(57)【要約】  透過性光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極とを含む。透過性光起電力デバイスはまた、透過性下部電極に結合された活性層と、活性層に結合されたシード層およびシード層に結合された金属層とを含む透過性多層上部電極とを含む。透過性光起電力デバイスは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗によって特徴付けられる。【選択図】図２Ａ
2022500861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性光起電力デバイスであって、
透過性基板と、
前記透過性基板に結合された透過性下部電極と、
前記透過性下部電極に結合された活性層と、
透過性多層上部電極であって、
前記活性層に結合されたシード層と、
前記シード層に結合された金属層と
を備える、透過性多層上部電極と
を備え、
前記透過性光起電力デバイスは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗とによって特徴付けられる、
透過性光起電力デバイス。
【請求項２】
前記シード層は前記活性層上に堆積され、
前記金属層は前記シード層上に堆積される、
請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項３】
透過された太陽放射の割合に対する前記ＡＶＴの比（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）が１．３より大きく、かつ２．５以下であり、放射率が０．２未満である、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項４】
前記シード層が電荷選択的である、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項５】
前記シード層が、ＴＰＢｉ：Ｃ６０、ＺｎＯ、またはそれらのいくつかの組み合わせを備える、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項６】
前記シード層が０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有し、前記金属層が３ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項７】
前記透過性多層上部電極が、前記金属層上に堆積された反射防止層をさらに備える、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項８】
前記活性層が、１つまたは複数の電荷再結合ゾーンを介して接続されたタンデムセルを備える、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項９】
前記活性層が可視波長範囲で透過性であり、ＵＶまたはＮＩＲにおいて選択的吸収を呈する、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１０】
前記透過性下部電極が、
第１の透過性シード層と、
前記シード層上に堆積された第２の金属層と、
前記金属層上に堆積された第２の透過性電荷選択層と
を備える、請求項１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１１】
透過性光起電力デバイスであって、
透過性基板と、
前記透過性基板に結合された透過性下部電極と、
前記透過性下部電極に結合された活性層と、
透過性多層上部電極であって、
前記活性層上に堆積されたシード層と、
前記シード層上に堆積された第１の金属層と、
前記第１の金属層上に堆積された相互接続層と、
前記相互接続層上に堆積された第２の金属層と
を備える、透過性多層上部電極と
を備え、
前記透過性光起電力デバイスは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗とによって特徴付けられる、
透過性光起電力デバイス。
【請求項１２】
前記相互接続層が導電性透過性酸化物を含む、請求項１１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１３】
透過された太陽放射の割合に対する前記ＡＶＴの比（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）が１．７より大きく、かつ２．５以下であり、放射率が０．２未満である、請求項１１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１４】
前記第２の金属層上に堆積された反射防止層をさらに備える、請求項１１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１５】
前記透過性下部電極が、
第１の透過性シード層と、
前記第１の透過性シード層上に堆積された第３の金属層と、
前記第３の金属層上に堆積された第２の透過性電荷選択層と
を備える、請求項１１に記載の透過性光起電力デバイス。
【請求項１６】
透過性光起電力デバイスを含む断熱ガラスユニットであって、前記断熱ガラスユニットは、
第１のグレージングと、
前記第１のグレージングに対向する第２のグレージングと
を備え、
前記透過性光起電力デバイスは、前記第１のグレージングと前記第２のグレージングとの間に配置され、
透過性基板と、
前記透過性基板に結合された透過性下部電極と、
前記透過性下部電極に結合された活性層と、
透過性多層上部電極であって、
前記活性層に結合された電荷選択シード層と、
前記電荷選択シード層に結合された金属層と
を備える、透過性多層上部電極と
を備え、
前記断熱ガラスユニットは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）によって特徴付けられる、
断熱ガラスユニット。
【請求項１７】
前記断熱ガラスユニットは、１．３より大きく、かつ２．５以下の選択性によって特徴付けられる、請求項１６に記載の断熱ガラスユニット。
【請求項１８】
