はそれ以上の金属ナノ構造体を組み合わせたものを含むことができる。例えば、金属ナノ構造体層１１６は、金属ナノワイヤと金属ナノドットとを組み合わせたものを含むことができる。
【００５４】
金属ナノ構造体層１１６は、１つ以上の液体キャリア中に懸濁されたナノ構造体を含む液体溶液又はインキとして、下にある基板又は面上に堆積され又は塗布される。そのような溶液又はインキは、下にある基板又は面上に堆積され、スピンコート又は機械的な平坦化を介して（例えば、ドクターブレード法又は同様の機械的な平坦化処理を介して）、限定された膜厚にまで平坦化され、限定された最終膜厚（例えば、６０ｎｍ）を提供する。金属ナノ構造体層１１６の厚さは、金属ナノ構造体層１１６を形成するために用いられる特定の物質、化合物又は材料、及び、下にある基板又は面の上に金属ナノ構造体層１１６を堆積し及び／又は平坦化するために用いられる処理にある程度は依存する。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６の厚さは約３０〜約１５０ｎｍの範囲に及ぶことができる。金属ナノ構造体層１１６の厚さ又は他の物理的、形態的な特性は、特定の有機光起電力装置の性能パラメータに合わせて変更、適正化又は変化させても良い。
【００５５】
一例では、金属ナノ構造体層１１６は、マトリックスに埋め込まれた、複数の金属ナノワイヤ、金属ナノドット又はこれらを組み合わせたものを備えていても良い。ここで用いられるように、用語「マトリックス」は金属ナノワイヤが分配され又は埋め込まれる材料を指す。マトリックスの内部では、ナノ構造体及び／又はナノワイヤはランダムに配列され、又は、優先的に１つ以上の軸に沿って位置合わせされても良い。ナノ構造体及び／又はナノワイヤは、マトリックス内部で均一に又は不均一に配置されても良い。少なくともいくつかの例において、金属ナノ構造体層１１６内部の金属ナノ構造体の配列は、例えば、望ましい面内（in-plane）又は面間（through-plane）の抵抗特性を提供して、１つ以上の好ましい物理的又は電気的な特性を提供しても良い。ナノ構造体及び／又はナノワイヤは金属ナノ構造体層１１６により形成される１つ以上の面から拡がっても、拡がらなくても良い。マトリックスはナノ構造体及び／又はナノワイヤにとってホスト（host）であって、金属ナノ構造体層１１６に物理的な形状を提供する。マトリックスは、化学、ガルバニック（galvanic）又は環境腐食のような、不都合な環境要因からナノ構造体及び／又はナノワイヤを保護するために、選択され又は設けられても良い。特に、マトリックスに埋め込まれたナノ構造体及び／又はナノワイヤ、及び／又は、下にある基板、面又は構造体を潜在的に劣化できる、湿気、微量の酸、酸素、硫黄などの潜在的な腐食性要素の透過性を、マトリックスは著しく低くする。
【００５６】
加えて、マトリックスは、金属ナノ構造体層１１６の物理的、機械的な全体の特性に寄与する。例えば、マトリックスは、中間層１１０内部で、金属ナノ構造体層１１６が、隣の電子輸送層１１２及び正孔輸送層１１４に接着することを促進することができる。マトリックスは、金属ナノ構造体層１１６の柔軟性、及び、金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を組み込んだ、タンデム型有機光起電力装置７００のような有機光起電力装置の全体の柔軟性にも寄与する。
【００５７】
少なくともいくつかの例において、マトリックスは光学的に透明な（optically clear）材料を有している。もしも、材料の光透過度が、可視領域（約４００〜約７００ｎｍの波長帯域）において少なくとも８０％あれば、材料は光学的に透明であると考えられる。屈折率（ＲＩ）、厚さ、厚さ方向での屈折率の一貫性、（界面を含めた）表面反射、曇り（haze）（表面の粗さ及び／又は埋め込まれた粒子により引き起こされる散乱損失）を含み、これらに限定されない多くの要因が、マトリックスの光学的な透明性を決定する。ある実施の形態において、マトリックスは、マトリックスに埋め込まれ又は含まれる金属ナノ構造体よりも平均して薄くても良い。例えば、マトリックスは、約１０ｎｍの厚さを有し、一方、金属ナノ構造体（例えば、銀ナノワイヤ）は約３０ｎｍの直径、約５０ｎｍの長さを有していても良い。マトリックスは、約１．３〜約２．５又は約１．３５〜約１．８の屈折率を有していても良い。
【００５８】
ある実施の形態において、マトリックスは、ポリマーマトリックスとも言われる、ポリマーである。光学的に透明なポリマーは当該技術分野において知られている。適切なポリマーマトリックスの例には、ポリメタクリル酸（例えば、ポリメタクリル酸メチル）、ポリアクリル酸及びポリアクリロニトリルのようなポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリエステル（例えば、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及びポリカーボネート）、フェノール類又はクレゾールホルムアルデヒド（ノボラック（登録商標））のような芳香性の大きなポリマー、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルキシレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリサフファイド、ポリスルフォン、ポリフェニレン、ポリフェニルエーテル、ポリウレタン（ＰＵ）、エポキシ、ポリオレフィン（例えば、ポリプロフィレン、ポリメチルペンテン及び環状オレフィン）、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体（ＡＢＳ）、セルロース、シリコン、シリコンを含む他のポリマー（例えば、ポリシルセスキオキサン、ポリシラン）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアセテート、ポリノルボルネン、合成ゴム（例えば、ＥＰＲ、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ）、フルオロポリマー（例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）又はポリヘキサフルオロプロピレン）、フルオロオレフィンと炭化水素オレフィンとの共重合体（例えば、ルミフロン（登録商標））、アモルファスフルオロカーボン重合体又は共重合体（例えば、旭硝子のサイトップ（登録商標）、デュポンのテフロン（登録商標）ＡＦ）が含まれるが、これらには限定されない。
【００５９】
