(57)【要約】  (i)外部透明ケーシング；(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し；(iii)該基材上の少なくとも1つのソーラーセル；(iv)少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層；及び(v)内部体積内の容器を有する光起電力デバイスが提供される。容器は、該フィラー層が膨張する場合に体積が減少し、フィラー層が収縮する場合に体積が増加する。いくつかの場合において、容器は密閉され、複数の峰部を有する。いくつかの場合において、容器は、スプリング充填シールにより密閉される開口部を有する。いくつかの場合において、容器は第1開口部及び第2開口部を有し、第1開口部が第1スプリング充填シールにより密閉されており、第2開口部が第2スプリング充填シールにより密閉されている。いくつかの場合において、容器は、細長い星形形状を有する。【選択図】図２
2010526439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)外部透明ケーシング；
(b)基材であって、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定しており；
(c)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル；
(d)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー組成物を含むフィラー層；及び
(e)該内部体積内の第1容器
を含む光起電力デバイスであって、
該第1容器が、
該フィラー層が熱膨張する場合に容器体積が減少するように、
かつ該フィラー層が熱収縮する場合に容器体積が増加するように
構成されている、前記光起電力デバイス。
【請求項２】
前記第1容器が複数の峰部を持つ密閉された容器を含む、請求項１記載の光起電力デバイス。
【請求項３】
前記複数の峰部中のそれぞれの峰部が、前記第1容器の表面上に均一に間隔を空けて配置されている、請求項２記載の光起電力デバイス。
【請求項４】
前記複数の峰部中の峰部が、前記第1容器の表面上に均一に間隔を空けて配置されていない、請求項２記載の光起電力デバイス。
【請求項５】
前記第1容器がプラスティック又は金属でできている、請求項１〜４のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項６】
前記第1容器が少なくとも1立方センチメートルの容器体積を有する、請求項１〜５のいすれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項７】
前記第1容器が第1開口部を有し、該第1開口部がスプリング充填シールにより密閉されている、請求項１〜６のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項８】
前記第1容器が第1開口部及び第2開口部を有し、
該第1開口部が第1スプリング充填シールにより密閉されており；
該第2開口部が第2スプリング充填シールにより密閉されている
請求項１〜６のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項９】
前記第1容器がバルーンである、請求項１〜６のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１０】
前記第1容器が、ゴム、ラテックス、クロロプレン又はナイロン生地でできている、請求項１〜９のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１１】
前記第1容器が細長い星形形状を有する、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１２】
前記第1容器がブラシ研磨された金属でできている、請求項１〜９又は１１のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１３】
前記基材が平面であり、前記第1容器が前記フィラー層中に浸漬されている、請求項１〜１２のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１４】
前記基材が非平面であり、前記第1容器が、前記少なくとも1つのソーラーセル中のソーラーセルと前記外部透明ケーシングとの間のフィラー層中に浸漬されている、請求項１〜１２のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１５】
前記外部透明ケーシングが管状であり、前記基材を包み込んでいる、請求項１〜１４のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１６】
前記基材が中空のコアを有し、前記第1容器が該中空コア中に形成されている、請求項１〜１５のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１７】
前記フィラー組成物の体積熱膨張率が250×10-6/℃を超える、請求項１〜１６のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１８】
前記少なくとも1つのソーラーセル中のソーラーセルが、
前記基材上に配置された導電性材料；
該導電性材料の全て又は一部の上に配置された半導体接合部；及び
該半導体接合部の全て又は一部の上に配置された透明導電性層
を含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項１９】
前記半導体接合部が、ホモ接合、ヘテロ接合、ヘテロ面接合、埋込ホモ接合、p-i-n接合、又はタンデム接合を含む、請求項１８記載の光起電力デバイス。
【請求項２０】
前記半導体接合部が吸収体層及び接合パートナー層を含み、該接合パートナー層が該吸収体層の上に配置されている、請求項１８記載の光起電力デバイス。
【請求項２１】
前記吸収体層が、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物であり、前記接合パートナー層が、In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2、又はドープされたZnOである、請求項２０記載の光起電力デバイス。
【請求項２２】
前記外部透明ケーシング上に配置される反射防止コーティングをさらに含む、請求項１〜２１のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項２３】
前記反射防止コーティングが、MgF2、硝酸ケイ素、硝酸チタン、一酸化ケイ素、亜硝酸酸化ケイ素を含む、請求項２２記載の光起電力デバイス。
【請求項２４】
前記基材がプラスティック又はガラスを含む、請求項１〜２３のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項２５】
前記基材が、金属又は金属合金を含む、請求項１〜２３のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項２６】
追加の1つ以上の容器をさらに含み、該追加の1つ以上の容器中のそれぞれの容器が前記内部体積内にある、請求項１〜２５のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項２７】
前記の少なくとも1つのソーラーセルが、前記基材上にモノリシック集積化された複数のソーラーセルを含む、請求項１〜２６のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項２８】
前記複数のソーラーセル中の第1ソーラーセルが、該複数のソーラーセル中の第2ソーラーセルに直列に電気的に結合している、請求項２７記載の光起電力デバイス。
【請求項２９】
前記複数のソーラーセル中の第1ソーラーセルが、該複数のソーラーセル中の第2ソーラーセルに並列に電気的に結合している、請求項２７記載の光起電力デバイス。
【請求項３０】
前記第1容器が、(i)前記フィラー層が第1熱膨張状態にある場合と(ii)該フィラー層が第2熱収縮状態にある場合との間で、容器体積を最大5％減少させる、請求項１〜２９のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３１】
前記第1容器が、(i)前記フィラー層が第1熱膨張状態にある場合と(ii)該フィラー層が第2熱収縮状態にある場合との間で、容器体積を最大40％減少させる、請求項１〜２９のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３２】
前記基材又は前記外部透明ケーシングが剛性である、請求項１〜３１のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３３】
前記基材又は前記外部透明ケーシングが線形材料でできている、請求項１〜３２のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３４】
前記基材又は前記外部透明ケーシングのヤング率が、40GPa以上である、請求項１〜３３のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３５】
前記第1容器が500トル未満の圧力下にある、請求項１〜３４のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３６】
前記第1容器が不活性ガスを含む、請求項１〜３５のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項３７】
前記基材が平面である、請求項１記載の光起電力デバイス。
【請求項３８】
前記少なくとも1つのソーラーセルが、前記基材上に円周状に配置されている、請求項１記載の光起電力デバイス。
【請求項３９】
前記光起電力デバイスが細長い、請求項１〜３８のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項４０】
前記基材が、境界形状を有する断面により特徴づけられており、該断面形状が、円形、楕円形、多角形、卵形であり、或いは、該断面形状が、１つ以上のなめらかな曲線状面又は1つ以上の弓形端部により特徴づけられている、請求項１記載の光起電力デバイス。
【請求項４１】
前記フィラー層がゲルである、請求項１〜４０のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【請求項４２】
前記フィラー層が液体である、請求項１〜４０のいずれか１項記載の光起電力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本件出願は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、2007年4月30日に出願された米国仮特許出願第60/926,901号の利益を主張する。本件出願は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、2007年11月30日に出願された米国特許出願第11/998,780号の利益も主張する。
【背景技術】
【０００２】
図1は、従来の光起電力デバイスの概略構成図である。光起電力デバイス10には、通常、その中に配置された1つ以上のソーラーセル12がありうる。ソーラーセルは、従来、導電性材料の層104と透明導電性材料の層110との間に配置された半導体接合部を有してできている。光は、光起電力モジュール10のソーラーセル12に当たり、透明導電性材料層110を通過する。他のデザインも可能であるが、典型的な半導体接合部は、吸収体層106及び窓層108を含む。半導体接合部内で、光子が材料と相互作用し、電子正孔対を生み出す。半導体接合部は、典型的にはドープされており、接合層から延びる電界を作り出す。したがって、日光により正孔及び／又は電子が半導体接合部中で作られると、それらは、電界の極性によって透明導電性材料層110又は導電性材料層104へと移動するであろう。この移動がソーラーセル12の内部で電流を生みだし、それは貯蔵及び／又は同時の使用のためにセルの外へと送られる。
【０００３】
ソーラーセル12の１つの導電性ノード(conducting node)が他のソーラーセル12の反対のノードに電気的に結合して示されている。このようにして、１つのセルで作られた電流は他に運ぶことができ、そしてついには集められる。図１において現在描写されている装置は、ソーラーセルが直列に結合し、より高い電圧のデバイスを作りだす。図示されていない他の方法では、ソーラーセルが並列に結合し、電圧よりも得られる電流を増すことができる。
【０００４】
図1にさらに示されるとおり、導電性材料104は基材に支持されている。さらに、反射防止コーティング112が、透明導電性材料110の上に配置されることもある。ソーラーセル12は、基材102及び透明パネル60により環境から密閉されている。典型的には、ソーラーセルの活性な層と透明パネル60の間にフィラー層5がある。ソーラーセルによっては、導電性材料104と基材102との間にフィラー層がある。典型的には、このフィラー層は、エチレン−酢酸ビニル(EVA)でできている。EVAはシートとしてあてがわれ、次いで溶融して架橋するように加熱される。このようにして、デバイス（層104から112）と外層60及び102の間に中間層が形成される。硬化したEVAは本質的に固体であり、温度に対する体積膨張率が非常に低い。したがって、EVAは環境中で非常に耐性がある。しかし、平面のシート以外のものにEVAを利用するのは困難である。そのため、本質的に平面でないアセンブリには、EVAの利用は問題である。さらに、ソーラーセルの大多数が平面のセルとして利用されているので、外層−EVA−デバイス構造を変える顕著な必要性が実際にはない。
【０００５】
上記の背景を考慮すれば、当分野に必要とされているものは、光起電力デバイスが非平面の基材に基づく場合でも容易に組み立てられる、光起電力デバイス用の改善されたフィラー層である。さらに、当分野に必要とされているものは、そのような改善されたフィラー層を組み込んだ光起電力デバイスである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付する図面は、本件明細書に組み込まれその一部を構成するが、本件開示の1つ以上の実施態様を説明し、詳細な説明と共に、本件開示の原理及び実施の説明に役立つ。
【図１】従来技術の相互連結しているソーラーセルである。
【図２】隔膜を持つ非平面光起電力デバイスに見られる層の断面図である。
【図３Ａ】隔膜を持つ非平面光起電力デバイスの部分斜視図である。
【図３Ｂ】隔膜をさらに説明する切込みを入れた、図３Ａの非平面光起電力デバイスの部分斜視図である。
【図３Ｃ】中空の内部基材コア及び隔膜以外を除いた、図３Ａの非平面光起電力デバイスの部分斜視図である。
【図３Ｄ】中空の内部基材コア中に隔膜が膨脹した、図３Ｃの非平面光起電力デバイスの部分斜視図である。
【図４Ａ】体積補償容器を有する平面光起電力デバイスである。
【図４Ｂ】複数の体積補償容器を持つ非平面光起電力デバイスである。
【図５Ａ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途の柔軟な密閉容器の斜視図である。
【図５Ｂ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途のスプリング充填型容器の斜視図である。
【図５Ｃ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途の二重スプリング充填型容器の斜視図である。
【図５Ｄ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途の折りたたみ式バルーン型容器の斜視図である。
【図５Ｅ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途の星形容器の斜視図である。
【図５Ｆ−５Ｇ】非平面又は平面光起電力デバイス中の体積補償用途の星形容器の断面図である。
【図６Ａ−６Ｄ】種々の非平面ソーラーセルに使用される半導体接合部である。  同様な参照番号は、図面のいくつかの見方にわたって対応する部品を指す。寸法は一定縮尺で描かれていない。
【発明の概要】
【０００７】
（詳細な説明）
本件出願は、光起電力デバイスが非平面の基材に基づく場合でも容易に組み立てられる光起電力デバイス用の改善されたフィラー層を対象とする。さらに、本件出願は、そのような改善されたフィラー層を組み込んだ光起電力デバイスを対象とする。光起電力デバイス製造方法が提供される。詳細には、熱膨張率が著しく異なる材料の層に耐えることのできる光起電力デバイスを工作する方法が提供される。
【０００８】
明快にするため、本件明細書に記載される実施の決まりきった特徴の全てが示され記載されるわけではない。もちろん、そのような実際の実施の展開の中で、用途及び事業に関連した制約との応諾など、開発者の特定の目標を達成するために、実施に特異的な多くの決定がなされなくてはならず、かつこれらの特定の目標が、実施により及び開発者により異なることは理解されるであろう。さらに、そのような開発の努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも、本件開示の利益を有する当業者にとって工学の決まり切った仕事であろうことも理解されるであろう。
【０００９】
図2及び4Aを参照すると、本件明細書で使用されているとおり、光起電力デバイス10は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスであり、少なくとも1つのソーラーセル12を含む。光起電力デバイス10は、1つ又は複数のソーラーセル12の一体化した形態として記載することができる。いくつかの場合では、複数のソーラーセル12が、光起電力デバイスを形成するために、細長い構造の中で共に電気的に結合している。そのような光起電力構成の例は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、米国特許第7,235,736号に見いだせる。例えば、細長い光起電力デバイス10中の各ソーラーセル12は、光起電力デバイス10全体に共通の下にある基材102の一部を占め、ソーラーセル12が、直列又は並列に互いに電気的に結合するように、互いにモノリシック集積化していることがある。その代わりに、細長い光起電力デバイス10は、基材上に配置された単一のソーラーセル12を有することもある。いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、共通の基材102上に一体化されたそのようなソーラーセル12を、1個、2個、3個、4個、5個以上、20個以上、又は100個以上有する。一般的に、光起電力デバイス10は、基材102及び該基材上に配置された、光エネルギーを電気エネルギーに変換するよう操作可能な材料でできている。ある非平面実施態様において、そのような材料は、下にある基材を円周状に被覆している。そのような実施態様において、そのような材料は基材上に配置された1つ以上のソーラーセル12を構成している。該材料は、典型的には、導電性材料、半導体接合部、及び透明導電性材料などの多数の層を含む。
【００１０】
(1.1体積補償)
図4に描かれたものなどの平面光起電力デバイス10及び図2に断面で描かれたものなどの非平面である光起電力デバイス10の両方とも、本件開示に包含される。図2の光起電力デバイス10において、透明ケーシング310は、下にある活性な層を円周状に覆っている。いくつかの場合において、非平面である光起電力デバイス10は、図2に描かれるとおり円筒状又は管状である。本件明細書では、「円筒状」という用語は、円筒状又はおよそ円筒状の形状を有する物体を意味する。実際には、円筒状物体は、該物体が全体としておおよそ円筒状である限り不規則な形状を有してもよい。そのような円筒形状は、中実（例えばロッド）でも中空（例えば管）でもよい。本件明細書では、「管状」という用語は、管状又はおよそ管状の形状を有する物体を意味する。実際には、管状物体は、該物体が全体としておおよそ管状である限り不規則な形状を有してもよい。
【００１１】