前記透過性多層上部電極が、１つまたは複数の相互接続層および１つまたは複数の追加の金属層をさらに含み、前記１つまたは複数の相互接続層のそれぞれが、前記１つまたは複数の追加の金属層の隣接する金属層に結合されている、請求項１６に記載の断熱ガラスユニット。
【請求項１９】
前記断熱ガラスユニットは、１．７より大きく、かつ２．５以下の選択性によって特徴付けられる、請求項１８に記載の断熱ガラスユニット。
【請求項２０】
前記透過性光起電力デバイスが、前記金属層上に堆積された反射防止層をさらに備える、請求項１６に記載の断熱ガラスユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１８年９月１４日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された米国仮特許出願第６２／７３１，６００号明細書の優先権を主張し、その開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]家庭や超高層ビルの建築用ガラス、自動車用ガラス、ならびに、デスクトップモニタ、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、電子書籍リーダなどで使用されるディスプレイスクリーンに統合できる透過性光起電力デバイスへの関心が高まっている。透過性光起電力デバイスは、可視波長を放射し、紫外線（ＵＶ）および近赤外線（ＮＩＲ）波長の光を選択的に吸収することがある活物質を含み得る。建築用ガラスの用途では、太陽光透過（Ｔｓｏｌ）の割合に対する平均可視透過（ＡＶＴ）の高い比率、高い選択性（太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）に対するＡＶＴの比率として定義される）および低放射率値を示す改良された透過性光起電力デバイスが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]本発明のいくつかの実施形態によれば、１つまたは複数の別個の金属層を含み得る多層上部電極を透過性光起電力デバイスで利用して、デバイス内のＮＩＲ反射を改善し、これによりＴｓｏｌ、ＳＨＧＣ、およびデバイス放射率を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]本発明の一実施形態によれば、透過性光起電力デバイスが提供される。透過性光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極とを含む。透過性光起電力デバイスはまた、透過性下部電極に結合された活性層と、活性層に結合されたシード層およびシード層に結合された金属層とを含む透過性多層上部電極とを含む。透過性光起電力デバイスは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗によって特徴付けられる。特定の実施形態では、透過された太陽放射の割合に対するＡＶＴの比（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）は、１．３より大きく、かつ２．５以下である。
【０００５】
[0005]本発明の別の実施形態によれば、透過性光起電力デバイスが提供される。透過性光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極とを含む。透過性光起電力デバイスはまた、透過性下部電極に結合された活性層と、透過性多層上部電極とを含む。透過性多層上部電極は、活性層上に堆積されたシード層と、シード層上に堆積された第１の金属層と、第１の金属層上に堆積された相互接続層と、相互接続層上に堆積された第２の金属層とを含む。透過性光起電力デバイスは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗によって特徴付けられる。特定の実施形態では、透過された太陽放射の割合に対するＡＶＴの比（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）は、１．７より大きく、かつ２．５以下である。
【０００６】
[0006]本発明の特定の実施形態によれば、透過性光起電力デバイスを含む断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）が提供される。ＩＧＵは、第１のグレージングと、第１のグレージングに対向する第２のグレージングとを含む。透過性光起電力デバイスは、第１のグレージングと第２のグレージングとの間に配置され、透過性基板、透過性基板に結合された透過性下部電極、透過性下部電極に結合された活性層、および透過性多層上部電極を含む。透過性多層上部電極は、活性層に結合された電荷選択シード層と、電荷選択シード層に結合された金属層とを含む。断熱ガラスユニットは、２５％を超える平均可視透過（ＡＶＴ）を特徴としている。いくつかの実施形態において、ＩＧＵは、１．３より大きく、かつ２．５以下の選択性によって特徴付けられるが、これは、本発明によって必須ではない。
【０００７】
[0007]いくつかの実施形態によれば、光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極と、透過性下部電極に結合されたタンデムまたは多接合セルを含み得る活性層と、透過性上部電極とを含む。透過性下部電極は、第１の透過性導電性酸化物層、第２の金属層、および第２の透過性導電性酸化物層を含むことができる。いくつかの実施形態では、活性層は可視波長範囲で透過性であり、活性層は、ＮＩＲにおいて選択的吸収を有する有機低分子半導体を含むことができる。
【０００８】