他の実施の形態においては、マトリックスは無機材料である。例えば、シリカ、ムライト、アルミナ、ＳｉＣ、ＭｇＯ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２、ＭｇＯ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２‐Ｌｉ２Ｏ、又は、これらの混合物に基づく、ゾルゲルマトリックスを用いることができる。
【００６０】
ある実施の形態において、マトリックスそれ自体が伝導特性を有しても良い。例えば、マトリックスは伝導性ポリマーであることができる。ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリイソフェン、ポリピロール、ポリジアセチレンを含む伝導性ポリマーは当該技術分野においてよく知られているが、これらには限定されない。
【００６１】
他の実施の形態において、ポリマーマトリックスは、基板上のナノ構造体を固定する結合剤（binder）として働く、粘度調整剤であっても良い。適切な粘度調整剤の例には、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ザンサンガム（xanthan gum）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースが含まれる。
【００６２】
ここで用いられているように、金属ナノ構造体層１１６は金属ナノ構造体及び／又はナノワイヤ及びマトリックスを組み合わせたものを指すことができる。伝導性は、ある金属ナノ構造体及び／又はナノワイヤから他のものへの電荷移動により獲得されるので、電荷移動のしきい値に到達し、伝導性の十分な全体のレベルを提供するために、十分な金属ナノ構造体及び／又はナノワイヤの十分な密度が金属ナノ構造体層１１６に存在しなくてはならない。上で検討したように、金属ナノ構造体層１１６は１つ以上の望ましい電気特性又は性質を加えるために他の材料を含むことができる。少なくともいくつかの実施の形態において、金属ナノ構造体層１１６中に存在するナノワイヤの全部又は一部は、１つ以上の望ましい電気特性を提供するために位置合わせされることができる。そのような構成は、２００７年１０月１２日に出願された米国特許出願番号１１／８７１，７２１の「Functional Films Formed by Highly Oriented Deposition of Nanowires」及び２０１１年１１月２日に出願された米国特許出願番号１３／２８７，８８１の「Grid Nanostructure Transparent Conductor For Low Sheet Resistance Applications」で詳細に説明されており、これらは、ここに含まれる情報と一致しないことがない限りにおいて、ここにそれらの全体が参照されて組み込まれる。
【００６３】
金属ナノ構造体層１１６の機械的、光学的な特性は、その中の、高い固体含有量（a high solids loading）（例えば、ナノワイヤ、散乱粒子及び他の粒子状添加物（particulate additives））により、変更され、折り合いを付けられ、影響を受けても良い。有利には、高いアスペクト比の金属ナノワイヤは、銀ナノワイヤに関して、面負荷レベルのしきい値（a threshold surface loading level）が、好ましくは約０．０５〜約１０μｇ／ｃｍ２、より好ましくは約０．１〜約５μｇ／ｃｍ２、更に好ましくは約０．８〜約３μｇ／ｃｍ２のマトリックスを介して伝導性ネットワークの形成を可能にする。これらの面負荷レベルは金属ナノ構造体層１１６の機械的、光学的な特性に影響を与えない。これらの値は、ナノワイヤの大きさ及び空間的なばらつきに強く依存する。有利には、可変の伝導性（又は、表面抵抗）及び光透過性を有する透明導体は、金属ナノワイヤの負荷レベル（loading levels）を調整することで提供できる。いくつかの実施の形態において、金属ナノ構造体層１１６の光透過度は少なくとも８０％であって、９８％に達することもできる。いくつかの実施の形態において、金属ナノ構造体層１１６の光透過度は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％であることができ、少なくとも９１〜９９％に達しても良い。
【００６４】
第１有機光起電力装置６１０は、第１波長帯域６３０に入る光子を含む電磁放射に露光して、直流電圧を供給することができるどのような有機光起電力装置も含むことができる。第１有機光起電力装置６１０は、現在又は将来開発されるどのような形状及び／又は材料を用いて、構成されても良い。いくつかの実施の形態において、図６に示す実施例のように、第１有機光起電力装置６１０は、透明電極１３０、第１活性層６１２、電極１３０と第１活性層６１２との間に挟まれた第２電子輸送層６１４を含むこともできる。
【００６５】
電極１３０は、第１波長帯域６３０に入る光子及び第２波長帯域６４０に入る光子を透過することができる、現在又は将来開発されるどのような光学的に透明な又は半透明な伝導性材料を含むこともできる。透明電極１３０の例は、ガラス基板上に堆積された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含むが、他の材料及び基板が代わりに用いても良い。第２電子輸送層６１４は、分離した励起子（すなわち、自由な又は束縛されていない電子）の第１活性層６１２から電極１３０への移動及び／又は輸送を促進することができる、現在又は将来開発されるどのような材料、化合物及び／又は物質も含むことができる。
【００６６】
第１活性層６１２は、第１波長帯域６３０に入る光子が含まれる電磁放射に露光して、励起子（すなわち、結合した電子／正孔ペア）及び／又は分離した励起子（すなわち、分離した励起子から生じる、自由な又は束縛されていない電子又は自由な又は束縛されていない正孔）を発生することができる、現在又は将来開発される有機光起電力材料、化合物又は混合物を含むことができる。
【００６７】
いくつかの例において、第１活性層６１２は、それぞれの化合物が個々の、平坦な及び／又は均質な層に配置される２重層配置（a bilayer arrangement）に、複数の電気活性な有機化合物（例えば、電子供与体及び電子受容体）を含むことができる。いくつかの例において、第１活性層６１２は、化合物が混合されてポリマーブレンド（polymer blend）を形成するヘテロ接合配置に、複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。いくつかの例において、第１活性層６１２は、化合物の間で勾配（gradient）が形成されるような方法で化合物が混合される、勾配を有する（graded）ヘテロ接合配置に、複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。いくつかの例において、第１活性層６１２は、化合物が化合物の間の接触面の領域を最大化する界面を有する均質な複数の層に配置された、構造化された２重層配置（structured bilayer arrangement）に複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。