図2は、非平面である光起電力デバイス10の典型的な実施態様の断面図を示す。光起電力デバイス10は基材102を有する。図2に例示される非平面実施態様において、基材102は、容器25を規定する中空のコアを有する。容器25は、例えば、図3C、3D、4A及び4Bに示されている。いくつかの実施態様において、柔軟な隔膜50が、基材102の中空コアの一端を密閉し、中空コアの他方の端部はキャップされている。そのような実施態様において、容器25は、基材102の中空コア、該中空コアの一端にある柔軟な隔膜50及び該中空コアの他方の端部にあるキャップにより規定されている。いくつかの実施態様において、柔軟な隔膜50は、基材102の中空コアの各端部に使用されて内部コアを密閉する。いくつかの実施態様において、容器25は、基材102の中空コア、該中空コアの一端にある第１の柔軟な隔膜50及び該中空コアの他方の端部にある第2の柔軟な隔膜50により規定されている。いくつかの実施態様において、容器25は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器25は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器25は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、該容器は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。
【００１２】
非平面である光起電力デバイス10は、図2に描かれる円形状以外の多くの形状のいずれかにより境界をつけられる断面により特徴づけられる。境界形状(bounding shape)は、円形、卵形、又は１つ以上のなめらかな曲線状面により特徴づけられる任意の形状、又はなめらかな曲線状面の任意の組継ぎのいずれでもよい。境界形状は、三角形、長方形、五角形、六角形などを含み、或いは直線により分かれた任意の数の面を持つなど、本質的に直線でもよい。或いは、断面は、直線の面、弓形の面又は曲線状面の任意の組み合わせにより境界づけられてもよい。本件明細書に記載のとおり、議論を容易にするためだけであるが、多面体円形断面が、光起電力モジュール10の非平面実施態様を表すために示される。しかし、どのような断面形態も、実際問題として非平面である光起電力デバイス10に使用できることに留意されたい。
【００１３】
図2を参照すると、裏面電極ともよく呼ばれる、導電性材料の層104が、基材102の全て又は一部の上に重ねられている。半導体接合部は、導電性材料104の全て又は一部の上に重ねられている。他のデザインも可能であるが、典型的な半導体接合部は、吸収体層106及び窓層108を含む。任意に、固有層(i層)（図示せず）が、半導体接合部の全て又は一部の上に重ねられる。透明導電性材料の層110が、半導体接合部及び／又はi層の全て又は一部の上に重なる。導電性材料104、半導体接合部106/108及び透明導電性材料110は、固有層と共に、又は固有層無しで、集合的に、基材102上に配置されたソーラーセル12を形成する。シーラントを含むフィラー層330はソーラーセル12に重なり、基材102及び透明ケーシング310により規定された内部体積内のソーラーセル12を密閉する。
【００１４】
好都合には、現行のソーラーセルデバイス10は、ゲル、樹脂、非固体、又は他の粘性の高い物質を、フィラー層330のフィラー組成物に利用している。該物質は、液体としてアセンブリに加えられ、硬化してゲル又は他の粘性のある非固体状態になる。しかし、この手法では、形成した物質は、エチレン−酢酸ビニルなどの従来の材料よりもはるかに高い熱膨張率を有する。そのため、典型的な熱サイクルの間に、フィラー層330のフィラー組成物へのエチレン−酢酸ビニル(EVA)などの従来材料の使用に比べ、フィラー層330中の著しい体積変化が予測できる。例えば、EVAの体積熱膨張率は、160から200×10-6/℃であり、ソーダ石灰ガラスの体積熱膨張率は、8.6×10-6/℃である。それに対し、本件開示のフィラー層330のフィラー組成物に使用されるゲル、樹脂、非固体、又は他の粘性の高い物質の体積熱膨張率は、200×10-6/℃より大きい。例えば、本件開示のフィラー層330のフィラー組成物に使用される1材料である、ポリジメチルシロキサン(PDMS)の体積熱膨張率は、約960×10-6/℃である。例えば、いくつかの実施態様において、本件開示中のフィラー層330の体積熱膨張率は、250×10-6/℃より大きく、300×10-6/℃より大きく、400×10-6/℃より大きく、500×10-6/℃より大きく、1000×10-6/℃より大きく、2000×10-6/℃より大きく、5000×10-6/℃より大きく、又は250×10-6/℃と10000×10-6/℃の間である。ある特定の実施態様において、直鎖ポリジメチルシロキサンポリマーから構成され体積熱膨張率が960×10-6/℃である、Dow Corning 200フルイドがフィラー層300に使用される。
【００１５】
フィラー層330の体積補償が与えられると有利である。非平面である光起電力デバイス10の場合、隔膜50は、図2の断面及び図3Aから3Dの部分斜視図に示されるとおり、中空基材102の少なくとも一端を密閉し、ある容器体積を持つ容器25（図2及び図3C及び3D）を形成する。図3Bは、隔膜50をさらに説明する切込み70と共に、図3Aの非平面の光起電力デバイスの部分斜視図を表す。図3Cは、隔膜50及び容器25の詳細がより容易に分かるように、中空の内部基材コア102及び隔膜50以外を除いた、図3Aの非平面である光起電力デバイスの部分斜視図である。
【００１６】
隔膜50は、層330を形成する液体ラミネートがアセンブリに導入される前に、内部管の端部に固定される。透明ケーシング310と基材102の上に重なる活性なデバイスとの間の環状の体積は、物質により実質的に満たされ、「層」330を形成し、次いで硬化されてより粘性の高い状態にすることができる。
【００１７】
加熱サイクルの間、フィラー層330を形成するフィラー組成物は膨脹する。しかし、膨脹力は隔膜50により相殺され、図3Dに描かれるとおり、隔膜は、力により容器25の中へ押し入れられる。隔膜50の抵抗は、光起電力デバイス10の外側の末端キャップ（図示せず）或いは基材120又は透明ケーシング300の側壁の抵抗より小さい。そのため、膨脹した体積により発生した力は、隔膜50に向けられる。冷めると圧力が下がり、隔膜50は、図3Aから3Cに描かれた低圧ポジションに戻る。このように、図3は、基材102及び外側の透明ケーシング310により規定される内部体積内で容器25が形成される様子を表す。詳細には、図3において、基材102の中空部分内部に容器が見られる。容器25は、少なくとも1つの壁（例えば、中空基材103の内部壁）及び開口部により規定されるが、開口部はフィラー層330と流体連絡している。隔膜50は、容器25の開口部に固定されている。隔膜50は容器25を密閉し、それにより容器容積を規定している。隔膜50は、図3Cに示されるとおり、フィラー層330が熱収縮する場合、容器25の体積を増すように構成されている。隔膜50は、図3Dに示されるとおり、フィラー層330が熱膨張する場合に、容器25の体積を減らすように構成されている。
【００１８】
いくつかの実施態様において、隔膜50は、ゴム、ゴム様物質、ゴム誘導体、シリコンゴム、又はエラストマーでできている。いくつかの実施態様において、隔膜50はエチレンプロピレンジエンモノマーゴムでできている。いくつかの実施態様において、隔膜50は、天然ゴム、加硫ゴム、GR-Sなどのブタジエン−スチレンポリマー、ネオプレン、ニトリルゴム、ブチル、ポリスリフィドゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、グッタペルカ及び／又はバラタでできている。いくつかの実施態様において、隔膜50はシリコンゴムでできている。シリコンゴムは、400lb/in2から700lb/in2（2.78から4.85×106N/m2）伸びの引張強度を有するゴム様物質である。いくつかの実施態様において、隔膜50は、SILASTIC（登録商標）シリコンゴム（Dow Corning）でできている。本件明細書では、「エラストマー」という用語は、弾性又は弾力があり、一般に触感及び外観において天然ゴムに似ている天然及び合成の物質の両方を記載するように使用される。例えば、引用により本件明細書に組み込まれている、Avallone及びBaumeister IIIの文献、「機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)」(McGraw-Hill社、1987年)を参照されたい。いくつかの実施態様において、隔膜50はプラスティック又はゴムからできている。いくつかの実施態様において、隔膜50は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースアセテート、ビニル、可塑化ビニル、セルロースアセテートブチレート、メラミン−ホルムアルデヒド、ポリエステル、ナイロンからできている。例えば、上述の化合物に関する教示のために引用により本件明細書に組み込まれている、「現代プラスティック事典（Modern Plastics Encyclopedia）」（McGraw-Hill社）を参照されたい。
【００１９】
一般に、隔膜50は、弾力及び体積収縮が軽快で、フィラー層330の化学成分を劣化させず、応力及び光起電力デバイス10の運転温度範囲に耐えられる材料で設計されている。
【００２０】
非平面光電装置実施態様において、容器体積を有する容器25は、基材102及び基材の密閉に使用されるキャップにより規定される。図2に表される実施態様において、基材102の一端は隔膜50により密閉されている。基材102の他方の端部も隔膜50により密閉され、容器体積を規定することができる。その代わりに、基材102の他方の端部が剛性のキャップにより密閉され、容器体積を規定することもできる。この剛性のキャップが基材102の一体部品であることも可能である。この剛性のキャップが、基材102の端部に合う別な部品であり、それによって、基材102の内部体積を密閉することも可能である。
【００２１】
光起電力デバイス10が通常の運転中に温まる場合、隔膜50が容器体積25中に膨脹可能であれば有利である。この収縮は、密閉された容器25の体積を減少させる。種々の実施態様において、隔膜50は、光起電力デバイス10の運転中に、容器25の体積を、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％減少可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器25の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、隔膜50が容器25の内部に膨脹するので、容器25の体積は、50％体積減少で0.5Y任意体積単位にも減少する。
【００２２】
上述の体積補償装置は、図4Aに示されるものなど平面基材102の文脈で使用することができる。そのような実施態様において、平面ソーラーセル12のバンク(bank)が組み立てられ、図4Aに示されるとおり活性のある部分を構成する主要部内のどこかに予備形成された容器25を有することができる。封鎖され、体積902を有する予備形成された容器25が、セルバンク中に形成される。予備形成された容器25は、図4Aに描かれるとおり、容器の開口部を密閉する隔膜50を1つ以上有する。隔膜50は、上述の隔膜のいずれかでも、全てでもよい。そのような実施態様において、フィラー層330用の上記に特定したフィラー組成物のいずれも、図4Aのフィラー層330に使用できる。したがって、このように、体積補償を、平面光起電力デバイス中に企てることができる。1つの予備形成された容器25のみが図4Aに示されているが、平面又は非平面である光起電力デバイス10の実施態様中で予備形成された容器25がいくつあってもよいことが認識されるであろう。例えば、上述のように1つ以上の隔膜50で制御された容器体積をそれぞれ持つ、1個以上の、2個以上の、3個以上の、10個以上の、又は100個以上の予備形成された容器25があってもよい。そのような予備形成された容器25のそれぞれの幾何学的形状は、同じでも異なっていてもよい。図4Aの予備形成された容器25の円筒形状は、概念を示すために簡単に示されている。図4Aに示されている円筒形状は、予備形成された容器25が取り入れることのできる多くの異なる三次元幾何学的形状の1つを表す。さらに、予備形成された容器25は、不規則な非幾何学的三次元形状をとることもある。
【００２３】
フィラー層330中に浸漬されている図4Aに描かれたものなどの予備形成された容器25が、光起電力デバイス10が非平面である実施態様にも存在してよいことも言及されるべきである。例えば、図4Bを参照すると、基材102内の容器25に加え、又はその代わりに、1個以上の容器25が、基材102の内部以外の、基材102上のソーラーセル12と透明ケーシングの間の空間又は光起電力デバイス10の一端又は両端など、基材102及び透明ケーシング310により規定された内部体積802中のどこかに浸漬されていてよい。図4Bに示されるとおり、光起電力デバイス10が平面でない実施態様においてすら、内部体積802中に多数の予備形成された容器25があり得る。
【００２４】
上述のように光起電力デバイス10中で体積補償に使用可能な容器25の例のために、ここで図5が参照される。言い換えると、容器500、510、520、530、540、及び550のいずれも容器25として役立つことができる。
【００２５】
図5Aは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途の柔軟な密閉容器500を表す。いくつかの実施態様において、峰部504のそれぞれの間の間隔sは同じである。いくつかの実施態様において、1つ以上の峰部504の間の間隔sは異なる。いくつかの実施態様において、峰部504のそれぞれの間の間隔sは同じである。いくつかの実施態様において、容器500は、軸xに対して、円形、正方形、楕円、平行四辺形、三角形、多角形、弓形、又は他の任意の二次元の規則的又は不規則的閉鎖形状である断面形状を有する。いくつかの実施態様において、容器500は、軸xに対して不規則な非幾何学的形状である断面形状を有する。図5Aにおいて円筒状に描かれているが、いくつかの実施態様において、容器500は、箱、円錐、球体、又は円筒を含むがこれらに限定されない任意の幾何学的又は非幾何学的形状を有する。容器500は、柔軟なプラスティック又は薄い展性のある金属を含む、どのような柔軟な材料でできていてもよい。柔軟な密閉された容器500は、フィラー層330の体積変化に敏感である。光起電力デバイス10が高温で運転している場合、柔軟な密閉された容器500の全て又は一部はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力デバイス10が低温で運転している場合、柔軟な密閉された容器500の全て又は一部はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器500は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器500の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、容器500の壁が容器の内部に折り畳まれるので、容器500の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器500は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器500は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器500は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器500は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。いくつかの実施態様において、容器500は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器体積を持つような寸法にされている。
【００２６】
図5Bは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途のスプリング充填型容器510を表す。いくつかの実施態様において、容器510は、軸xに対して、円形、正方形、楕円、平行四辺形、三角形、多角形、弓形、又は他の任意の二次元の規則的又は不規則的閉鎖形状である断面形状を有する。いくつかの実施態様において、容器510は、軸xに対して不規則な非幾何学的形状である断面形状を有する。図5Bにおいて円筒状に描かれているが、いくつかの実施態様において、容器502は、箱、円錐、球体、又は円筒を含むがこれらに限定されない任意の幾何学的又は非幾何学的形状を有する。いくつかの実施態様において、容器510は、非平面光起電力デバイス10の中で中空基材102の内部の中に見いだされる。容器510は、非柔軟なプラスティック、ガラス、又は金属を含む、どのような剛性の材料でできていてもよい。容器510はその一端に開口部512を有する。開口部512は、シール514により密閉されている。シール514は、フィラー層330の体積変化に敏感である。スプリング516はシール514を正しい位置に保つ。いくつかの実施態様において、スプリング516は、フィラー層330の体積補償に好適なバネ定数を持つ金属スプリングである。光起電力デバイス10が高温で運転している場合、スプリング516はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力デバイス10が低温で運転している場合、スプリング516はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。このように、種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器510は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器510の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、シール514が容器の内部に可逆的に落ち込むので、容器510の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器510は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器510は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器510は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器510は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。いくつかの実施態様において、容器510は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器体積を持つような寸法にされている。
【００２７】