[0008]透過性上部電極は、活性層に結合された電荷選択シード層であり得るシード層と、シード層に結合された金属層とを含む。シード層は、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムドープ酸化カドミウム、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）のうちの１つ、またはそれらの組み合わせを含むことができ、０．１ｎｍ〜１００ｎｍのシード層の厚さを有することができる。金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、またはＣｕのうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態では、金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｃｕの合金、またはそれらの組み合わせ、例えば、ＡｌドープＡｇまたはＳｎドープＡｇを含む。金属層は、３ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有することができる。透過性上部電極はまた、金属層に結合された反射防止層を含むことができる。
【０００９】
[0009]光起電力デバイスは、２５％を超えるＡＶＴ値と、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗とによって特徴付けられる。ＡＶＴは、３５％を超える、４５％を超える、または６０％を超えることができる。
【００１０】
[0010]いくつかの他の実施形態によれば、透過性光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極と、透過性下部電極に結合された活性層と、透過性上部電極とを含む。透過性上部電極は、活性層に結合されたシード層と、シード層に結合された第１の金属層と、第１の金属層に結合された相互接続層（例えば、透過性導電性酸化物）と、相互接続層に結合された第２の金属層とを含む。光起電力デバイスは、２５％を超えるＡＶＴと、１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗とによって特徴付けられる。
【００１１】
[0011]活性層は、透過性有機または無機材料を含むことができる。相互接続層は、５ｎｍ〜１２０ｎｍの厚さを有することができる。第１の金属層および第２の金属層のそれぞれは、３ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有することができる。シード層は電荷選択的であり得る。例として、シード層は、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムドープ酸化カドミウム、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）のうちの１つ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。上部電極はまた、第２の金属層に結合された反射防止層を含むことができる。透過性下部電極は、透過性導電性酸化物を含むことができる。他の実施形態では、透過性下部電極は、第１の透過性シード層（例えば、透過性導電性酸化物または透過性酸化物）と、第３の金属層と、電荷選択層（例えば、透過性導電性酸化物または透過性酸化物）とを含む。
【００１２】
[0012]いくつかのさらなる実施形態によれば、光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極と、透過性下部電極に結合された電荷再結合ゾーンを介して接続された単一の接合部または複数の接合部を含む活性層（複数可）と、多層上部電極とを含む。多層上部電極は、活性層（複数可）に結合された電荷選択シード層と、電荷選択シード層に結合された金属層とを含む。光起電力デバイスは、約２５％を超えるＡＶＴと、約１００ｏｈｍ／ｓｑ未満の上部電極シート抵抗とによって特徴付けられる。
【００１３】
[0013]活性領域は、電荷再結合ゾーンを介して接続された単一の接合部または複数の接合部を含むことができる。一実施形態では、活性領域は、ＮＩＲにおいて選択的に吸収される有機低分子半導体を含む。透過性多層上部電極は、金属層に結合された相互接続層と、相互接続層に結合された第２の金属層とを含むことができる。透過性多層上部電極はまた、第２の金属層に結合された反射防止層を含むことができる。一実施形態では、透過性多層上部電極は、１つまたは複数の追加の相互接続層および１つまたは複数の追加の金属層を含み、１つまたは複数の追加の相互接続層のそれぞれは、１つまたは複数の追加の金属層の隣接する金属層に結合される。さらに、透過性多層上部電極は、１つまたは複数の追加の金属層の最上部の金属層に結合された反射防止層を含むことができる。
【００１４】
[0014]電荷選択シード層は、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムドープ酸化カドミウム、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、またはそれらの組み合わせを含むことができる。電荷選択シード層は、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することができる。金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、またはＣｕを含むことができる。金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、またはＣｕの合金、またはそれらの組み合わせを含むことができ、例えば、ＡｌドープＡｇは、３ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有することができる。透過性導電性酸化物または透過性酸化物であり得る相互接続層は、５ｎｍ〜１２０ｎｍの厚さを有することができる。透過性下部電極は、透過性導電性酸化物を含むことができる。
【００１５】