【００６８】
電気活性な電子供与体化合物は、フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）に例示されるが、これらには限定されない。電気活性な電子受容体／正孔供与体化合物は、ポリ（３‐ヘキシルチオフェン‐２，５‐ジイル）（Ｐ３ＨＴ）、ペリレンテトラカルボン酸ビスベンゾイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、Ｃ６０フラーレン及び［６，６］ＰＣ６１ＢＭ、ＰＣＢＧ及びＢＴＰＦ６０のようなＣ６０フラーレン含有分子、Ｃ７０フラーレン及び［６，６］ＰＣ７１ＢＭ、ＢＴＰＦ７０及びポリ｛［２，７‐（９，９‐ビス‐（２‐エチルヘキシル）‐フルオレン）］‐アルト‐［５，５‐（４，７‐ジ‐２'‐チエニル‐２，１，３‐ベンゾチジアゾール）（ＰＦＤＴＢＴ）のようなＣ７０フラーレン含有分子に例示されるが、これらには限定されない。
【００６９】
同様に、第２有機光起電力装置６２０は、第２波長帯域６４０に入る光子を含む電磁放射に露光して、直流電圧を供給することができるどのような有機光起電力装置も含むことができる。第２有機光起電力装置６２０は、現在又は将来開発される、どのような形状及び／又は材料を用いて構成されても良い。図６に示す例のように、いくつかの実施例において、第２有機光起電力装置６２０は、電極１５０、第２活性層６２２、電極１５０と第２活性層６２２との間に挟まれた第２正孔輸送層６２４を含むことができる。
【００７０】
電極１５０は、現在又は将来開発される、どのような伝導性材料を含んでも良い。電極１５０の例は、アルミニウム電極、銀電極を含み、しかしながら、これらには限定されず、他の材料、化合物及び／又は合金が組み合わされ、及び／又は、代わりに用いられても良い。第２正孔輸送層６２４は、正孔の第２活性層６２２から電極１５０への移動及び／又は輸送を促進することができる、現在又は将来開発される、１つ以上の材料、化合物及び／又は物質を含むことができる。
【００７１】
第２活性層６２２は、第２波長帯域６４０に入る光子を含む電磁放射に露光して、励起子及び／又は分離した励起子を発生することができる、現在又は将来開発される有機光起電力材料、化合物又は混合物を含むことができる。いくつかの実施例において、第２活性層６２２は、第１活性層６１２と同様又は同一の構成及び／又は成分を有していても良い。いくつかの実施例において、第２活性層６２２は、第１活性層６１２と異なる構成及び／又は成分を有していても良い。
【００７２】
いくつかの例において、第２活性層６２２は、それぞれの化合物が個々の、平坦な及び／又は均質な層に配置される２重層配置に、複数の電気活性な有機化合物（例えば、電子供与体及び電子受容体）を含むことができる。いくつかの例において、第２活性層６２２は、化合物が混合されてポリマーブレンドを形成するヘテロ接合配置に、複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。いくつかの例において、第２活性層６２２は、化合物の間で勾配が形成されるような方法で化合物が混合される、勾配を有するヘテロ接合配置に、複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。いくつかの例において、第２活性層６２２は、化合物の間の接触面の領域を最大化する界面を有する均質な複数の層に化合物が配置された、構造化された２重層配置（structured bilayer arrangement）に複数の電気活性な有機化合物を含むことができる。
【００７３】
図７Ａは、実施の形態に従う、第１有機光起電力装置７１０、第２有機光起電力装置７２０、金属ナノ構造体層１１６を含む間に挟まれた中間層１１０を含むタンデム型有機光起電力装置７００の例を示す。図７に示す実施例において、第１有機光起電力装置７１０は、Ｐ３ＨＴ及びＰＣＢＭの混合物を含有する第１活性層６１２と、酸化亜鉛第２電子輸送層６１４とを含む。第２有機光起電力装置７２０は、Ｐ３ＨＴ及びＰＣＢＭの混合物を含有する第２活性層６２２と、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ第２正孔輸送層６２４とを含む。タンデム型有機光起電力装置７００は、ガラス基板電極１３０及び銀電極１５０上のＩＴＯを含む。
【００７４】
中間層１１０は、第１有機光起電力装置７１０の、下にある第１活性層６１２上に堆積された正孔輸送層１１４を含む。金属ナノ構造体層１１６は、銀ナノ粒子インキとして、下にある第１正孔輸送層１１４基板上に、比較的に低温で堆積される。銀ナノ粒子インキを低温の処理で塗布することは、下にある第１正孔輸送層１１４及び下にあるＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ第１活性層６１２を保護する。銀ナノ粒子（ＡｇＮＷ）インキは、水性のマスター溶液（master solution）から調合され、容積比１：５（ＡｇＮＷ１）又は容積比１：１０（ＡｇＮＷ２）のイソプロピルアルコールで希釈される。銀ナノ粒子は、少なくとも銀ナノワイヤを含む。酸化亜鉛第１電子輸送層１１２は、金属ナノ構造体層１１６を覆う。タンデム型有機光起電力装置７００は、中間層１１０の光学的な配置を決定するために、いろいろな第１正孔輸送層１１４を用いて試験される。
【００７５】
図７Ｂ〜図７Ｅは、異なる中間層成分を用いたタンデム型有機光起電力装置７００に関する短絡電流密度（Ｊ）対、開回路電圧（Ｖ）のいくつかのグラフを示す。図８は、図７Ｂ〜図７Ｅに示す中間層１１０の顕著な性能パラメータをまとめたチャートを提供する。図８にまとめた性能パラメータは、開回路電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクタ（ＦＦ、開回路電圧と短絡電流との積に対する、実際に獲得可能な最大電力の比）、電力変換効率（ＰＣＥ）、直流抵抗（Ｒｓ）及びシャント抵抗（Ｒｓｈｕｎｔ）を含む。
【００７６】