図5Cは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途の二重スプリング充填型容器520を表す。いくつかの実施態様において、容器520は、軸xに対して、円形、正方形、楕円、平行四辺形、三角形、多角形、弓形、又は他の任意の二次元の規則的又は不規則的閉鎖形状である断面形状を有する。いくつかの実施態様において、容器520は、軸xに対して不規則な非幾何学的形状である断面形状を有する。図5Cにおいて円筒状に描かれているが、いくつかの実施態様において、容器502は、箱、円錐、球体、又は円筒を含むがこれらに限定されない任意の幾何学的又は非幾何学的形状を有する。いくつかの実施態様において、容器520は、非平面光起電力デバイス10の中で中空基材102の内部の中に見いだされる。容器520は、非柔軟なプラスティック、ガラス、又は金属を含む、どのような剛性の材料でできていてもよい。容器520は各端部に開口部512を有する。各開口部512は、シール514により密閉されている。シール514は、フィラー層330の体積変化に敏感である。スプリング516は各シール514を正しい位置に保つ。いくつかの実施態様において、スプリング516は、フィラー層330の体積補償に好適なバネ定数を持つ金属スプリングである。光起電力装置10が高温で運転している場合、スプリング516はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力装置10が低温で運転している場合、スプリング516はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。このように、種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器520は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器520の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、シール514が容器の内部に可逆的に落ち込むので、容器520の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器510は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器520は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器520は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器520は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。いくつかの実施態様において、容器520は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器体積を持つような寸法にされている。
【００２８】
図5Dは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途の折りたたみ式バルーン型容器530を表す。容器530は、ゴム、ラテックス、クロロプレン、又はナイロン生地を含むがこれらに限定されない、どのような柔軟な材料でできていてもよい。柔軟な密閉された容器530は、フィラー層330の体積変化に敏感である。光起電力装置10が高温で運転している場合、柔軟な密閉された容器530の全て又は一部はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力装置10が低温で運転している場合、柔軟な密閉された容器530の全て又は一部はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器530は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器530の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、容器502の壁が容器の内部に折り畳まれるので、容器530の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器530は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器530は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。
【００２９】
図5Eは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途の星形容器540を表す。容器540は、柔軟なプラスティック、薄い展性のある金属、又は空気で膨らむ軽い金属を含む、任意の柔軟な材料でできていてよい。柔軟な密閉された容器540は、フィラー層330の体積変化に敏感である。光起電力装置10が高温で運転している場合、柔軟な密閉された容器540の全て又は一部はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力装置10が低温で運転している場合、柔軟な密閉された容器540の全て又は一部はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器540は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器540の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、容器540の壁が容器の内部に落ち込むので、容器540の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器540は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器540は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器540は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器540は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。いくつかの実施態様において、容器540は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器体積を持つような寸法にされている。いくつかの実施態様において、容器540は気密性でない。
【００３０】
図5Fは、非平面又は平面光起電力デバイス10での体積補償用途の柔軟な密閉された容器550を表す。容器540は、柔軟なプラスティック又は薄い展性のある金属を含む、任意の柔軟な材料でできていてよい。柔軟な密閉された容器540は、フィラー層330の体積変化に敏感である。光起電力装置10が高温で運転している場合、柔軟な密閉された容器540の全て又は一部はフィラー層330の熱膨張により収縮する。さらに、光起電力装置10が低温で運転している場合、柔軟な密閉された容器540の全て又は一部はフィラー層330の熱収縮により膨脹する。種々の実施態様において、柔軟な密閉された容器540は、光起電力デバイス10の運転の間、最大5％、最大10％、最大15％、最大20％、最大25％、最大30％、最大35％、又は2から40％、容器体積を減少することが可能である。例えば、非限定的な実施態様において、光起電力デバイス10が冷たい場合、容器540の容器体積は、Y任意体積単位であるが、通常の運転中に光起電力デバイス10が加熱されると、容器540の壁が容器の内部に折り畳まれるので、容器540の体積は、50％体積減少で、0.5Y任意体積単位にも減少する。いくつかの実施態様において、容器540は、気圧がほとんど又は全くない。いくつかの実施態様において、容器540は完全な真空下にある。いくつかの実施態様において、容器540は、20トル未満、40トル未満、100トル未満、500トル未満の圧力下にある。いくつかの実施態様において、容器540は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの不活性ガスにより満たされている。いくつかの実施態様において、容器540は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器体積を持つような寸法にされている。図5Fは、線5-5'でとられた容器550の断面を表す。
【００３１】
（1.2光起電力層の製造に使用される材料）
体積補償装置及び技術が記載された。体積補償技術が利用できる例示的な材料及び光起電力デバイスが言及される。図2を参照すると、光起電力デバイス10中の例示的な層のそれぞれが言及される。
【００３２】
（基材102）
基材102は、光起電力デバイス10のための基材として役立つ。いくつかの実施態様において、基材102は、プラスティック、金属、金属合金、又はガラスでできている。いくつかの実施態様において、基材102の長さは、基材の幅より少なくとも3倍長い。いくつかの実施態様において、基材102は非平面形状を有する。いくつかの実施態様において、基材102は円筒形状である。いくつかの実施態様において、基材102は中空コアを有する。いくつかの実施態様において、基材102の形状は、おおよそ円筒形物体の形状でしかなく、基材102の長軸に直角にとられた断面が、円よりも楕円を規定していることを意味する。本件明細書で用語が使用されるとおり、そのようなおおよその形状の物体も、本件開示において円筒形状であると考えられる。
【００３３】
いくつかの実施態様において、基材102は、ウレタンポリマー、アクリルポリマー、フルオロポリマー、ポリベンゾアミダゾール、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド−イミド、ガラスフェノール、ポリスチレン、架橋ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリテトラフルオロ−エチレン、ポリメタクリレート、ナイロン6,6、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテート、硬質ビニル、可塑化ビニル又はポリプロピレンでできている。いくつかの実施態様において、基材102は、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス（例えば、Pyrex, Duran, Simaxなど）、二色性ガラス、ゲルマニウム／半導体ガラス、ガラスセラミック、ケイ酸塩／溶融石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、カルコゲナイド／スルフィドガラス、フッ化物ガラス、パイレックスガラス、ガラスフェノール、セリーティドガラス(cereated glass)、又はフリントガラスでできている。いくつかの実施態様において、基材102は、中実の円筒形状である。そのような中実の円筒状基材102は、プラスティック、ガラス、金属、又は金属合金からできていてよい。
【００３４】
いくつかの実施態様において、基材102は、導電性非金属材料である。いくつかの実施態様において、基材102は管（例えば、プラスティック又はガラスの管）である。いくつかの実施態様において、基材102は、ポリベンゾアミダゾール（例えば、テキサス州、シャイナーのBoedeker Plastics社から市販のCELAZOLE（登録商標））などの材料でできている。いくつかの実施態様において、基材102は、ポリミド（例えば、DuPont（商標）VESPEL（登録商標）、又はDuPont（商標）KAPTON（登録商標）、デラウェア州、ウィルミントン）でできている。いくつかの実施態様において、基材102は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)でできており、そのどちらもBoedeker Plastics社から市販されている。いくつかの実施態様において、基材102は、ポリアミド−イミド（例えば、TORLON（登録商標）PAI、Solvay Advanced Polymers、ジョージア州、アルファレッタ）でできている。
【００３５】
いくつかの実施態様において、基材102は、ガラスフェノールでできている。フェノールラミネートは、合成熱硬化性樹脂を含浸させた紙、帆布、リネン又はガラスクロスの層に、熱及び圧力を加えて作られる。層に熱及び圧力が加えられる時、化学反応（重合）が、別々の層を、再び軟化できない「硬化した」形状で単一のラミネート材料に変える。したがって、これらの材料は「熱硬化性樹脂」と呼ばれる。種々の樹脂タイプ及び布材料を使用して、ある範囲の機械的、熱的及び電気的性質を持つ熱硬化性ラミネートを製造できる。いくつかの実施態様において、基材102は、G-3、G-5、G-7、G-9、G-10、又はG-11のNEMA規格を有するフェノールラミネートである。代表的なフェノールラミネートはBoedeker Plastics社から市販されている。
【００３６】
いくつかの実施態様において、基材102は、ポリスチレンでできている。ポリスチレンの例には、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、「機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)」(第9版、1987年、McGraw-Hill社、6-174ページ)に詳述される通り汎用ポリスチレン及び耐衝撃性ポリスチレンがある。さらに他の実施態様において、基材102は、架橋ポリスチレンでできている。架橋ポリスチレンの１例は、REXOLITE（登録商標）（C-Lec Plastics社）である。Rexoliteは熱硬化性樹脂であり、詳細には、ポリスチレンをジビニルベンゼンと架橋させて製造される剛性の半透明プラスティックである。
【００３７】
いくつかの実施態様において、基材102はポリエステルワイヤ（例えば、MYLAR（登録商標）ワイヤ）である。MYLAR（登録商標）は、DuPont Teijin Films（デラウェア州、ウィルミントン）から市販されている。さらに他の実施態様において、基材102は、DURASONE（登録商標）からできているが、これはポリエステル、ビニルエステル、エポキシド、及び修飾エポキシ樹脂をガラス繊維と組み合わせて製造される（Roeching Engineering Plastic Pte社、シンガポール）。
【００３８】
さらに他の実施態様において、基材102は、ポリカーボネートでできている。そのようなポリカーボネートは、引張強度、堅さ、圧縮強度並びに材料の熱膨張率を調整するために、種々の量のガラス繊維（例えば、10％、20％、30％、又は40％）を有することがある。代表的なポリカーボネートは、ZELUX（登録商標）M及びZELUX（登録商標）Wであり、Boedeker Plastics社から市販されている。
【００３９】
いくつかの実施態様において、基材102は、ポリエチレンでできている。いくつかの実施態様において、基材102は、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)又は超高分子量ポリエチレン（UHMW PE）でできている。HDPEの化学的性質は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、「機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)」（第9版、1987年、McGraw-Hill社、6-173ページ）に記載されている。いくつかの実施態様において、基材102は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリテトラフルオロ−エチレン（Teflon）、ポリメタクリレート（ルーサイト又はプレキシガラス）、ナイロン6,6、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテート、硬質ビニル、可塑化ビニル又はポリプロピレンでできている。これらの材料の化学的性質は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、「機械技術者のためのMarkの標準ハンドブック(Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers)」（第9版、1987年、McGraw-Hill社、6-172から1-175ページ）に記載されている。
【００４０】
基材102の形成に使用できる追加の代表的な材料は、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、「現代プラスティック事典(Modern Plastics Encyclopedia)」（McGraw-Hill社）；Reinhold Plastics Applications Series、Reinhold Roffの文献「繊維、プラスティック及びゴム(Fibres, Plastics and Rubbers)」（Butterworth社）；Lee及びNevilleの文献「エポキシ樹脂(Epoxy Resins)」（McGraw-Hill社）；Bilmetyerの文献「ポリマー科学の教科書(Textbook of Polymer Science)」（Interscience社）；Schmidt及びMarliesの文献「高分子体理論の原理及び実際(Principles of high polymer theory and practice)」（McGraw-Hill社）；Beadle（編）の文献「プラスティックス(Plastics)」（Morgan-Grampiand社、２巻、1970年）；Tobolsky及びMark（編）の文献「ポリマー科学及び材料(Polymer Science and Materials)」（Wiley社、1971年）；Glanvilleの文献「プラスティック技術者のデータブック(The Plastics's Engineer's Data Book)」（Industrial Press社、1971年）；Mohr（編者及び上席著者）、Oleesky、Shook及びMeyersの文献「強化プラスティックコンポジットの技術及び工学のSPIハンドブック(SPI Handbook of Technology and Engineering of Reinforced Plastics Composites)」（Van Nostrand Reinhold社、1973年）に見いだされる。いくつかの実施態様において、基材102は、五フッ化ヒ素によりドープされているポリアニリン及びポリアセチレンである。いくつかの実施態様において、導電性材料104は、フラーレン充填ポリマー及び／又はカーボンブラック充填ポリマーなどの充填ポリマーである。
【００４１】
（導電性材料104）
図1及び2において、導電性材料104が、下にある基材102の上に配置された層として描かれている。いくつかの実施態様において、導電性材料104は、基材102の全て又は一部の上に配置された薄層である。「〜の一部」とは、下にある基材102の少なくとも20％、又は少なくとも30％、又は少なくとも40％、又は少なくとも50％、又は少なくとも60％、又は少なくとも70％、又は少なくとも80％、又は少なくとも90％、又は少なくとも95％を意味する。他の実施態様において、導電性材料104及び基材102は、実際には全く同一である。そのような実施態様において、基材102は、導電性材料でできており、基材102上に重ねられる導電性材料104の層は全くない。そのような実施態様において、基材は、導電性材料層104を有する実施態様において導電性材料層104の形成に使用できる任意の材料でできている。
【００４２】
いくつかの実施態様において、導電性材料104は、基材102の上に配置されている。導電性材料104は、アセンブリの第1電極として役立つ。一般に、導電性材料104は、無視できるほどの抵抗損失を持つ、光起電力デバイスにより発生した光電流を支持できるような任意の材料からできている。いくつかの実施態様において、導電性材料104には、アルミニウム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ロジウム、ニオブ、クロム、タンタル、チタン、鋼、ニッケル、白金、銀、金、これらの合金、又はこれらの組み合わせなどの導電性材料がある。いくつかの実施態様において、導電性材料104は、酸化インジウムスズ、窒化チタン、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、ドープされた酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、ホウ素ドープ酸化亜鉛インジウム亜鉛酸化物、金属−カーボンブラック充填酸化物、グラファイト−カーボンブラック充填酸化物、カーボンブラック−カーボンブラック充填酸化物、超伝導カーボンブラック充填酸化物、エポキシ、導電性ガラス、又は導電性プラスティックなどの導電性材料を含む。先に定義されたとおり、導電性プラスティックは、配合技術により、導電性フィラーを含み、それがプラスティックに導電特性を付与するものである。いくつかの実施態様において、導電性材料104の形成に使用できる導電性プラスティックは、無視できるほどの抵抗損失を持つ、光起電力デバイスにより発生した光電流を支持するに十分な導電性の電流通過経路をプラスティックマトリックス中に形成するフィラーを含む。導電性プラスティックのプラスティックマトリックスは典型的には絶縁性であるが、製造されるコンポジットはフィラーの導電特性を示す。いくつかの実施態様において、この導電性プラスティックは、フィラーを全く必要とせずに本質的に導電性である。いくつかの実施態様において、導電性材料104は、五フッ化ヒ素によりドープされたポリアニリン及びポリアセチレンである。いくつかの実施態様において、導電性材料104は、フラーレン充填ポリマー及び／又はカーボンブラック充填ポリマーなどの充填ポリマーである。