[0015]本発明の代替の実施形態によれば、光起電力デバイスが提供される。光起電力デバイスは、透過性基板と、透過性基板に結合された透過性下部電極と、透過性下部電極に結合された活性層と、透過性上部電極とを含む。透過性上部電極は、活性層に結合された電荷選択シード層と、電荷選択シード層に結合された第１の金属層とを含む。光起電力デバイスは、６５０ｎｍを超えるまたは４５０ｎｍ未満の波長での吸収のピーク、２５％を超える平均可視透過、および１．３を超える選択性によって特徴付けられる。一実施形態では、光起電力デバイスはまた、第１の金属層に結合された相互接続層と、相互接続層に結合された第２の金属層とを含む。第２の金属層は、相互接続層を介して第１の金属層に電気的に結合されている。一実施形態では、選択性は、１．４よりも大きく、例えば、１．４〜２．１９であるが、これは、本発明では必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のいくつかの実施形態による、多層上部電極を含む透過性光起電力デバイスの概略断面図を示す。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、単一の金属層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスの概略断面図を示す。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、単一の金属層を有する多層上部電極と対にされた単一の金属層を有する多層下部電極を含む光起電力デバイスの概略断面図を示す。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、２つの金属層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスの概略断面図を示す。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、２つの金属層を有する多層上部電極と対にされた単一の金属層を有する多層下部電極を含む光起電力デバイスの概略断面図を示す。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による、電荷選択シード層が透過性光起電力デバイス内の電子輸送層として機能する概略エネルギー準位図を示す。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による、電荷選択シード層が透過性光起電力デバイス内の正孔輸送層として機能する概略エネルギー準位図を示す。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、様々なタイプの上部電極構成についてのシート抵抗に対するＡＶＴの実験値を示す。
【図７Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、市販のＩＴＯ電極（実線）、単一のＡｇ層を有する多層電極（破線）、および２つのＡｇ層を有する多層電極（点線）についての、シミュレートされた透過曲線対波長を示す。
【図７Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、市販のＩＴＯ電極（実線）、単一のＡｇ層を有する多層電極（破線）、および２つのＡｇ層を有する多層電極（点線）についての、シミュレートされた反射曲線対波長を示す。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による、多層上部電極についての反射曲線対波長（実線）と、非選択的活性層吸収体についての代表的な吸収曲線（破線）と、多層上部電極と対にされたとき対応する増強された吸収曲線（点線）とを概略的に示す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態による、それぞれ、Ｄ１００、Ｃ６０、およびＤ１００：Ｃ６０ブレンドの吸収係数の例示的なスペクトルを示す。
【図１０Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、ＯＰＶの様々な電極構成のシミュレートされた透過曲線対波長を示す。
【図１０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、ＯＰＶデバイスの様々な電極構成のシミュレートされた反射曲線対波長を示す。
【図１０Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、ＯＰＶデバイスの様々な電極構成のシミュレートされた活性層吸収曲線対波長を示す。
【図１１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣｕＩｎ０．６９Ｇａ  ０．３１Ｓｅ（ＣＩＧＳ）を含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成についてのシミュレートされた透過曲線対波長を示す。
【図１１Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣＩＧＳを含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成について、シミュレートされた反射曲線対波長を示す。
【図１１Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣＩＧＳを含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成について、シミュレートされた活性層吸収曲線対波長を示す。
【図１２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にメチルアンモニウム鉛ヨウ化物（ＭＡＰｂＩ３）ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた透過曲線対波長を示す。
【図１２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＭＡＰｂＩ３ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた反射曲線対波長を示す。
【図１２Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＭＡＰｂＩ３ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた活性層吸収曲線対波長を示す。