図７Ｂ及び図７Ｃは、３つの異なる中間層１１０の組み合わせを用いたタンデム型有機光起電力装置のＪ‐Ｖ特性を示す。第１曲線（タンデム型Ａ、中空ではない四角）は、中間層１１０にナノ構造体層１１６がなく、中間層１１０が酸化亜鉛第１電子輸送層１１２及びＰＥＤＯＴ第１正孔輸送層１１４でできている、参考のための有機光起電力装置７００のＪ−Ｖ特性を示している。第２曲線（タンデム型Ｂ、中空でない丸）は、中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２と、ＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４と、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキで形成された、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６とでできている、タンデム型有機光起電力装置７００のＪ‐Ｖ特性を示す。第３曲線（タンデム型Ｃ、中空ではない三角）は、中間層１１０が酸化亜鉛電子輸送層１１２と、ＰＥＤＯＴ正孔輸送層１１４と、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキで形成された、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６とでできている、単一接合有機光起電力装置７００のＪ−Ｖ特性を示す。
【００７７】
図８を参照すると、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に金属ナノ構造体層１１６を挟むことは、タンデム型有機光起電力装置７００の開回路電圧を改善する。図８に示すように、ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｃ）は、約６１％のフィルファクタＦＦと、１．１０Ｖの開回路電圧Ｖｏｃとを示す。特に、タンデム型Ｃにより生成される開回路電圧Ｖｏｃ（１．１０Ｖ）は、２つの単一接合有機光起電力装置２００（図５、装置Ｄ参照）により生成される開回路電圧Ｖｏｃ（０．５６Ｖ）の合計値とほとんど同じである。
【００７８】
加えて、ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｃ）は、２つの単一接合有機光起電力装置２００（図５、装置Ｄ参照）により生成される直列抵抗Ｒｓの合計値（１．８６Ωｃｍ２）よりもわずかに大きい、１．９３Ωｃｍ２の直列抵抗値を示す。２つの単一接合有機光起電力装置２００の個々の直列抵抗Ｒｓの合計値に対する、タンデム型有機光起電力装置７００の直列抵抗値Ｒｓの観測されたわずかな増加は、金属ナノ構造体層１１６、特に、金属ナノ構造体層１１６を提供するために用いられる比較的に低濃度のＡｇＮＷ２の存在に起因する、中間層における損失の最小の性質（minimal nature of the losses）を示す。
【００７９】
更に、フィルファクタＦＦ及び開回路電圧Ｖｏｃの観測された改善は、ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００が、第２活性層６２２を堆積して平坦化する間に、下にある第１活性層６１２を拡散から保護する十分な頑健性を示すことを明らかにする。ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０は、第１有機光起電力装置６１０及び第２有機光起電力装置６２０から収集された電子及び正孔を収集し、再結合するときに十分な効率も示す。
【００８０】
逆に、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６がないＰＥＤＯＴ／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ａ）は、約３６％のフィルファクタＦＦと、たった０．５２Ｖの開回路電圧Ｖｏｃを示す。加えて、図７Ｃの比較的に高いリーク電流で証明されるように、ＰＥＤＯＴ／ＺｎＯの結合は、タンデム型有機光起電力装置７００に中間層１１０を提供するためには不十分な頑健性を示す。ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（タンデム型Ｃ）のシャント抵抗Ｒｓｈｕｎｔ（２５ｋΩｃｍ２）をＰＥＤＯＴ／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（タンデム型Ａ）のシャント抵抗Ｒｓｈｕｎｔ（０．７４ｋΩｃｍ２）と比較したときに、著しい改善が認められる。シャント抵抗に観られる改善は、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に金属ナノ構造体層１１６を挟んだことによる中間層１１０の増大した安定性を示す。
【００８１】
図７Ｄ及び図７Ｅは、３つの異なる中間層１１０の成分を用いたタンデム型有機光起電力装置のＪ‐Ｖ特性を示す。第１曲線（タンデム型Ｄ、中空ではない四角）は、中間層１１０にナノ構造体層１１６がなく、中間層１１０が酸化亜鉛（ＺｎＯ）第１電子輸送層１１２及び酸化タングステン（ＷＯ３）第１正孔輸送層１１４でできている、参考のための有機光起電力装置７００のＪ−Ｖ特性を示す。第２曲線（タンデム型Ｅ、中空でない丸）は、中間層１１０がＺｎＯ電子輸送層１１２と、ＷＯ３正孔輸送層１１４と、比較的に高濃度のＡｇＮＷ１インキで形成された、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６とでできている、タンデム型有機光起電力装置７００のＪ‐Ｖ特性を示す。第３曲線（タンデム型Ｆ、中空ではない三角）は、中間層１１０がＺｎＯ電子輸送層１１２と、ＷＯ３正孔輸送層１１４と、比較的に低濃度のＡｇＮＷ２インキで形成された、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６とでできている、タンデム型有機光起電力装置７００のＪ−Ｖ特性を示す。
【００８２】
ＷＯ３／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を採用したタンデム型有機光起電力装置７００において、性能の改善が観られた。図８に示すように、ＷＯ３／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｆ）は、約４３％のフィルファクタＦＦと、０．９８Ｖの開回路電圧Ｖｏｃとを示す。特に、タンデム型Ｆで生成される開回路電圧Ｖｏｃ（０．９８Ｖ）は、２つの単一接合有機光起電力装置２００（図５、装置Ｇ参照）で生成される開回路電圧Ｖｏｃ（１．１６Ｖ）の合計値をほとんど同じである。逆に、ＷＯ３／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｄ）は、たった０．５０Ｖの開回路電圧Ｖｏｃを示す。加えて、ＷＯ３／ＡｇＮＷ２／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｆ）の直列抵抗Ｒｓ（３４Ωｃｍ２）は、ＷＯ３／ＺｎＯ中間層１１０を用いたタンデム型有機光起電力装置７００（すなわち、タンデム型Ｄ）の直列抵抗Ｒｓ（１０９Ωｃｍ２）に対して、顕著な改善を示す。