【００４３】
（半導体接合部106/108）
半導体接合部106/108は、導電性材料104の全て又は一部の上に配置されている。「〜の一部」とは、下にある導電性材料104の少なくとも20％、又は少なくとも30％、又は少なくとも40％、又は少なくとも50％、又は少なくとも60％、又は少なくとも70％、又は少なくとも80％、又は少なくとも90％、又は少なくとも95％を意味する。半導体接合部106/108は、任意の光起電力ホモ接合、ヘテロ接合、ヘテロ面接合、埋込ホモ接合(buried homojunction)、p-i-n接合或いは直接バンドギャップ吸収体（例えば結晶性シリコン）又は間接バンドギャップ吸収体（例えばアモルファスシリコン）である吸収体層を持つタンデム接合である。そのような接合は、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」（1998年、Imperial College Press、ロンドン）の第1章並びにLugue及びHegedusの文献「光起電力科学及び工学のハンドブック(Handbook of Photovoltaic Science and Engineering)」（2003年、John Wiley & Sons社、ウェストサセックス、英国）に記載されている。それ自体、半導体接合部106/108が、2層より多い層（例えば、吸収体106及び窓層108以外の層、又はそれらに加える層）を持つことは全く可能である。本件開示による半導体接合部106/108の代表タイプの詳細は以下に開示される。以下に開示される代表的な接合部に加え、接合部106/108は、好ましくは首尾よくより小さいバンドギャップを持つ多数の接合部を通って、接合部106/108のコアへ光が通り抜けるマルチ接合部でもよい。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)吸収体層を含む。
【００４４】
非平面基材102が使用されるいくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は内部層及び外部層を含み、該外部層が第1導電性タイプを含み、該内部層が第2の、反対の導電性タイプを含む。代表的な実施態様において、内部同軸層は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)を含み、外部同軸層は、In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2、又はドープされたZnOを含む。
【００４５】
（任意の固有層）
任意に、半導体接合部106/108の全て又は一部の上に配置された薄い固有層(i-層)がある。「〜の一部」とは、半導体接合部106/108の表面積の少なくとも20％、又は少なくとも30％、又は少なくとも40％、又は少なくとも50％、又は少なくとも60％、又は少なくとも70％、又は少なくとも80％、又は少なくとも90％、又は少なくとも95％を意味する。該i-層は、酸化亜鉛、金属酸化物、又は絶縁性の高い透明材料が含まれるがこれらに限定されない未ドープの透明酸化物を利用して形成できる。いくつかの実施態様において、i-層は高純度の酸化亜鉛である。
【００４６】
（透明導電性層110）
透明導電性層110は、半導体接合部106/108の全て又は一部の上に配置され、それにより活性のあるソーラーセル回路を完成する。「〜の一部」とは、半導体接合層410の表面積の少なくとも20％、又は少なくとも30％、又は少なくとも40％、又は少なくとも50％、又は少なくとも60％、又は少なくとも70％、又は少なくとも80％、又は少なくとも90％、又は少なくとも95％を意味する。上述のとおり、いくつかの実施態様において、薄いi-層が半導体接合部106/108の上に配置されている。そのような実施態様において、透明導電性層110は、i-層の全て又は一部の上に配置されている。「〜の一部」とは、i-層の表面積の少なくとも20％、又は少なくとも30％、又は少なくとも40％、又は少なくとも50％、又は少なくとも60％、又は少なくとも70％、又は少なくとも80％、又は少なくとも90％、又は少なくとも95％を意味する。いくつかの実施態様において、透明導電性層110は、酸化スズSnOx(フッ素ドープがあることもないこともある)、酸化インジウム−スズ(ITO)、ドープされた酸化亜鉛（例えば、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、ホウ素ドープ酸化亜鉛）、酸化インジウム−亜鉛又はこれらの組み合わせからでできている。いくつかの実施態様において、透明導電性層110は、p-ドープ又はn-ドープされている。いくつかの実施態様において、透明導電性層110はカーボンナノチューブでできている。カーボンナノチューブは、例えばEikos（マサチューセッツ州、フランクリン）から市販されており、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている米国特許第6,988,925号に記載されている。例えば、接合部106/108の外部半導体層がp-ドープされている実施態様において、透明導電性層110はp-ドープされていてよい。同様に、半導体接合部106/108の外部半導体層がn-ドープされている実施態様において、透明導電性層110はn-ドープされていてよい。一般的に、透明導電性層110は、非常に低い抵抗、好適な光透過特性（例えば、90％を超える）並びに半導体接合部106/108及び／又は任意のi-層の下にある層を損傷しない堆積温度を有する材料でできていることが好ましい。いくつかの実施態様において、透明導電性層110は、導電性ポリチオフェン、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、PSS-ドープPEDOT（例えば、Bayrton）又は前記のもののいずれかの誘導体などの導電性ポリマー材料である。いくつかの実施態様において、透明導電性層110は、酸化スズSnOx（フッ素ドープがあることもないこともある)、酸化インジウム−スズ(ITO)、酸化インジウム−亜鉛、ドープされた酸化亜鉛（例えば、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、ホウ素ドープ酸化亜鉛）、又はこれらの組み合わせを含む第1層及び導電性ポリチオフェン、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、PSS-ドープPEDOT(例えば、BAYRTON)、又は上記のもののいずれかの誘導体を含む第2層を含む、２層以上を含む。透明導電性層110の形成に使用できる追加の好適な材料は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Pichlerに付与された米国公開特許第2004/0187917A1号に開示されている。
【００４７】
（任意の電極ストリップ）
本件開示によるいくつかの実施態様において、電流の流れを容易にするため、対電極ストリップ又はリードが透明導電性層110の上に配置される。いくつかの実施態様において、任意の電極ストリップは、透明導電性層110の表面に一定の間隔をおいて置かれる。例えば、電極ストリップは互いに平行に走り、非平面ソーラーセルデバイス10の長軸に沿って90度の間隔で間を空けて配置されていてもよい。非平面ソーラーセルデバイス10のいくつかの実施態様において、デバイスの長軸を通ってとられる断面を基準にして、電極ストリップは、透明導電性層110の表面上で、最大5度、最大10度、最大15度、最大20度、最大30度、最大40度、最大50度、最大60度、最大90度、又は最大180度の間隔が空いている。いくつかの実施態様において、透明導電性層110の表面上に1つの電極ストリップがある。多くの実施態様において、透明導電性層110の表面上に電極ストリップはない。いくつかの実施態様において、透明導電性層110の上に、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、15個以上、又は30個以上の電極ストリップがあり、全て互いに平行に、又はほとんど平行に光起電力デバイス10の長軸に沿って走っている。光起電力デバイス10が円筒状であるいくつかの実施態様において、電極ストリップは、透明導電性層110の円周の周りに均等な間隔で配置されている。他の実施態様において、電極ストリップは、透明導電性層110の円周の周りに、均等な間隔で配置されていない。いくつかの実施態様において、電極ストリップは、光起電力デバイス10の1つの面の上にしかない。いくつかの実施態様において、電極ストリップは、導電性エポシキ、導電性インク、銅又はその合金、アルミニウム又はその合金、ニッケル又はその合金、銀又はその合金、金又はその合金、導電性糊、導電性プラスティックでできている。
【００４８】
いくつかの実施態様において、電極ストリップは、格子線により互いに相互連結している。これらの格子線は、電極ストリップより厚くても、薄くても、電極ストリップと同じ厚さでもよい。これらの格子線は、電極ストリップと同じ電気材料でも、異なる電気材料でできていてもよい。
【００４９】
いくつかの実施態様において、電極ストリップは、インクジェット印刷を利用して透明導電性層上に堆積される。そのようなストリップに利用できる導電性インクの例には、銀充填又はニッケル充填導電性インクがあるが、これらに限定されない。いくつかの実施態様において、エポキシ並びに異方性導電性接着剤を使用して、電極ストリップを構成することができる。典型的な実施態様において、そのようなインク又はエポキシは、電極ストリップを形成するために熱硬化される。
【００５０】
（フィラー層330）
現行のソーラーセルデバイス10が、ゲル、樹脂、非固体、又は他の粘性の高い物質を層330に利用することが有利である。フィラー層は、例えば、ゲル又は液体でよい。該物質は液体としてアセンブリに加えられ、硬化してゲル又は他の粘性の非固体状態になる。しかし、この手法では、形成した物質は、エチレン−酢酸ビニルなどの従来の物質よりも、膨張率がはるかに高い。そのため、典型的な熱サイクル中に、EVAなどの層330用の従来物質の使用に比べ、層330中の著しい体積変化が予測できる。
【００５１】
1例において、エラストマータイプ誘電体ゲルと混合された中程度の粘性のポリジメチルシロキサンを、フィラー層330の製造に使用できる。1つの場合において、1例として、（重量で）85％のDow Corning 200フルイド、粘度50センチストーク(PDMS、ポリジメチルシロキサン)；7.5％Dow Corning 3-4207 Dielectric Tough Gel, Part A-樹脂、7.5％Dow Corning 3-4207 Dielectric Tough Gel, Part B-Pt触媒の混合物が、フィラー層330の製造に使用される。もちろん、他のオイル、ゲル、又はシリコーンをフィラー層330に使用でき、したがって、本件明細書が、これらのオイル、ゲル、及びシリコーンを含んでフィラー層330用の記載された層を生成すると読まれたい。2,3例挙げると、そのようなオイルにはシリコン系オイルがあり、ゲルには多くの市販の誘電体ゲルがある。シリコーンの硬化は、ゲル様状態を超えて継続することがある。もちろん、市販の誘電体ゲル及びシリコーン並びに種々の調合品は、本件出願に使用可能であると企図されている。
【００５２】
いくつかの実施態様において、シリコーン系誘電体ゲルをその場で使用できる。或いは、上述のとおり、誘電体ゲルをシリコーン系オイルと混合し、開始粘度（beginning viscosity）及び停止粘度（ending viscosity）の両方を低減できる。混合物中のシリコーンオイルの重量比は変えることができる。上述のとおり、上記の特定の例におけるシリコーン系オイルとシリコーン系誘電体ゲルの混合物中のシリコーンオイルの重量比は85％である。しかし、25％、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、及び85%での比又はおおよそこれらの数値（例えば±2％）の比が全て企図される。20%〜30%、25%〜35%、30%〜40%、35%〜45%、40%〜50%、45%〜55%、50%〜60%、55%〜65%、60%〜70%、65%〜75%、70%〜80%、75%〜85%、及び80%〜90%の範囲（重量による）も全て企図される。さらに、これらの同じ重量比が、ゲル混合物のみの開始粘度を下げるために他の種類のオイル又はアクリレートを使用する場合の混合物にも企図できる。
【００５３】
（透明ケーシング310）
透明ケーシング310は、図2に示されるとおり光起電力デバイスを密閉する。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、プラスティック又はガラスでできている。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、ウレタンポリマー、アクリルポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、フッ素ポリマー、シリコーン、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、シリコーンゲル、エポキシ、エチルビニルアセテート(EVA)、ペルフルオロアルコキシフルオロカーボン（PFA）、ナイロン／ポリアミド、架橋ポリエチレン（PEX)、ポリオレフィン、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレートグリコール(PETG)、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、熱可塑性コポリマー（例えば、エチレンとテトラフルオロエチレン：TEFLON（登録商標）モノマーの重合から誘導されたETFE（登録商標））、ポリウレタン／ウレタン、ポリビニルクロライド（PVC）、ポリビニリデンフルオライド（PVDF）、TYGON（登録商標）、ビニル、VITON（登録商標）、或いはこれらの組み合わせ又はバリエーションでできている。
【００５４】
いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、複数の透明ケーシング層を含む。いくつかの実施態様において、各透明ケーシング層は、異なる材料から構成されている。例えば、いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、第1透明ケーシング層及び第2透明ケーシング層を含む。光起電力デバイス10の実際の構成により、第1透明ケーシング層は、透明導電性層110、任意のフィラー層330又は耐水層の上に配置される。次いで、第2透明ケーシング層が、第1透明ケーシング層の上に配置される。
【００５５】
いくつかの実施態様において、各透明ケーシング層は性質が異なる。1例において、外側の透明ケーシング層は優れたUV遮蔽特性を持ち、内側の透明ケーシング層は、良好な防水特性を有する。さらに、多数の透明ケーシング層を使用して、コストを低減し、かつ／又は透明ケーシング310の全体的な特性を向上することができる。例えば、1つの透明ケーシング層を、所望の物性を持つ高価な材料で作ることができる。1つ以上の追加の透明ケーシング層を利用し、高価な透明ケーシング層の厚さを低減することができ、それにより材料コストの節約をはかる。他の例において、1つの透明ケーシング層は優れた光学特性（例えば、屈折率など）を有するが非常に重いことがある。1つ以上の追加の透明ケーシング層を利用して、重い透明ケーシング層の厚さを低減することができ、それにより透明ケーシング310の全体重量を低減できる。
【００５６】
いくつかの実施態様において、透明ケーシング310はガラスでできている。広範囲のガラスのいずれも透明ケーシング310の製造に使用でき、そのいくつかは本件明細書に記載される。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、二酸化ケイ素（SiO2）ガラスでできている。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、二酸化ケイ素、ソーダ（例えば、炭酸ナトリウムNa2CO3）又はカリ、カリウム化合物及び石灰（酸化カルシウムCaO）から形成されるソーダ石灰ガラスでできている。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、鉛クリスタル又はフリントガラスなどの鉛ガラスでできている。いくつかの実施態様において、ホウ素、バリウム、酸化トリウム、酸化ランタン、鉄又は酸化セリウム（IV）によりドープされた二酸化ケイ素ガラスが、透明ケーシング310の製造に使用される。いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩（例えば、PYREX（登録商標）、DURAN（登録商標）、SIMAX（登録商標））、二色性ガラス、ゲルマニウム／半導体、ガラスセラミック、ケイ酸塩／溶融シリカ、ソーダ石灰、石英、カルコゲナイド／スルフィド、又はセリーティドガラスでできている。
【００５７】
いくつかの実施態様において、透明ケーシング310は、エチルビニルアセテート(EVA)、ペルフルオロアルコキシフルオロカーボン(PFA)、ナイロン／ポリアミド、架橋ポリエチレン(PEX)、ポリオレフィン、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレートグリコール(PETG)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、熱可塑性コポリマー（例えば、ETFE（登録商標））、ポリウレタン／ウレタン、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリビニリデンフルオライド（PVDF）、TYGON（登録商標）、ビニル、又はVITON（登録商標）などの透明なプラスティックでできている。
【００５８】
（任意の耐水層）
いくつかの実施態様において、1層以上の耐水層が光起電力デバイス10の上に塗布され、水の損傷効果を防ぐ。いくつかの実施態様において、この耐水層は、フィラー層330の堆積及び透明ケーシング310中への光起電力デバイス10の包み込みの前に透明導電性層110の上に塗布される。いくつかの実施態様において、そのような耐水層は、透明ケーシング310自体の上に円周状に塗布される。耐水層の光学特性は、光起電力デバイス10による入射太陽光の吸収と干渉しないように選択される。いくつかの実施態様において、この耐水層は、透明なシリコーン、SiN、SiOxNy、SiOx、又はAl2O3でできており、式中ｘ及びｙは整数である。いくつかの実施態様において、任意の耐水性層は、Q型シリコーン、シルセスキオキサン、D型シリコン、又はM型シリコンでできている。
【００５９】
（任意の反射防止コーティング）
いくつかの実施態様において、任意の反射防止コーティングが、光起電力デバイス10の上に（例えば透明ケーシング310の上に）堆積され、ソーラーセル効率を最大にする。いくつかの実施態様において、耐水層及び反射防止コーティングの両方が透明ケーシング310上に堆積している。いくつかの実施態様において、単一の層が、耐水層及び反射防止コーティングの二重の目的に役立っている。いくつかの実施態様において、反射防止コーティングは、MgF2、硝酸ケイ素、硝酸チタン、一酸化ケイ素(SiO)、亜硝酸酸化ケイ素（silicon oxide nitrite）でできている。いくつかの実施態様において、2層以上の反射防止コーティングがある。いくつかの実施態様において、2層以上の反射防止コーティングがあり、各層が同じ材料でできている。いくつかの実施態様において、2層以上の反射防止コーティングがあり、各層が異なる材料でできている。
【００６０】