【００８３】
溶液処理した金属ナノ構造体層１１６、特に、銀ナノワイヤのようなナノ構造体を含む金属ナノ構造体層１１６の導入は、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との界面での再結合特性を改善する。電子及び正孔の再結合を促進することについての制限により、金属ナノ構造体層１１６がなく、ＺｎＯ第１電子輸送層１１２と、ＰＥＤＯＴ又はＷＯ３第１正孔輸送層とだけを含む中間層１１０の効率は、タンデム型有機光起電力装置７００の性能と折り合いをつける。例えば、溶液処理した銀ナノワイヤ層１１６のような、溶液処理した金属ナノ構造体層１１６を、タンデム型有機光起電力装置７００の中間層１１０に挿入することは、単一接合有機光起電力装置で一般に用いられる単一バッファ層のものと同様の機能性を示す。このことは、間に挟まれた金属ナノ構造体層１１６によって、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に、同等のオーミック接続が形成されることを示す。
【００８４】
再結合特性の改善に伴い、ＰＥＤＯＴ／ＡｇＮＷ／ＺｎＯ又はＷＯ３／ＡｇＮＷ／ＺｎＯのような金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を組み込んだタンデム型有機光起電力装置７００は、それぞれ、２．７２％及び３．１０％の電力変換効率（ＰＣＥ）を提供する。因みに、ＰＥＤＯＴ／ＺｎＯ又はＷＯ３／ＺｎＯ中間層１１０のような金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０を組み込んでいない、対応するタンデム型有機光起電力装置は、それぞれ、１．２４％及び０．７０％だけのＰＣＥを提供する。
【００８５】
加えて、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ系のタンデム型有機光起電力装置において、金属ナノ構造体層１１６を組み込んだ中間層１１０が同様の条件で研究されており、金属ナノ構造体層１１６を組み込んだ中間層１１０（例えば、第１正孔輸送層／ＡｇＮＷ／第１電子輸送層）が十分に頑健であり、タンデム型有機光起電力装置７００で用いるのに適したレベルにまで効率を改善することを示唆している。
【００８６】
図９は、少なくとも１層の金属ナノ構造体層１１６を有する中間層１１０を含むタンデム型有機光起電力装置７００の形成方法の例を示す。図７に示すもののような、タンデム型有機光起電力装置において、有機光起電力装置の性能は、個々の有機光起電力装置を分離し、個々の有機光起電力装置により生成される電子及び正孔の効率的な再結合を促進する中間層の能力に少なくとも一部は依存する。
【００８７】
中間層１１０は、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に配置された金属ナノ構造体層１１６を含む。金属ナノ構造体層１１６は、第１電子輸送層１１２中を輸送された電子と、第１正孔輸送層１１４中を輸送された正孔との効率的な再結合を促進する。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６は、約１５〜約１５０ｎｍの厚さを有する銀ナノワイヤ及び／又は銀ナノドットのような銀ナノ構造体の層を含むことができる。タンデム型有機光起電力装置７００の形成方法は９０２で開始する。
【００８８】
９０４において、第１正孔輸送層１１４が、基板、又は、少なくとも第１有機光起電力装置６１０を含む面の上に形成される。第１正孔輸送層１１４は、スピンコート又は機械的な堆積、及び、平坦化（例えば、ドクターブレード法）を含む、しかし、これらには限定されない、現在又は将来開発される堆積及び平坦化処理を用いて、形成されることができる。第１正孔輸送層１１４は、約２０〜約２００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例において、第１正孔輸送層１１４は、ＰＥＤＯＴ及び／又は１つ以上のＰＥＤＯＴ含有化合物を含むことができる。いくつかの実施例において、第１正孔輸送層１１４は、酸化タングステン（ＷＯ３）及び／又は１つ以上の酸化タングステン（ＷＯ３）含有化合物を含むことができる。
【００８９】
９０６において、第１の濃度の金属ナノ構造体を含む溶液が、第１正孔輸送層１１４の全て又は一部にわたって堆積される。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体を含む溶液は、イソプロピルアルコール約５容積部（parts by volume）に対して銀ナノワイヤインキ約１容積部から、イソプロピルアルコール約１０容積部に対して銀ナノワイヤインキ約１容積部までの割合のイソプロピルアルコールで希釈された、約０．１〜約５重量パーセント（ｗｔ．％）の濃度の懸濁された銀ナノワイヤを含有する水性銀ナノワイヤインキを含む。金属ナノ構造体溶液は、現在又は将来開発される堆積技術を介して、第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、塗布されても良い。
【００９０】
９０８において、堆積された金属ナノワイヤ溶液は、第１正孔輸送層１１４にわたって平坦化される。平坦化は、例えば、ドクターブレードを介した機械的な平坦化のような、現在又は将来開発されるどのような物理的、機械的、化学的な平坦化装置、処理、システムを用いて、達成されても良い。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６は、約１５〜約１５０ｎｍの厚さを有することができる。
【００９１】
９１０において、第１電子輸送層１１２が金属ナノ構造体層１１６の面にわたって堆積される。第１電子輸送層１１２はスピンコート又は機械的な堆積、及び、平坦化（例えば、ドクターブレード法）を含む、しかし、これらには限定されない、現在又は将来開発される堆積及び平坦化処理を用いて、形成されることができる。第１電子輸送層１１２は、約２０〜約２００ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施例において、第１電子輸送層１１２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は１つ以上のＺｎＯ含有化合物を含むことができる。
【００９２】
９１２において、第２有機光起電力装置６２０が、第１電子輸送層１１２の全部又は一部にわたって形成される。第２有機光起電力装置６２０は、現在又は将来開発されるどのような有機光起電力装置も含むことができる。少なくとも１つの実施例において、第２有機光起電力装置６２０の活性層６２２は、第１電子輸送層１１２の全部又は一部に近接して形成される。活性層６２２は、いくつかの均質な個々の層として、又は、電気活性な有機化合物の混合物を含む１つ以上の異質な層として配置された１つ以上の電気活性な有機化合物を含むことができる。第２有機光起電力装置６２０は、活性層６２２の第１電子輸送層１１２とは反対の側に堆積された第２正孔輸送層６２４を含んでも良い。電極１５０が第２正孔輸送層６２４の全部又は一部に近接して配置されても良い。タンデム型有機光起電力装置７００の形成方法は９１２で終了する。
【００９３】
図１０は、第１有機光起電力装置６１０と第２有機光起電力装置６２０との間に、少なくとも１つ以上の金属ナノ構造体層１１６を有する中間層１１０を堆積するタンデム型有機光起電力装置７００の形成方法の例を示す。図７に示すもののようなタンデム型有機光起電力装置７００において、有機光起電力装置の性能は、個々の第１及び第２の有機光起電力装置６１０、６２０を分離し、個々の第１及び第２の有機光起電力装置６１０、６２０により生成される電子及び正孔を効率的に再結合する中間層１１０の能力に少なくとも一部は依存する。
【００９４】
中間層１１０は、第１電子輸送層１１２と第１正孔輸送層１１４との間に配置された金属ナノ構造体層１１６を含む。金属ナノ構造体層１１６は、第１電子輸送層１１２中を輸送された電子と、第１正孔輸送層１１４中を輸送された正孔との効率的な再結合を促進する。少なくともいくつかの実施例において、金属ナノ構造体層１１６は、約１５〜約１５０ｎｍの厚さを有する層に銀ナノワイヤ及び／又は銀ナノドットのような銀ナノ構造体の層を含むことができる。タンデム型有機光起電力装置７００の形成方法は１００２で開始する。
【００９５】
１００４において、相対する第１面及び第２面を有する金属ナノ構造体層１１６を含む中間層１１０が、第１有機光起電力装置６１０と第２有機光起電力装置６２０との間に堆積される。金属ナノ構造体層１１６に加えて、中間層１１０は、金属ナノ構造体層１１６の第１面に近接して配置されたどのような数の第１電子輸送層１１２、及び、金属ナノ構造体層１１６の第２面に近接して配置されたどのような数の正孔輸送層１１４を含んでも良い。タンデム型有機光起電力装置７００の形成方法は、１００６で終了する。
【００９６】
上記したいろいろな実施の形態は、更なる実施の形態を提供するために、結合されることができる。この明細書で参照され及び／又は出願データシートに列記された、全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、非特許刊行物は、それらの全てが参照によりここに組み込まれる。実施の形態の態様は、もしも必要であれば、いろいろな特許、出願、公開の概念を採用して、もっと更なる実施の形態を提供するために変更されることができる。
【００９７】
上記詳細な説明に照らして、これら及び他の変更が、実施の形態に対してなされることができる。一般に、次の特許請求の範囲において、用いられる用語は、特許請求の範囲を、明細書及び特許請求の範囲で開示された特定の実施の形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を付与される全ての範囲の均等物に沿った全ての可能な実施の形態を含むように解釈されるべきである。従って、特許請求の範囲は開示により限定されない。
【００９８】
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１面及び相対する第２面を有する中間層を備え、
中間層は、
第１面の少なくとも一部を形成する第１正孔輸送層と、
第２面の少なくとも一部を形成する第１電子輸送層と、
第１正孔輸送層と第１電子輸送層との間に挟まれた複数の金属ナノ構造体、第１正孔輸送層と第１電子輸送層との間に挟まれた低シート抵抗格子体、又は、それらを組み合わせたもの、の少なくとも１つを含む金属ナノ構造体層と
を含む光学積層体。
【００９９】
（付記２）
第１有機光起電力装置を更に備え、
第１有機光起電力装置は、
第１面及び第１面の反対側の第２面を有し、第１波長帯域の入射する電磁放射に対して感応する第１活性層
を含み、
第１活性層の第１面は、第２電子輸送層に近接して配置され、
第１活性層の第２面は、中間層の第１正孔輸送層に近接して配置される
付記１記載の光学積層体。
【０１００】
（付記３）
第２有機光起電力装置を更に備え、
第２有機光起電力装置は、
第１面及び第１面の反対側の第２面を有し、第２波長帯域の入射する電磁放射に対して感応する第２活性層
を含み、
第２活性層の第１面は、第２正孔輸送層に近接して配置され、
第２活性層の第２面は、中間層の第１電子輸送層に近接して配置される
付記２記載の光学積層体。
【０１０１】
（付記４）
第２波長帯域は、第１波長帯域に含まれていない少なくとも１つの電磁放射波長を含む
付記３記載の光学積層体。
（付記５）
第２波長帯域は、第１波長帯域に含まれるいずれの電磁放射波長も含まない
付記３記載の光学積層体。
【０１０２】
（付記６）
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤを備える
付記１記載の光学積層体。
（付記７）
複数の金属ナノワイヤは、複数の銀ナノワイヤを備える
付記６記載の光学積層体。
【０１０３】
（付記８）
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行である
付記７記載の光学積層体。
（付記９）
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノドットを備える
付記１記載の光学積層体。
【０１０４】
（付記１０）
複数の金属ナノドットは、複数の銀ナノドットを備える
付記９記載の光学積層体。
（付記１１）
複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
付記１０記載の光学積層体。
【０１０５】
（付記１２）