いくつかの実施態様において、多層光起電力デバイス10の層のいくつかは、円筒型マグネトロンスパッタリング技術を利用して構成される。いくつかの実施態様において、多層光起電力デバイス10の層のいくつかは、長管又はストリップに従来のスパッタリング法又は反応性スパッタリング法を利用して構成される。長管及びストリップなどの非平面基材102のためのスパッタリング塗布法は、例えば、それぞれ引用により本件明細書に組み込まれている、Hoshiらの文献、1983年、「円筒型マグネトロンスパッタリングによるワイヤ及び小管の内壁への薄膜塗布技術(Thin Film Coating Techniques on Wires and Inner Walls of Small Tubes via Cylindrical Magnetron Sputtering)」(Electrical Engineering in Japan 103:73-80)；Lincoln及びBlickensderferの文献、1980年、「長管及びストリップのコーティングへの従来スパッタリング装置の適応(Adapting Conventional Sputtering Equipment for Coating Long Tubes and Strips)」(J. Vac. Sci. Technol. 17:1252-1253；Hardingの文献、1977年、「管のコーティングのためのdc反応性スパッタリングシステムの改良(Improvements in a dc Reactive Sputtering System for Coating Tubes)」(J. Vac. Sci. Technol. 14:1313-1315)；Pearceの文献、1970年、「マイクロ波管部品コーティングのための厚膜真空堆積システム(A Thick Film Vacuum Deposition System for Microwave Tube Component Coating)」(Conference Records of 1970 Conference on Electron Device Techniques 208-211)；及びHardingらの文献、1979年、「マグネトロンスパッタリングシステムによるガラス管上に塗布された選択的表面の性能の製造(Production of Properties of Selective Surfaces Coated onto Glass Tubes by a Magnetron Sputtering System)」(Proceedings of the International Solar Energy Society 1912-1916)に開示されている。
【００６１】
（任意の蛍光物質）
いくつかの実施態様において、蛍光物質（例えば、発光物質、リン光物質）が光起電力デバイス10の層の表面に塗布される。いくつかの実施態様において、蛍光物質は、透明ケーシング310の内腔表面及び／又は外部表面に塗布される。いくつかの実施態様において、蛍光物質は、透明導電性材料110の外部表面に塗布される。いくつかの実施態様において、光起電力デバイスは耐水層を含み、蛍光物質が該耐水層の上に塗布される。いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10の2つ以上の表面が、任意の蛍光物質により塗布される。いくつかの実施態様において、蛍光物質は、半導体接合部106/108のいくつかが電力への変換に使用しない青色光及び／又は紫外光を吸収し、蛍光物質は、いくつかの半導体接合部106/108において発電に有用な可視光及び／又は赤外線で光を発する。
【００６２】
蛍光、発光、又はリン光物質は、青又は紫外範囲の光を吸収でき、可視光を発することができる。リン光物質又はリン光体は、通常好適なホスト物質及び活性化剤物質を含む。ホスト物質は、典型的には、亜鉛、カドミウム、マンガン、アルミニウム、ケイ素又は種々の希土類金属の酸化物、硫化物、セレン化物、ハロゲン化物又はケイ酸塩である。活性化剤は、発光時間を長くするために加えられる。
【００６３】
いくつかの実施態様において、リン光物質は本件開示のシステム及び方法に取り入れられ、光起電力デバイス10による光の吸収を増大する。いくつかの実施態様において、リン光物質は、透明ケーシング310の製造に使用される材料に直接加えられる。いくつかの実施態様において、リン光物質は、透明塗料として使用するためバインダーと混合され、上述のとおり光起電力デバイス10の種々の外部層及び内部層に塗布される。
【００６４】
代表的なリン光体には、銅活性化硫化亜鉛(ZnS:Cu)及び銀活性化硫化亜鉛(ZnS:Ag)があるが、これらに限定されない。他の代表的なリン光物質には、硫化亜鉛及び硫化カドミウム（ZnS:CdS）、ユーロピウム活性化アルミン酸ストロンチウム（SrAlO3:Eu）、プラセオジム及びアルミニウム活性化ストロンチウムチタン(SrTiO3:Pr,Al)、ビスマスを含む硫化ストロンチウム及び硫化カルシウム((Ca,Sr)S:Bi)、銅及びマグネシウム活性化硫化亜鉛(ZnS:Cu,Mg)、又はこれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。
【００６５】
リン光物質を製造する方法は当分野に公知である。例えば、ZnS:Cu又は他の関連したリン光物質を製造する方法は、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Butlerらに付与された米国特許第2,807,587号；Morrisonらに付与された同第3,031,415号；Morrisonらに付与された同第3,031,416号；Strockに付与された同第3,152,995号；Payneに付与された同第3,154,712号；Lagosらに付与された同第3,222,214号；Possに付与された同第3,657,142号；Reillyらに付与された同第4,859,361号及びKaramらに付与された同第5,269,966号に記載されている。ZnS:Ag又は関連したリン光物質の製造方法は、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Park らに付与された米国特許第6,200,497号、Iharaらに付与された同第6,025,675号、Takaharaらに付与された同第4,804,882号及びMatsudaらに付与された同第4,512,912 号に記載されている。一般的に、リン光体の持続性は、波長の減少と共に増加する。いくつかの実施態様において、CdSe又は類似のリン光物質の量子ドットを利用して、同じ効果を得ることができる。それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Dabbousiらの論文、1995年、「CdSe量子ドット／ポリマーコンポジットからのエレクトロルミネセンス(Electroluminescence from CdSe quantum-dot/polymer composites)」(Applied Physics Letters 66 (11): 1316-1318)；Dabbousiらの論文、1997年、「(CdSe)ZnSコアシェル量子ドット：高度に発光性のナノ結晶のサイズシリーズの合成及びキャラクタリゼーション（(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites）」（J. Phys. Chem. B, 101: 9463-9475）；Ebensteinらの論文、2002年、「相関する原子間力及び単一粒子蛍光顕微鏡法により研究したCdSe:ZnSナノ結晶の蛍光量子収率（Fluorescence quantum yield of CdSe:ZnS nanocrystals investigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescence microscopy）」(Applied Physics Letters 80: 1023-1025；及びPengらの論文、2000年、「CdSeナノ結晶の形状制御（Shape control of CdSe nanocrystals）」(Nature 104: 59-61)を参照されたい。
【００６６】
いくつかの実施態様において、本件開示の任意の蛍光層に蛍光増白剤が使用される。蛍光増白剤(optical brighteners)（蛍光増白剤（optical brightening agents、fluorescent brightening agents又はfluorescent whitening agents）としても知られる)は、電磁スペクトルの紫外及び紫領域の光を吸収し、青色領域の光を再び発する染料である。そのような化合物には、スチルベン（例えば、トランス-1,2-ジフェニルエチレン又は(E)-1,2-ジフェニルエテン）がある。本件開示の任意の蛍光層に使用できる他の代表的な蛍光増白剤はウンベリフェロン（7-ヒドロキシクマリン）であり、これもスペクトルの紫外領域のエネルギーを吸収する。ついで、このエネルギーは、可視スペクトルの青色領域で再び発せられる。蛍光増白剤についてのさらなる情報は、Deanの文献、1963年、「天然酸素環化合物(Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds)」(Butterworths社、ロンドン)；Joule及びMillsの文献、2000年、「複素環化学(Heterocyclic Chemistry)」(第4版、Blackwell Science社、オックスフォード、英国)；及びBartonの文献、1999年、「総合的な天然産物化学 (Comprehensive Natural Products Chemistry 2: 677)」（Nakanishi 及びMeth-Cohn 編、Elsevier社、オックスフォード、英国、1999年）にある。
【００６７】
（円周状に配置される）
いくつかの場合、先に開示された材料は、光起電力デバイス10のソーラーセル12を形成するために、非平面（例えば、円筒状）基材102上に連続して円周状に配置される。本件明細書では、円周状に配置されるという用語は、材料のそのような層のそれぞれが、必ずしも、下にある層の上に堆積することを意味するものではない。実際に、そのような層は、下にある層の上に、型に入れて成型又は他の方法で成型することができる。それにもかかわらず、円周状に配置されるという用語は、上に重なる層と下にある層の間に環状の空間が全くないように、上に重なる層が下にある層の上に配置されることを意味する。さらに、本件明細書では、円周状に配置されるという用語は、上に重なる層が、下にある層の周長の少なくとも50％の上に配置されることを意味する。さらに、本件明細書では、円周状に配置されるという用語は、上に重なる層が、下にある層の長さの少なくとも半分に沿って配置されることを意味する。
【００６８】
（円周状に密閉される）
本件明細書では、円周状に密閉されるという用語は、上に重なる層又は構造が、必ずしも、下にある層又は構造の上に堆積することを意味するものではない。実際に、そのような層又は構造（例えば、透明ケーシング310）は、下にある層又は構造の上に、型に入れて成型又は他の方法で成型することができる。それにもかかわらず、円周状に密閉されるという用語は、上に重なる層又は構造と下にある層又は構造の間に環状の空間が全くないように、上に重なる層又は構造が下にある層又は構造の上に配置されることを意味する。さらに、本件明細書では、円周状に密閉されるという用語は、上に重なる層が、下にある層の周長の全ての上に配置されることを意味する。典型的な実施態様において、層又は構造は、下にある層又は構造の全周長の周りに、かつ下にある層又は構造の全長に沿って円周状に配置される場合、下にある層又は構造を円周状に密閉する。しかし、円周状に密閉する層又は構造が、下にある層又は構造の全長に沿って延びないことが可能である。
【００６９】
（剛性）
いくつかの実施態様において、基材102及び／又は透明ケーシング310は剛性である。材料の剛性は、限定はされないがヤング率などのいくつかの異なる測定基準を利用して測定できる。固体力学において、ヤング率（E）（Young's Modulus）（ヤング率（Young Modulus）、弾性率(modulus of elasticity)、弾性率(elastic modulus)又は引張弾性率としても知られる)は、ある材料の堅さの尺度である。それは、小さな歪みに対して、応力の変化の速度と歪みの比として定義される。これは、材料の試料に実施される引張試験の間に作られる応力歪み曲線の傾きから実験的に決定できる。種々の材料のヤング率を以下の表に示す。
【表１】
2010526439.tif 000003
【００７０】
本件出願のいくつかの実施態様において、材料（例えば、基材102、透明ケーシング310など）は、ヤング率が20GPa以上、30GPa以上、40GPa以上、50GPa以上、60GPa以上又は70GPa以上である材料でできている場合、剛性であると考えられる。いくつかの実施態様において、材料（例えば、基材102、透明ケーシング310など）は、材料のヤング率が、ある範囲の歪みにわたり一定である場合に剛性であると考えられる。そのような材料は線形と呼ばれ、フックの法則に従うと言われる。したがって、いくつかの実施態様において、基材102はフックの法則に従う線形材料からできている。線形材料の例には、鋼、カーボンファイバー及びガラスがあるが、これらに限定されない。ゴム及び土（非常に低い歪みの場合を除く）は非線形材料である。いくつかの実施態様において、材料は、力の大きな範囲（例えば、1ダインから105ダイン、1000ダインから106ダイン、10,000ダインから107ダイン）で任意の量の力に曝された時、材料がそのような力に曝される時小さな伸び又は短縮又は他の変形のみを経験するよう、弾性の小変形理論に従う場合に剛性であると考えられる。そのような代表的な材料の変形量（又は変形量の傾き）が小さいという要件は、数学的には、そのような力に曝された場合、これらの量のいずれかの二乗が、その量の一乗と比べて無視できるほど小さいことを意味する。剛性の材料の要件を述べる他の方法は、そのような材料が、力の大きな範囲にわたり（例えば、1ダインから105ダイン、1000ダインから106ダイン、10,000ダインから107ダイン）認識できるほど変形しないことであり、線形項しか持たない変形テンソルにより特徴づけられている。材料の変形テンソルは、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Borgの文献、1962年、「弾性エンジニアリングの基本(Fundamentals of Engineering Elasticity)」（Princeton, New Jersey, pp. 36-41）に記載されている。いくつかの実施態様において、十分な大きさ及び寸法の材料の試料が、重力下で曲がらない場合に材料は剛性であると考えられる。
【００７１】
一般的に、ボディ（例えば、基材102、透明ケーシング310など）が力の下でゆがむ程度、例えばボディの硬さは、当業者に公知であるとおり、元になる材料のヤング率、ボディの長さ及び断面の大きさ、及びボディに加わる力に関連している。いくつかの実施態様において、ボディ材料のヤング率並びにボディの長さ及び断面積は、ボディ（例えば、基材401、ケーシング310など）の第1端部が、例えば1ダインから105ダイン、100ダインから106ダイン、10,000ダインから107ダインの力に曝され、ボディの第2端部が固定されている場合に、ボディが実質的に認識できるほどゆがまない（曲がらない）ように、選択される。いくつかの実施態様において、ボディ材料のヤング率並びにボディの長さ及び断面積は、ボディ（例えば、基材401、ケーシング310など）の第1端部が重力に曝され、ボディの第2端部が固定されている場合に、ボディが実質的に認識できるほどゆがまないように選択される。
【００７２】
（非平面）
本件出願は、剛性の円筒形状を有する、又は中実のロッドである細長い光起電力モジュール及び基材に限定されていない。いくつかの実施態様において、基材102の全て又は一部は、円形でないいくつかの形状のいずれかにより境界を作られている断面により特徴づけられる。境界形状は、円形、卵形、又は１つ以上のなめらかな曲線状面により特徴づけられる任意の形状、又はなめらかな曲線状面の任意の組継ぎのいずれでもよい。境界形状は、n角形でよく、nは3、5又は5を超える。境界形状は、三角形、長方形、五角形、六角形などを含み、或いは直線により分かれた任意の数の面を持つなど、本質的に直線でもよい。或いは、断面は、直線の面、弓形の面又は曲線状面の任意の組み合わせにより境界づけられてもよい。
【００７３】
いくつかの実施態様において、基材102の第1部分は第1断面形状により特徴づけられ、基材102の第2部分は第2断面形状により特徴づけられるが、該第1及び第2断面形状は同一又は異なる。いくつかの実施態様において、基材102の長さの少なくとも0パーセント、少なくとも10パーセント、少なくとも20パーセント、少なくとも30パーセント、少なくとも40パーセント、少なくとも50パーセント、少なくとも60パーセント、少なくとも70パーセント、少なくとも80パーセント、少なくとも90パーセント又は全てが、第１断面形状により特徴づけられる。いくつかの実施態様において、第１断面形状は平面であり（例えば、弓形面を全く持たない）、第２断面形状は少なくとも１つの弓形面を有する。
【００７４】
（細長い）
「細長い」という用語を定義する目的には、物体（例えば、基材、細長い光起電力モジュールなど）は、幅の寸法（短い寸法、例えば、円筒状物体の直径）及び長さ方向（長い）寸法を持つと考えられる。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が、幅の寸法より少なくとも4倍大きい場合に細長いと考えられる。他の実施態様において、物体の長さ方向の寸法が、幅の寸法より少なくとも5倍大きい場合に、物体は細長いと考えられる。さらに他の実施態様において、物体の長さ方向の寸法が、物体の幅の寸法より少なくとも6倍大きい場合に、物体は細長いと考えられる。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が100cm以上であり物体の断面が少なくとも1つの弓形の端部を含む場合、物体は細長いと考えられる。いくつかの実施態様において、物体の長さ方向の寸法が100cm以上であり、物体が円筒形の形状を有する場合、物体は細長いと考えられる。いくつかの実施態様において、光起電力モジュールは細長い。いくつかの実施態様において、基材は細長い。
【００７５】
(1.3代表的な半導体接合部)
図10Aを参照すると、一実施態様において、半導体接合部106/108は、導電性材料104の全て又は一部の上に配置された吸収体層106と、吸収体層106の全て又は一部の上に配置された接合パートナー層108の間のヘテロ接合である。他の実施態様において、接合パートナー層108は、裏面電極104の全て又は一部の上に配置されており、吸収体層106は、接合パートナー層108の全て又は一部の上に配置されている。層106及び108は、接合パートナー層108のバンドギャップが吸収体層106よりも大きいように、異なるバンドギャップ及び電子親和力を持つ異なる半導体で構成されている。
【００７６】
例えば、いくつかの実施態様において、吸収体層106はp-ドープされており、接合パートナー層108はn-ドープされている。そのような実施態様において、透明導電性層110はn+-ドープされている。別な実施態様において、吸収体層106はn-ドープされており、接合パートナー層108はp-ドープされている。そのような実施態様において、透明導電性層110はp+-ドープされている。いくつかの実施態様において、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Pandeyの文献、「半導体電着のハンドブック(Handbook of Semiconductor Electrodeposition)」(Marcel Dekker社、1996年、付録5)に列記された半導体のいずれも、半導体接合部106/108の形成に使用される。
【００７７】
（p-n接合部に基づくソーラーセルの特徴）