複数の金属ナノ構造体は、複数の金属ナノワイヤ及び複数の金属ナノドットを備える
付記１記載の光学積層体。
（付記１３）
複数の金属ナノワイヤは複数の銀ナノワイヤを備え、複数の金属ナノドットは複数の銀ナノドットを備える
付記１２記載の光学積層体。
【０１０６】
（付記１４）
複数の銀ナノワイヤのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面と平行であり、複数の銀ナノドットのそれぞれの長軸は、第１面及び第２面に対して計測される角度が０度ではない
付記１３記載の光学積層体。
（付記１５）
複数の金属ナノ構造体は、複数の銀ナノドット、複数の金ナノドット又は複数の白金ナノドットの少なくとも１つを備える
付記１記載の光学積層体。
【０１０７】
（付記１６）
複数の金属ナノ構造体は、銀ナノワイヤの分離、金ナノワイヤの分離又は白金ナノワイヤの分離の少なくとも１つの分離により形成された複数の金属ナノドットを備える
付記１５記載の光学積層体。
（付記１７）
銀ナノワイヤの分離は、銀ナノワイヤの化学的な分離を含み、
金ナノワイヤの分離は、金ナノワイヤの化学的な分離を含み、
白金ナノワイヤの分離は、白金ナノワイヤの化学的な分離を含む
付記１６記載の光学積層体。
【０１０８】
（付記１８）
第１正孔輸送層は、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）又は酸化タングステン（ＷＯ３）の少なくとも１つを備える
付記１記載の光学積層体。
（付記１９）
第１電子輸送層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む
付記１記載の光学積層体。
【０１０９】
（付記２０）
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射について、少なくとも約９９％の透過率を有する金属ナノ構造体層を備える
付記１記載の光学積層体。
（付記２１）
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射について、少なくとも約８５％の透過率を有する層を備える
付記１記載の光学積層体。
【０１１０】
（付記２２）
少なくとも第１有機光起電力装置を含む面の全部又は一部にわたって、第１正孔輸送層を形成し、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む溶液、低シート抵抗格子体又はそれらを組み合わせたものの少なくとも１つを含む金属ナノ構造体層を堆積し、
正孔輸送層の実質的に全てにわたって堆積した金属ナノ構造体層を平坦化して、平坦化された金属ナノ構造体層を提供し、
平坦化された金属ナノ構造体層の全部又は一部にわたって、第１電子輸送層を形成し、
第１電子輸送層の全部又は一部にわたって、第２有機光起電力装置を形成する
タンデム型有機光起電力装置の提供方法。
【０１１１】
（付記２３）
少なくとも第１有機光起電力装置を含む面の上に、第１正孔輸送層を堆積することは、
面の少なくとも一部分を形成する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）基板層の少なくとも一部にわたって、第２電子輸送層を堆積し、
ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）ポリマー及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）ポリマーを備える第１活性層を、第２電子輸送層の全部又は一部にわたって堆積し、
第１活性層の少なくとも一部にわたって第１正孔輸送層を堆積することを含む
付記２２記載の方法。
【０１１２】
（付記２４）
第１活性層の少なくとも一部にわたって第１正孔輸送層を堆積することは、
第１活性層の少なくとも一部にわたって、実質的に均一の厚さで、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）化合物又は酸化タングステン（ＷＯ３）化合物の少なくとも１つを含む第１正孔材料を堆積することを備える
付記２３記載の方法。
【０１１３】
（付記２５）
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、懸濁された金属ナノワイヤを含む溶液を実質的に均一な厚さを有する層で堆積することを備える
付記２２記載の方法。
【０１１４】
（付記２６）
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、複数の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
イソプロピルアルコール５容積部に対して金属ナノワイヤインキ約１容積部からイソプロピルアルコール１０容積部に対して金属ナノワイヤインキ約１容積部の割合のイソプロピルアルコールで、約０．１〜約５重量％（ｗｔ．％）の懸濁された銀ナノワイヤを含む水性金属ナノワイヤインキを希釈して、希釈されたナノワイヤインキを提供し、
第１正孔輸送層の全部又は一部にわたって、希釈されたナノワイヤインキを堆積することを備える
付記２２記載の方法。
【０１１５】
（付記２７）
正孔輸送層の実質的に全てにわたって堆積した金属ナノ構造体溶液を平坦化することは、
正孔輸送層の実質的に全てにわたって堆積した金属ナノワイヤ溶液を機械的に平坦化し又はスピンコートすることの少なくとも１つを行い、約１５〜約１５０ｎｍの厚さの金属ナノ構造体膜を提供することを含む
付記２５記載の方法。
【０１１６】
（付記２８）
金属ナノ構造体層の全部又は一部にわたって、第１電子輸送層を堆積することは、
金属ナノ構造体層の少なくとも一部にわたって、実質的に均一な厚さで、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む電子輸送材料を堆積することを含む
付記２２記載の方法。
【０１１７】
（付記２９）
第１電子輸送層の全部又は一部にわたって、第２有機光起電力装置を堆積することは、
ポリ（３‐ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）ポリマー及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）ポリマーを備える第２活性層を、第１電子輸送層の少なくとも一部にわたって堆積し、
第２活性層の少なくとも一部にわたって第２正孔輸送層を堆積することを備える
付記２２記載の方法。
【０１１８】
（付記３０）
中間層を備え、
中間層は、
第１正孔輸送層と、
第１電子輸送層と、