p-n接合部（半導体接合部106/108の1形態である）に基づくソーラーセルの操作の原理はよく理解されている。簡単に言うと、p型半導体は、n型半導体と密着しておかれる。平衡において、電子は、接合部のn型側から接合部のp型側に拡散し、そこで正孔と再結合し、正孔は、接合部のp型側から接合部のn型側に拡散し、そこで電子と再結合する。生じた電荷の不均衡が、接合部にわたる電位差を生み出し、接合部付近で移動可能な電荷キャリアをもはや含まない「空間電荷領域」又は「空乏層」を形成する。
【００７８】
接合部のp型及びn型側は、外部負荷に接続しているそれぞれの電極に接続している。運転中、2つの接合層の片方が吸収体として振る舞い、他の接合層は「接合パートナー層」と呼ばれる。吸収体は、元になる材料（詳細は以下）のバンドギャップより大きいエネルギーを持つ光子を吸収し、これは接合部により生じる電位の影響下でドリフトする電子を生み出す。「ドリフト」は、印加された電界への荷電した粒子の応答である。電子は、吸収体に接続した電極にドリフトし、外部負荷を通ってドリフトし（それにより電力を生じる）、ついで、接合パートナー層へとドリフトする。接合パートナー層では、電子は、接合パートナー層中の正孔と再結合する。本件出願のいくつかの接合部106/108において、接合部により生じた電力（例えば、外部負荷中の電子）の実質的に全てでないとしても相当な部分が、吸収体による光子の吸収に由来し、例えば、接合部106/108により生じた電力の30％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、95％を超える、98％を超える、99％を超える部分、又は実質的に全てが、吸収体による光子の吸収に由来する。本件出願のいくつかの接合部106/108において、光起電力デバイス10中のソーラーセル12により生じた電力（例えば、外部負荷中の電子）の実質的に全てでないにしても相当な部分が、吸収体による光子の吸収に由来し、例えば、光起電力デバイス10中のソーラーセル12により生じた電力の30％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、95％を超える、98％を超える、99％を超える部分、又は実質的に全てが、吸収体による光子の吸収に由来する。さらなる詳細については、引用によりその全内容が本件明細書に組み込まれている、Luque及びHegedus（編）の文献「光起電力科学及び工学のハンドブック(Handbook of Photovoltaic Science and Engineering)」（2003年、Wiley & Sons社、ウェストサセックス、英国）の第3章を参照されたい。
【００７９】
染料系及びポリマー系薄膜ソーラーセルは、一般的にはp-n接合ソーラーセルではなく、電子正孔分離の主要な様式は電荷キャリア拡散によるものであり、印加された電界に応答するドリフトではないことに留意されたい。染料系及びポリマー系薄膜ソーラーセルのさらなる詳細については、引用によりその全内容が本件明細書に組み込まれている、Luque及びHegedus（編）の文献「光起電力科学及び工学のハンドブック(Handbook of Photovoltaic Science and Engineering)」（2003年、Wiley & Sons社、ウェストサセックス、英国）の第15章を参照されたい。
【００８０】
（材料の特性）
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108に使用される材料は無機であるが、これはそれらが還元された炭素を実質的に含まないことを意味し、無視できるほどの量の還元された炭素がそのような材料中に不純物として当然存在しうることを意味する。本件明細書では、「無機化合物」という用語は、引用により本件明細書に組み込まれている、Moellerの文献、1982年、「無機化学、現代の入門書(Inorganic Chemistry, A modern Introduction)」(Wiley社、ニューヨーク)2ページに述べられているとおり、炭化水素及び炭化水素の誘導体を除く全化合物を意味する。
【００８１】
いくつかの実施態様において、半導体接合部に使用される材料は固体であり、すなわち、材料を構成する原子は互いに対して空間中で固定された位置にあるが、例外として、材料中の熱エネルギーによりそれらの位置の周りで原子は振動することがある。固体の物体は、変形及び体積変化に対する抵抗により特徴づけられる物質の状態にある。微視的なスケールでは、固体は以下の性質を有する。第1に、固体を構成している原子又は分子は、互いに密に詰め込まれている。第2に、固体の構成元素は、互いに対して空間中で固定された位置にある。これは、固体の剛性の理由である。結晶構造は、固体の非限定的な形態の1つであるが、結晶中の独特な原子の配列である。結晶構造は、単位格子、特殊な方法で配列された1組の原子で構成されており、格子上の三次元で周期的に繰り返されている。種々の方向での単位格子間の間隔は、格子パラメーターと呼ばれる。結晶の対称性は、その空間群に表現されている。結晶構造及び対称性は、裂開、電子バンド構造及び光学的性質など、その性質の多くを決定するのに役割を果たしている。第3に、もし十分な力が加わると、上述の第1及び第2の性質のいずれかが破壊され、永久的な変形を起こすことがある。
【００８２】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は固体状態である。いくつかの実施態様において、基材102、裏面電極404、半導体接合部106/108、任意の固有層415、透明導電性層110、透明ケーシング310及び耐水層の任意の組み合わせが固体状態である。
【００８３】
記述された半導体材料の全てではないが多くが、結晶性又は多結晶性である。「結晶性」とは、材料を構成する原子又は分子が、全空間的三次元に拡がる秩序ある繰り返しパターンで配列されていることを意味する。「多結晶」とは、材料が結晶領域を含むが、各特定の結晶領域中の原子又は分子の配列が必ずしも、他の結晶領域中の原子又は分子の配列と関連していないことを意味する。多結晶材料において、典型的には、結晶粒界が1つの結晶領域を他から分けている。いくつかの実施態様において、吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える、又はそれ以上の部分が結晶状態である。言い換えると、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、独立に1つ以上に結晶中に配置されており、そのような結晶は、引用により本件明細書に組み込まれている、Stout及びJensenの文献、1989年、「X線構造決定、実用ガイド(X-ray Structure Determination, A Practical Guide)」(John Wiley & Sons社)の42ページ表3.1に定義される、三斜晶系、単斜晶系、斜方晶系、正方晶系、三方晶系（菱面体格子）、三方晶系（六方格子）、六方晶系、又は立方晶系である。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、独立に、三斜晶結晶系の対称性にそれぞれ従う、単斜晶結晶系の対称性にそれぞれ従う、斜方晶結晶系の対称性にそれぞれ従う、正方晶結晶系の対称性にそれぞれ従う、三方晶（菱面体格子）結晶系の対称性にそれぞれ従う、三方晶（六方格子）結晶系の対称性にそれぞれ従う、六方晶結晶系の対称性にそれぞれ従う、又は立方晶結晶系の対称性にそれぞれ従う1つ以上の結晶に配列されている。いくつかの実施態様において、半導体接合部410の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、独立に、1つ以上の結晶中に配列され、該1つ以上の結晶のそれぞれが独立に230の可能な空間群のいずれかにある。230の可能な空間群のリストについては、引用により本件明細書に組み込まれている、Stout及びJensenの文献、1989年、「X線構造決定、実用ガイド(X-ray Structure Determination, A Practical Guide)」(John Wiley & Sons社)の68〜69ページの表3.4を参照されたい。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、立方晶空間群(cubic space group)に配列されている。立方晶空間群のそれぞれのリストに関しては、引用により本件明細書に組み込まれている、Stout及びJensenの文献、1989年、「X線構造決定、実用ガイド(X-ray Structure Determination, A Practical Guide)」(John Wiley & Sons社)の68〜69ページの表3.4を参照されたい。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、正方晶空間群(tetragobal space group)に配列されている。正方晶空間群のそれぞれのリストに関しては、引用により本件明細書に組み込まれている、Stout及びJensenの文献、1989年、「X線構造決定、実用ガイド(X-ray Structure Determination, A Practical Guide)」(John Wiley & Sons社)の68〜69ページの表3.4を参照されたい。いくつかの実施態様において、半導体接合部410の吸収体及び／又は接合パートナー層を構成する材料の10％を超える、20％を超える、30％を超える、40％を超える、50％を超える、60％を超える、70％を超える、80％を超える、90％を超える、99％を超える分子、又はそれ以上の分子が、Fm3m空間群に配列されている。半導体接合部106/108の吸収体層及び／又は接合パートナー層は、1つ以上の結晶粒界を含むことがある。
【００８４】
典型的な実施態様において、半導体接合部106/108に使用される材料は固体無機半導体である。すなわち、そのような材料は無機であり、固体状態であり、かつ半導体である。そのような材料がそのような状態にある直接の重要性は、そのような材料の電子バンド構造が独特なバンド構造を有し、ほとんど完全に満たされた価電子帯及びほとんど完全に満たされていない伝導帯が、本件明細書中でバンドギャップと呼ばれる、該価電子帯と該伝導帯の間の禁制帯とともにあることである。いくつかの実施態様において、吸収体層中の分子の少なくとも80％、少なくとも90％、又は実質的に全ての分子が無機半導体分子であり、接合パートナー層中の分子の少なくとも80％、少なくとも90％、又は実質的に全ての分子が無機半導体分子である。
【００８５】
いくつかの実施態様におけるSiなど、記載された半導体材料の他のものはアモルファスである。「アモルファス」とは、材料を構成する原子又は分子の位置の長距離の秩序がない材料を意味する。例えば、10nmを超える、又は50nmを超える長さのスケールで、アモルファス材料中に認識できる秩序はないのが典型的である。しかし、小さい長さスケールでは（例えば、5nm未満、又は2nm未満）アモルファス材料でさえ、小さな長さスケールでそのような材料が標準配向中の230の可能な空間群のいずれかの要件に従うように、原子位置の間にいくらかの短距離秩序を有することがある。
【００８６】
いくつかの実施態様において、本件明細書に記載されるものなど、ソーラーセルの種々の実施態様での使用に好適な半導体材料は、非ポリマー性である（例えば、有機ポリマーに基づかない）。一般的に、ポリマーは、その元になるモノマー単位に基づく繰り返し化学構造を有することがあるが、他の部分に比べポリマーの部分は空間的な位置の長距離秩序が典型的にはなく、そのようなポリマーの空間的な位置は230の可能な空間群のいずれの対称要件にも、又は7種の結晶系のいずれかの対称要件のいずれにも従わないので、ポリマーが典型的にはアモルファス状態で見いだされることを当業者は認識している。しかし、ポリマー材料が、短距離の結晶領域を有することがあることも認識される。
【００８７】
（バンドギャップ）
本件出願のいくつかの実施態様において、ソーラーセル中で生じるエネルギーの少なくとも40％、少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも80％、少なくとも90％、少なくとも95％、少なくとも99％、又は実質的に全てが、吸収体層のバンドギャップでの、又はそれを超えるエネルギーを持つ光子を吸収する半導体接合部106/108中の吸収体層により生じる。例えば、ソーラーセル中で生じるエネルギーの少なくとも約30％、少なくとも約40％、少なくとも約50％、少なくとも約60％、少なくとも約70％、少なくとも約80％、少なくとも約85％、少なくとも約90％、少なくとも約95％、少なくとも約98％、少なくとも約99％、又はさらにそれ以上が、吸収体層のバンドギャップでの、又はそれを超えるエネルギーを持つ光子を吸収する吸収体層により生じる。
【００８８】
通常、多くの実施態様において、吸収体層及び接合パートナー層はそれぞれ、例えば、約0.6eV（約2066nm）から約2.4eV（約516nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、接合パートナー層は、例えば、約0.7eV（約1771nm）から約2.2eV（約563nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約0.8eV（約1550nm）から約2.0eV（約620nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約0.9eV（約1378nm）から約1.8eV（約689nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約1eV（約1240nm）から約1.6eV（約775nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約1.1eV（約1127nm）から約1.4eV（約886nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約1.1eV（約1127nm）から約1.2eV（約1033nm）のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、例えば、約1.2eV（約1033nm）から約1.3eV（約954nm）のバンドギャップを有する。
【００８９】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層および／または接合パートナー層は、例えば、0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)、0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)、0.8 eV(1550nm)から2.0eV(620nm)、0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)、1eV(1240nm)から1.6eV(775 nm)、1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)、又は1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、例えば、0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)、0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)、例えば、0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)、0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)、1eV(1240nm)から1.6eV(775nm)、1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)、又は1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)のバンドギャップを有する。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の接合パートナー層は、例えば、0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)、例えば、0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)、0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)、例えば、0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)、例えば、1eV(1240nm)から1.6eV(775nm)、1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)、又は1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)のバンドギャップを有する。
【００９０】
上述のとおり、吸収体層及び接合パートナー層は、吸収体層よりも接合パートナー層のバンドギャップが大きいように、異なるバンドギャップ及び電子親和性を有する異なる半導体を含む。例えば、吸収体は、約0.9eVから約1.8eVのバンドギャップを有することがある。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)を含み、吸収体層のバンドギャップは1.04eVから1.67eVの範囲である。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)を含み、吸収体層の最小バンドギャップは1.1eVから1.2eVである。
【００９１】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、吸収体層のバンドギャップが吸収体層深さの関数として変わるように、勾配が付いている。当分野で公知であるとおり、モデル化の目的で、そのような勾配の付いた吸収体層は、それぞれ組成及び対応するバンドギャップが異なる積み重ねた層としてモデル化できる。例えば、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、吸収体層深さに対して不均一なGa/In組成の化学量論CuIn1-xGaxSe2を有する銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物を含む。そのような不均一なGa/In組成は、例えば、非平面裏面電極上に吸収体層を堆積する間、Ga及びInの元素フラックスを変動させて得られる。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、化学量論CuIn1-xGaxSe2を含む銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物を含み、吸収体のバンドギャップ範囲が、吸収体深さの関数として、1.04eVから1.67eVの範囲の第1値と1.04eVから1.67eVの範囲の第2値の間で変動し、該第1値が該第2値より大きい。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、化学量論CuIn1-xGaxSe2を含む銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物を含み、吸収体層のバンドギャップは、吸収体層深さの関数として、1.04eVから1.67eVの範囲の第1値と1.04eVから1.67eVの範囲の第2値の間で変動し、該第1値が該第2値より小さい。典型的には、そのような実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さの関数として、連続線形勾配で第1値と第2値の間を変動する。しかし、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さの関数として、非線形勾配で、又はさらには不連続様式で、第1値と第2値の間を変動する。
【００９２】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、吸収体層深さの関数として、1.04eVから1.67eVの範囲の第1値と1.04eVから1.67eVの範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の吸収体層は、バンドギャップが、吸収体深さの関数として、1.04eVから1.67eVの範囲の第1値と1.04eVから1.67eVの範囲の第2値の間で変動し、該第1値が該第2値より小さい、化学量論CuIn1-xGaxSe2を有する銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物を含む。いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さの関数として、連続線形勾配で第1値と第2値の間を変動する。しかし、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さの関数として、非線形勾配で、又はさらには不連続様式で、第1値と第2値の間を変動する。さらに、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さの関数として、バンドギャップが複数回増加及び減少するように、第1値と第2値の間を変動する。
【００９３】
いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)の範囲の第1値と0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)の範囲の第1値と0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)の範囲の第1値と0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)の範囲の第1値と0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1eV(1240nm)から1.６eV(775nm)の範囲の第1値と1eV(1240nm)から1.6eV(775nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)の範囲の第1値と1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)の範囲の第1値と1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より小さいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層又は接合パートナー層の深さの関数として、連続線形勾配で、第1値と第2値の間で変動する。しかし、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層深さ又は接合パートナー層の深さの関数として、非線形勾配で、又はさらには不連続様式で、第1値と第2値の間を変動する。さらに、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層又は接合パートナー層の深さの関数として、バンドギャップが複数回増加及び減少するように、第1値と第2値の間を変動する。
【００９４】
いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)の範囲の第1値と0.6eV(2066nm)から2.4eV(516nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)の範囲の第1値と0.7eV(1771nm)から2.2eV(563nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)の範囲の第1値と0.8eV(1550nm)から2.0eV(620nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)の範囲の第1値と0.9eV(1378nm)から1.8eV(689nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1eV(1240nm)から1.６eV(775nm)の範囲の第1値と1eV(1240nm)から1.6eV(775nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)の範囲の第1値と1.1eV(1127nm)から1.4eV(886nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、本件出願の半導体接合部106/108中の吸収体層又は接合パートナー層は、1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)の範囲の第1値と1.2eV(1033nm)から1.3eV(954nm)の範囲の第2値の間で変動するバンドギャップであって、該第1値が該第2値より大きいバンドギャップにより特徴づけられる。いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層又は接合パートナー層の深さの関数として、連続線形勾配で、第1値と第2値の間で変動する。しかし、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層又は接合パートナー層の深さの関数として、非線形勾配で、又はさらには不連続様式で、第1値と第2値の間を変動する。さらに、いくつかの実施態様において、バンドギャップは、吸収体層又は接合パートナー層の深さの関数として、バンドギャップが複数回増加及び減少するように、第1値と第2値の間を変動する。
【００９５】
以下の表は、本件明細書に記載されるものなど、半導体接合部での使用に好適な数種の半導体の代表的なバンドギャップ並びに半導体の他の物性を列記する。「D」は直接バンドギャップを示し、「I」は間接バンドギャップを示す。
【表２】
2010526439.tif 000004
2010526439.tif 000005
2010526439.tif 000006
【００９６】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体層および／または接合パートナー中の半導体材料の密度は、約2.33g/cm3から8.9g/cm3の範囲である。いくつかの実施態様において、吸収体層は約5g/cm3から6g/cm3の密度を有する。いくつかの実施態様において、吸収体層はCIGSを含む。CIGSの密度はその組成と共に変わるが、それは結晶単位格子が立方晶から正方晶に変わるからである。CIGSの化学式は、Cu(In1-xGax)Se2である。0.5未満のガリウムのモル分率では、CIGSは、正方晶キャルコパイライト構造をとる。0.5を超えるモル分率では、格子構造は立方晶閃亜鉛鉱型である。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体層は、モル分率(x)が0.2から0.6であり、密度が5g/cm3から6g/cm3であり、バンドギャップが約1.2eVから1.4eVであるCIGSを含む。一実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体層は、モル分率(x)が0.2から0.6であり、CIGSの密度が5g/cm3から6g/cm3であり、CIGSのバンドギャップが約1.2eVから1.4eVであるCIGSを含む。一実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体層は、モル分率(x)が0.4であり、CIGSの密度が約5.43g/cm3であり、CIGSのバンドギャップが約1.2eVであるCIGSを含む。
【００９７】
（電流密度）
半導体接合部、例えば吸収体層及び接合パートナー層に使用される材料の組み合わせは、吸収体層のバンドギャップでの、又はそれを超えるエネルギーを持つ光子の照射時に、効果的に発電するに十分な電流密度（通常「短絡電流密度」又はJscとも呼ばれる）を発生するよう選択される。Jscを高めるために、以下のことが望ましい：(1)可能な限り多くの入射光を吸収する、例えば、広いエネルギー範囲で高い吸収を持つ小さなバンドギャップを持つこと、(2)光励起された電子及び正孔が、接合部により発生する内部電界により集められ、再結合する前に外部回路を通過できるような材料特性を持つこと、例えば、高い少数担体寿命及び移動度を持つ材料。同時に、光子吸収の大部分が吸収体層で起こるように、接合パートナー層のバンドギャップが、吸収体層のバンドギャップより大きいと有用である。例えば、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108中の化合物（例えば、吸収体層及び／又は接合パートナー層）は、引用により本件明細書に組み込まれている、Luque及びHegedus（編）の文献「光起電力科学及び工学のハンドブック(Handbook of Photovoltaic Science and Engineering)」(2003年、Wiley & Sons社、ウェストサセックス、英国(2003))の16.2.1章に定義されるエアマス1.5 (AM)グローバルスペクトル(global spectrum)、AM1.5直接地上スペクトル(direct terrestrial spectra)、AM0基準スペクトル(reference spectra)で照射される時、ソーラーセルが、少なくとも10mA/cm2の、少なくとも15mA/cm2の、少なくとも20mA/cm2の、少なくとも25mA/cm2の、少なくとも30mA/cm2の、少なくとも35mA/cm2の、又は少なくとも39mA/cm2の電流密度Jscを生じるように選択される。エアマス値0は、示されるとおり、天頂での太陽による海水面での日照と等しく、AM1.0は、酸素及び窒素ガスを吸収する、地球の大気の上の天頂での太陽による日光を表し、AM1.5は同じであるが、太陽が48.2°の斜角にあり、地球の大気を通過する長い光路を模しており、AM2.0は斜角が60.1°に延びている。引用により本件明細書に組み込まれている、Jeongの文献、2007年、Laser Focus World 43, 71-74を参照されたい。
【００９８】
いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、標準条件下で測定される場合（25℃、AM1.5G100mW/cm2）、22mA/cm2から35mA/cm2のJscを示す。いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、AM1.5Gで測定される場合、0℃から70℃の任意の温度で、22mA/cm2から35mA/cm2のJscを示す。いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、AM1.5G条件下で測定される場合、10℃から60℃の任意の温度で、22mA/cm2から35mA/cm2のJscを示す。電流密度の計算には、例えば、その全体が引用により本件明細書に組み込まれているNishitaniらの論文、1998年、Solar Energy Materials and Solar Cells 50, p. 63-70、及び該論文に引用されている引用文献において値の報告に利用される方法で、標準アモルファスSiソーラーセルにより照度が較正される。
【００９９】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108の吸収体層および／または接合パートナー層の材料は、例えば、10cm2V1s1から80,000 10 cm2V1s1の電子移動度を有する。
【０１００】
（開回路電圧）
いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、標準条件下で測定される場合（25℃、AM1.5G100mW/cm2）、0.4Vから0.8Vの開回路電圧Voc(V)を示す。いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、AM1.5Gで測定される場合、0℃から70℃の任意の温度で、0.4Vから0.8VのVocを示す。いくつかの実施態様において、本件発明のソーラーセルは、AM1.5G条件下で測定される場合、10℃から60℃の任意の温度で、0.4Vから0.8VのVocを示す。開回路電圧の計算には、例えば、その全体が引用により本件明細書に組み込まれているNishitaniらの論文、1998年、Solar Energy Materials and Solar Cells 50, p. 63-70、及び該論文に引用されている引用文献において値の報告に利用される方法で、標準アモルファスSiソーラーセルにより照度が較正される。
【０１０１】
（1.3.1銅インジウム二セレン化物及び他のI-III-VI型材料に基づく薄膜半導体接合部）
引き続き図10Aを参照すると、いくつかの実施態様において、吸収体層106は、銅インジウム二セレン化物（CuInSe2；CISとしても知られる）などのI-III-VI2族化合物である。いくつかの実施態様において、吸収体層106は、そのような化合物が存在すると知られている場合のp型又はn型のCdGeAs2、ZnSnAs2、CuInTe2、AgInTe2、CuInSe2、CuGaTe2、ZnGeAs2、CdSnP2、AgInSe2、AgGaTe2、CuInS2、CdSiAs2、ZnSnP2、CdGeP2、ZnSnAs2、CuGaSe2、AgGaSe2、AgInS2、ZnGeP2、ZnSiAs2、ZnSiP2、CdSiP2、又はCuGaS2からなる群から選択される、I-III-VI2族三元化合物である。
【０１０２】
いくつかの実施態様において、接合パートナー層108は、CdS、ZnS、ZnSe、又はCdZnSである。一実施態様において、吸収体層106はp型CISであり、接合パートナー層108はn型CdS、ZnS、ZnSe、又はCdZnSである。そのような半導体接合部106/108は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン)の第6章に記載されている。
【０１０３】
いくつかの実施態様において、吸収体層106は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)である。そのような層は、Cu(InGa)Se2としても知られている。いくつかの実施態様において、吸収体層106は銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物(CIGS)であり、接合パートナー層108はCdS、ZnS、ZnSe、又はCdZnSである。いくつかの実施態様において、吸収体層106はp型CIGSであり、接合パートナー層108は、n型CdS、ZnS、ZnSe、又はCdZnSである。そのような半導体接合部106/108は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Luque及びHegedus（編）の文献、「光起電力科学及び工学のハンドブック(Handbook of Photovoltaic Science and Engineering)」（2003年、Wiley & Sons社、ウェストサセックス、英国、12章）の第13章に記載されている。いくつかの実施態様において、CIGSは、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Beck及びBrittの論文、Final Technical Report, January 2006, NREL/SR-520-39119；Delahoy及びChenの論文、August 2005,「先進CIGS光起電力技術(Advanced CIGS Photovoltaic Technology)」、subcontract report；Kapurらの文献、January 2005 subcontract report, NREL/SR-520-37284,「非真空薄膜CIGSソーラーセルの研究室から大スケールへの移行(Lab to Large Scale Transition for Non-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells)」； Simpsonらの論文、October 2005 subcontract report、「柔軟なCIGS PVモジュール製造のための軌跡指向型及び耐障害性インテリジェントプロセスコントロール(Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based Intelligent Process Control for Flexible CIGS PV Module Manufacturing)」、NREL/SR-520-38681；及びRamanathanら、31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition, Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005に開示される技術を利用して堆積される。
【０１０４】
いくつかの実施態様において、吸収体層106は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Ramanthanらの文献、2003年、「効率19.2％のZnO/CdS/CuInGaSe2薄膜ソーラーセルの性質(Properties of 19.2% Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells)」(Progress in Photovoltaics: Research and Applications 11, 225)に記載されている3段階プロセスにより、元素源からの蒸発によるモリブデン導電材料104上で成長したCIGSである。いくつかの実施態様において、層504は、例えば、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Ramanthanらの文献、Conference Paper、「NRELでのCIGS薄膜ソーラー研究：FY04結果及び業績(CIGS Thin-film Solar Research at NRFL:FY04 Results and Accomplishments)」（NREL/CP-520-37020、2005年1月）に記載されているZnS(O,OH)バッファ層である。
【０１０５】
いくつかの実施態様において、吸収体層106は、0.5μmから2.0μmの厚さである。いくつかの実施態様において、層106中のCu/(In+Ga)の組成比は、0.7から0.95である。いくつかの実施態様において、層106中のGa/(In+Ga)の組成比は、0.2から0.4である。いくつかの実施態様において、吸収体層106は、＜110＞結晶方位を持つCIGSである。いくつかの実施態様において、吸収体層106は、＜112＞結晶方位を持つCIGSである。いくつかの実施態様において、吸収体層106は、CIGS結晶がランダムに配向しているCIGSである。
【０１０６】
(1.3.2アモルファスシリコン又は多結晶シリコンに基づく半導体接合部)
場合によっては106及び108以外の参照番号を持つ層が、半導体接合部106/108中にあるかもしれない層を記載するのに使用されることがある。そのような層が、図2に描かれている層106及び108の代わりに使用できることが認識されるであろう。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108はアモルファスシリコンを含む。いくつかの実施態様において、これはn/n型ヘテロ接合である。例えば、いくつかの実施態様において、図10Bを参照すると、半導体接合部106/108は、SnO2(Sb)を含み、層512は未ドープのアモルファスシリコンを含み、層510はn+ドープアモルファスシリコンを含む。
【０１０７】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、p-i-n型接合である。例えば、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、p+ドープアモルファスシリコンである層514、未ドープアモルファスシリコンである層512及びn+アモルファスシリコンである層510を含む。そのような半導体接合部106/108は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン)の第3章に記載されている。