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に挟まれ、複数の金属ナノ構造体を含む金属ナノ構造体層と
を含み、
第１有機光起電力装置は、
第１波長帯域の入射する電磁放射に感応し、第１面及び相対する第２面を有し、第１面が中間層の第１電子輸送層に近接して配置される第１活性層と、
第１活性層の第２面の全部又は一部に近接して配置された第２正孔輸送層と
を含み、
第１有機光起電力装置に伝導的に結合された第２有機光起電力装置は、
第１波長帯域の外側の少なくとも１つの電磁放射波長を含む、第２波長帯域の入射する電磁放射に感応し、第１面及び相対する第２面を有し、第１面が中間層の第１正孔輸送層に近接して配置される第２活性層と、
第２活性層の第２面の全部又は一部に近接して配置された第２電子輸送層と
を含む
タンデム型有機光起電力装置。
【０１１９】
（付記３１）
第１有機光起電力装置の第２正孔輸送層に電気的に結合された第１電極と、
第２有機光起電力装置の第２電子輸送層に電気的に、通信可能に結合された第２電極とを更に備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
（付記３２）
少なくとも金属ナノ構造体層に伝導的に結合された第３電極を更に備えた
付記３１記載のタンデム型有機光起電力装置。
【０１２０】
（付記３３）
複数の金属ナノ構造体は、複数の銀ナノワイヤ、複数の金ナノワイヤ又は複数の白金ナノワイヤの少なくとも１つを備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
（付記３４）
複数のナノ構造体は、複数の銀ナノドット、複数の金ナノドット又は複数の白金ナノドットの少なくとも１つを備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
【０１２１】
（付記３５）
複数の金属ナノドットは、少なくとも部分的に銀ナノワイヤを用いて形成された銀ナノドット、少なくとも部分的に金ナノワイヤを用いて形成された金ナノドット又は少なくとも部分的に白金ナノワイヤを用いて形成された白金ナノドットの少なくとも１つを更に備える
付記３４記載のタンデム型有機光起電力装置。
（付記３６）
第１正孔輸送層は、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）又は酸化タングステン（ＷＯ３）の少なくとも１つを備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
【０１２２】
（付記３７）
第１電子輸送層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
（付記３８）
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射に対して、少なくとも約９９％の透過率を有する金属ナノ構造体層を備える
付記３０記載のタンデム型有機光起電力装置。
【０１２３】
（付記３９）
中間層は、約４００〜約６００ｎｍの波長範囲に入る電磁放射に対して、少なくとも約８５％の透過率を有する層を備える
付記３８記載のタンデム型有機光起電力装置。
（付記４０）
第１電子輸送層、第１正孔輸送層、第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に挟まれた金属ナノ構造体層を少なくとも含む中間層を、第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に堆積する
タンデム型有機光起電力装置の提供方法。
【０１２４】
（付記４１）
第１有機光起電力装置と第２有機光起電力装置との間に中間層を堆積することは、
第１有機光起電力装置の活性層と、第２有機光起電力装置の活性層との間に中間層を堆積することを備える
付記４０記載の方法。
（付記４２）
第１有機光起電力装置の活性層と、第２有機光起電力装置の活性層との間に中間層を堆積することは、
第１有機光起電力装置の活性層の上に、第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つを堆積し、
第１有機光起電力装置の活性層の上に堆積されていない、第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つの上に、第２有機光起電力装置の活性層を堆積することを備える
付記４１記載の方法。
【０１２５】
（付記４３）
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に金属ナノ構造体を含む溶液を堆積し、
金属ナノ構造体を含む、堆積された溶液を平坦化し、第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に、約１５〜約１５０ｎｍの厚さを有するように金属ナノ構造体層を提供することを更に備える
付記４２記載の方法。
【０１２６】
（付記４４）
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に第１の濃度の金属ナノ構造体を含む溶液を堆積することは、
イソプロピルアルコール５部（parts）に対してインキ約１部からイソプロピルアルコール１０部に対してインキ約１部の容積率のイソプロピルアルコールで、約０．１〜約５重量％（ｗｔ．％）の懸濁された銀ナノワイヤを含む水性銀ナノワイヤインキを希釈して、溶液を形成し、
第１電子輸送層と第１正孔輸送層との間に希釈された銀ナノワイヤインキを堆積することを備える
付記４３記載の方法。
【０１２７】
（付記４５）
第１有機光起電力装置の活性層の上に、第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つを堆積することは、
第１有機光起電力装置の活性層の上に、酸化亜鉛を含有する第１電子輸送層、又は、ＰＥＤＯＴ又は酸化タングステンの少なくとも１つを含有する第１正孔輸送層の少なくとも１つを堆積することを備える
付記４２記載の方法。
【０１２８】
（付記４６）
第１電子輸送層又は第１正孔輸送層の少なくとも１つの上に、第２有機光起電力装置の活性層を堆積することは、
酸化亜鉛を含有する第１電子輸送層、又は、ＰＥＤＯＴ又は酸化タングステンの少なくとも１つを含有する第１正孔輸送層の少なくとも１つの上に、第２有機光起電力装置の活性層を堆積することを備える
付記４２記載の方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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