【０１０８】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は薄膜多結晶に基づいている。図10Bを参照すると、そのような実施態様による一例において、層510はp-ドープ多結晶シリコンであり、層512は空乏多結晶シリコンであり、層514はn-ドープ多結晶シリコンである。そのような半導体接合部は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Greenの文献「シリコンソーラーセル：最新原理及び実際(Silicon Solar Cells: Advanced Principles & Practice)」(Centre for Photovoltaic Devices and Systems)、(University of New South Wales, Sydney, 1995)；及びBubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン、pp.57-66)に記載されている。
【０１０９】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、アモルファスSi:Hコンテクストにおけるp型微結晶Si:H及び微結晶Si:C:Hである。そのような半導体接合部は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン、pp.66-67)及び該文献に引用されている引用文献に記載されている。
【０１１０】
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108はタンデム接合である。タンデム接合は、例えば、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Kimらの文献、1989年、「宇宙用途の軽量(AlGaAs)GaAs/CuInSe2タンデム接合ソーラーセル(Lightweight (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells for Space Applications）」(Aerospace and Electronic Systems Magazine, IEEE Volume 4, pp: 23-32)；Dengの文献、2005年、「a-SiGe系トリプル、タンデム及びシングル接合ソーラーセルの最適化(Optimization of a-SiGe Based Triple, Tandem and Single-junction Solar Cells)」(Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Thirty-first IEEE, pp: 1365-1370)；Aryaらの文献、2000年、「アモルファスシリコン系タンデム接合薄膜技術：製造の展望(Amorphous Silicon Based Tandem Junction Thin-film Technology: a Manufacturing Perspective)」(Photovoltaic Specialists Conference, 2000, Conference Record of the Twenty- Eighth IEEE 15-22, pp: 1433-1436)；Hartの文献、1988年、「GaAs/Geソーラーセルの高々度電流電圧測定(High Altitude Current-voltage Measurement of GaAs/Ge solar cells)」(Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30, pp:764-765, vol.1)；Kimの文献、1988年、「高効率GaAs/CuInSe2タンデム接合ソーラーセル(High Efficiency GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells)」(Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30, pp: 457-461 vol.1)；Mitchellの文献、1988年、「シングル及びタンデム接合CuInSe2セル及びモジュール技術(Single and Tandem Junction CuInSe2 Cell and Module Technology)」(Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30, pp:1384-1389, vol.2)；及びKimの文献、1989年、「宇宙用途の高比出力(AlGaAs)GaAs/CuInSe2タンデム接合ソーラーセル(High Specific Power (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells for Space Applications)」(Energy Conversion Engineering Conference, IECEC-89, Proceedings of the 24th Intersociety 6-11, pp: 779-784, vol.2)に記載されている。
【０１１１】
(1.3.3ヒ化ガリウム及び他のIII-V型材料に基づく半導体接合部)
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、ヒ化ガリウム(GaAs)又はInP、AlSb、及びCdTeなどの他のIII-V材料に基づいている。GaAsは、バンドギャップ1.43eVの直接バンドギャップ材料であり、厚さ約2ミクロンでAM1放射の97％を吸収できる。半導体接合部106/108として役立つことのできる好適なIII-V型の接合部は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン)の第4章に記載されている。
【０１１２】
さらに、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108はハイブリッドマルチ接合ソーラーセルであり、例えば、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Gee及びVirshupの文献、1988年、20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, p. 754に記載されているGaAs/Si機械的にスタックされたマルチ接合、それぞれその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Stanberyらの文献、19th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, p. 280及びKimらの文献、20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, p. 1487により記載されている、GaAs薄膜トップセル及びZnCdS/CuInSe2薄いボトムセルからなるGaAs/CuInSe2 MSMJ 4ターミナルデバイスなどである。他のハイブリッドマルチ接合ソーラーセルは、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン、pp.131-132)に記載されている。
【０１１３】
（1.3.4テルル化カドミウム及び他のII-VI型材料に基づく半導体接合部）
いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、n型にもp型形態にも調製できるII-VI化合物に基づいている。したがって、いくつかの実施態様において、図10Cを参照すると、半導体接合部106/18は、層106及び108が以下の表に示す組み合わせ又はその合金であるp-nヘテロ接合部である。
【表３】
2010526439.tif 000007
II-VI化合物に基づく半導体接合部106/108を製造する方法は、そのような目的でその全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン)の第4章に記載されている。
【０１１４】
(1.3.5結晶性シリコンに基づく半導体接合部)
薄膜半導体フィルムから製造された半導体接合部106/108が好ましいが、その開示は限られている。いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は結晶性シリコンに基づいている。例えば、図5Dを参照すると、いくつかの実施態様において、半導体接合部106/108は、p型結晶性シリコンの層106及びn型結晶性シリコンの層108を含む。そのような結晶性シリコン半導体接合部106/108を製造する方法は、その全体が引用により本件明細書に組み込まれている、Bubeの文献「光起電力材料(Photovoltaic Materials)」(1998年、Imperial College Press社、ロンドン)の第2章に記載されている。
【０１１５】
(1.4代表的な寸法)
図2及び3Aに示されるとおり、非平面光起電力デバイス10は、その断面の直径dに比べて大きい長さlを有する。いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、１センチメートル(cm)から50,000cmの長さl及び1cmから50,000cmの幅dを有する。いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、10cmから1,000cmの長さl及び10cmから1,000cmの幅dを有する。いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、40cmから500cmの長さl及び40cmから500cmの幅dを有する。
【０１１６】
いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、図8Aに示されている平面構成を有する。図4Aを参照すると、そのような実施態様において、光起電力デバイス10は、1センチメートルから10,000センチメートルの長さlを有することがある。さらに、光起電力デバイス10は、1センチメートルから10,000センチメートルの幅を有することがある。
【０１１７】
いくつかの実施態様において、光起電力デバイス10は、図3に示されるとおり細長いことがある。図3に示されるとおり、細長い光起電力デバイス10は、長さ方向の寸法l及び幅の寸法dを有することを特徴とするものである。細長い光起電力デバイス10のいくつかの実施態様において、長さ方向の寸法lは、幅の寸法dを、少なくとも4倍、少なくとも5倍、又は少なくとも6倍上回る。いくつかの実施態様において、細長い光起電力デバイスの長さ方向の寸法lは、10cm以上、20cm以上、100cm以上である。いくつかの実施態様において、細長い光起電力デバイス10の幅の寸法dは、500ミリメートル以上、1センチメートル以上、2センチメートル以上、5センチメートル以上、又は10センチメートル以上の幅である。
【０１１８】
光起電力デバイス10のソーラーセル12は、種々の方法で製造でき、かつ種々の厚さを有してよい。本件明細書に記載されるソーラーセル12は、いわゆる厚膜半導体構造でも、いわゆる薄膜半導体構造でもよい。
【０１１９】
いくつかの実施態様において、容器25は、その断面の直径dに比べて大きい長さlを有する。いくつかの実施態様において、容器25は、1cmから50,000cmの長さ及び1cmから50,000cmの幅を有する。いくつかの実施態様において、容器25は、10cmから1,000cmの長さl及び10cmから1,000cmの幅を有する。いくつかの実施態様において、容器は、40cmから500cmの長さ及び40cmから500cmの幅dを有する。いくつかの実施態様において、容器25は、少なくとも１立方センチメートル、少なくとも10立方センチメートル、少なくとも20立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、少なくとも50立方センチメートル、少なくとも100立方センチメートル、又は少なくとも1000立方センチメートルの容器容積を有するような寸法にされている。
【０１２０】
(1.5代表的な実施態様)
本件開示の一実施態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、(v)該内部体積内の容器を含む光起電力デバイスを提供する。該容器は、該フィラー層が熱膨張する場合に体積が減少するように、かつ該フィラー層が熱収縮する場合に体積が増加するように構成されている。いくつかの場合に、該容器は、複数の峰部を持つ密閉された容器を含む。いくつかの場合において、該複数の峰部中の各峰部は均一に間隔が空いている。いくつかの場合において、該複数の峰部中の峰部は均一に間隔が空いていない。いくつかの場合において、該容器は、柔軟なプラスティック又は薄い展性のある金属でできている。
【０１２１】
いくつかの実施態様において、該容器は、少なくとも1立方センチメートル、少なくとも30立方センチメートル、又は少なくとも100立方センチメートルの容器体積を有する。いくつかの実施態様において、該容器は開口部を有し、それはスプリング充填シールにより密閉されている。いくつかの場合において、該容器は、第1開口部及び第2開口部を有する。そのような実施態様において、該第1開口部は第1スプリング充填シールにより密閉され、該第2開口部は第2スプリング充填シールにより密閉されている。
【０１２２】
いくつかの実施態様において、該容器はバルーンである。いくつかの実施態様において、該容器は、ゴム、ラテックス、クロロプレン又はナイロン生地でできている。いくつかの実施態様において、該容器は、細長い星型形状を有する。いくつかの実施態様において、該容器は、ブラシ研磨された金属でできている。いくつかの実施態様において、該基材は平面であり、該容器はフィラー層中に浸漬されている。いくつかの実施態様において、該基材は円筒状であり、該容器は、該少なくとも1つのソーラーセル中のソーラーセルと外部透明ケーシングの間のフィラー層中に浸漬されている。いくつかの実施態様において、該外部透明ケーシングは管状であり、該基材を包み込んでいる。いくつかの実施態様において、該基材は中空のコアを有し、該容器は該中空のコア中に形成されている。いくつかの実施態様において、該フィラー層は、250×10-6/℃を超える、又は500×10-6/℃を超える体積熱膨張率を有する。
【０１２３】
いくつかの実施態様において、該少なくとも1つのソーラーセル中のソーラーセルは、基材上に配置された導電性材料、該導電性材料上に配置された半導体接合部、及び該半導体接合部上に配置された透明導電性層を含む。いくつかの実施態様において、半導体接合部は、ホモ接合、ヘテロ接合、ヘテロ面接合、埋込ホモ接合、p-i-n接合、又はタンデム接合を含む。いくつかの実施態様において、半導体接合部は、吸収体層及び接合パートナー層を含み、該接合パートナー層は該吸収体層上に配置されている。いくつかの実施態様において、該吸収体層は、銅−インジウム−ガリウム−二セレン化物であり、該接合パートナー層は、In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2、又はドープされたZnOである。
【０１２４】
いくつかの実施態様において、光起電力デバイスは、外部透明ケーシング上に配置された反射防止コーティングをさらに含む。いくつかの実施態様において、該反射防止コーティングは、MgF2、硝酸ケイ素、硝酸チタン、一酸化ケイ素、亜硝酸酸化ケイ素を含む。いくつかの実施態様において、該基材はプラスティック又はガラスを含む。いくつかの実施態様において、該基材は金属又は金属合金を含む。いくつかの実施態様において、光起電力デバイスは、追加の1つ以上の容器をさらに含み、該追加の1つ以上の容器中のそれぞれの容器は内部体積内にある。
【０１２５】
いくつかの実施態様において、少なくとも1つのソーラーセルは、基材上にモノリシック集積化されている複数のソーラーセルを含む。いくつかの実施態様において、該複数のソーラーセル中の第1ソーラーセルは、該複数のソーラーセル中の第2ソーラーセルに直列に電気的に結合している。いくつかの実施態様において、該複数のソーラーセル中の第1ソーラーセルは、該複数のソーラーセル中の第2ソーラーセルに並列に電気的に結合している。
【０１２６】
いくつかの実施態様において、容器は、フィラー層が第1の熱膨張状態にある場合とフィラー層が第2の熱収縮状態にある場合の間で、最大5％、最大10％、最大20％、又は最大40％容器体積を減少させる。
【０１２７】
本件開示の一態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、及び(v)該内部体積内の容器を含む光起電力デバイスを提供し、該容器は、複数の峰部を有する密閉された容器を含み、該容器は、フィラー層が熱膨張する場合に容器の体積を減少させるように、かつフィラー層が熱収縮する場合に容器の体積を増加させるように構成されている。
【０１２８】
本件開示の他の態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、(v)該内部体積内の容器を含み、該容器は、スプリング充填シールにより密閉される第1開口部を有し、該容器は、フィラー層が熱膨張する場合に容器の体積を減少させるように、かつフィラー層が熱収縮する場合に容器の体積を増加させるように構成されている。
【０１２９】
本件開示の他の態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、及び(v)該内部体積内の容器を含む光起電力デバイスを含み、該容器は第1開口部及び第2開口部を有し、該第1開口部は第1スプリング充填シールにより密閉されており、該第2開口部は第2スプリング充填シールにより密閉されている。該容器は、フィラー層が熱膨張する場合に容器の体積を減少させるように、かつフィラー層が熱収縮する場合に容器の体積を増加させるように構成されている。
【０１３０】
本件開示のさらに他の態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、及び(v)該内部体積内の容器を含み、該容器は、フィラー層が熱膨張する場合に容器の体積を減少させるように、かつフィラー層が熱収縮する場合に容器の体積を増加させるように構成されているバルーンである。
【０１３１】
本件開示のさらに他の態様は、(i)外部透明ケーシング、(ii)基材、該基材及び該外部透明ケーシングが内部体積を規定し、(iii)該基材上に配置された少なくとも1つのソーラーセル、(iv)該内部体積内で該少なくとも1つのソーラーセルを密閉するフィラー層、及び(v)該内部体積内の容器を含む光起電力デバイスを含む。該容器は細長い星型形状を有し、かつフィラー層が熱膨張する場合に容器の体積を減少させるように、かつフィラー層が熱収縮する場合に容器の体積を増加させるように構成されている。
【０１３２】
（引用文献及び結論）
本件明細書に引用した全ての引用文献は、その全体が引用により、個別の刊行物又は特許又は特許出願が、具体的及び個別に全ての目的でその全体が引用により組み込まれていると示されるのと同程度に全ての目的で、本件明細書に組み込まれている。
【０１３３】
当業者には明らかであるとおり、本件発明の多くの改良及び変形を、その精神及び範囲から逸脱せずになすことができる。本件明細書に記載された特定の実施態様は、例示のためにのみ与えられており、本件発明は、添付される請求項が権利を有する均等物の全範囲とともに、そのような請求項の用語によってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図２】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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