【図１３】本発明の様々な実施形態による、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、および図１２Ａ〜図１２Ｃに関連して説明したように様々な電極および活性層の組み合わせを備えた透過性光起電力デバイスの構造および特性を要約した表である。
【図１４Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、ＡＭ１．５Ｇ照明に較正された太陽光シミュレータの下で試験された様々な電極および活性層の組み合わせを有するＯＰＶの実験的電流密度−電圧曲線を示す。
【図１４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、これらのＯＰＶの対応する外部量子効率（ＥＱＥ）曲線対波長を示す。
【図１４Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による実験から得られた様々なＯＰＶの対応する透過曲線対波長を示す。
【図１５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、有機活性層材料の吸収係数の例示的なスペクトルを示す。
【図１５Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、ＡＭ１．５Ｇ照明に較正された太陽光シミュレータの下で試験されたＯＰＶの実験的電流密度−電圧曲線を示す。
【図１５Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、図１５ＢのＯＰＶの対応するＥＱＥ曲線対波長を示す。
【図１５Ｄ】本発明のいくつかの実施形態による実験から得られた図１５ＢのＯＰＶの対応する透過曲線対波長を示す。
【図１６】本発明のいくつかの実施形態による、図１０Ａ〜Ｃ、図１４Ａ〜Ｃ、および図１９Ｂ〜Ｃで説明されているように、様々な電極の組み合わせの測定された光学的および電気的性能を要約する表である。
【図１７】本発明のいくつかの実施形態による、図１０Ａ〜Ｃ、図１４Ａ〜Ｃ、図１５Ａ〜Ｄ、および図１９Ｂ〜Ｃで説明されるような様々な電極の組み合わせを含む透過性ＯＰＶの測定された光学的および電気的性能を要約する表である。
【図１８】本発明の様々な実施形態による、異なる電極構成を有する様々な有機光起電力デバイス（ＯＰＶ）の実験放射率値を示す表である。
【図１９Ａ】本発明において光起電力デバイスの熱特性を計算するために使用された例示的な断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）構造の概略図を示す。
【図１９Ｂ】本発明の様々な実施形態による、図１９Ａによる断熱ガラスユニットへ統合された場合の、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、図１２Ａ〜図１２Ｃおよび図１５Ａ〜Ｄに関連して説明したように様々な電極および活性層の組み合わせを備えた透過性光起電力デバイスの構造および特性を要約した表である。
【図１９Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、図１９Ａのようにそれらが断熱ガラスユニットに統合される場合、図１０、図１３、図１４Ａ〜Ｃ、および図１５Ａ〜Ｄで説明されるような様々な電極の組み合わせを含む透過性ＯＰＶの測定された光学的および電気的性能を要約する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0051]平均可視透過（ＡＶＴ）は、人間の目の明所視反応に対する透過スペクトルの重み付けされた平均として定義される。
【数１】
2022500861.tif 000003
ここで、λは波長、Ｔは透過、Ｐは明所視反応、Ｓは窓用途の場合は太陽光子束（ＡＭ１．５Ｇ）、その他の用途の場合は１である。ＡＶＴは、窓業界ではＴｖｉｓとも呼ばれる。本発明の目的のために、「透過性」という言葉は、ゼロより大きいＡＶＴを意味する。
【００１８】
[0052]Ｔｓｏｌは、媒体を介して許容される太陽放射の割合であり、透過した太陽放射の割合を指し得る。透過性光起電力デバイスが建築用ガラスの用途に使用される場合、透過性光起電力デバイスは、可視光のかなりの部分の透過を許容しながら、Ｔｓｏｌの低い値を達成するために、可能な限り多くの太陽スペクトルを阻止するという点で選択的であることが望ましいことがある。これは、Ｔｓｏｌに対するＡＶＴの比率（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）として定量化でき、一般に、より大きな値が望ましい。できるだけ多くの非可視光を阻止しながら高いＡＶＴを維持することにより、透過性光起電力デバイスを高い（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）で設計することができる。ＮＩＲおよびＩＲ波長での比較的高い反射は、Ｔｓｏｌを低下させることがある。
【００１９】
[0053]本発明のいくつかの実施形態によれば、透過性光起電力デバイスは、１つまたは複数の別個の金属層を含む多層上部電極を利用して、高いＡＶＴ、ＮＩＲおよびＩＲ波長での増強された活性層吸収（したがって、より大きな短絡電流密度Ｊｓｃ）、高いＡＶＴ／Ｔｓｏｌ、低放射率（ｌｏｗ−ｅ）、および電極の低いシート抵抗を達成し得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の別個の金属層を含む多層下部電極もまた利用し得る。
【００２０】
[0054]図１は、本発明のいくつかの実施形態による透過性光起電力デバイス１００の概略断面図を示す。透過性光起電力デバイス１００は、透過性基板１１０、透過性下部電極１２０、活性層１３０、および多層上部電極１４０を含み得る。基板１１０は、ガラス、石英、またはポリマー材料を含み得る。
【００２１】
[0055]下部電極１２０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムドープ酸化カドミウム、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）、カーボンナノチューブ、グラフェン、銀ナノワイヤー、またはそれらの組み合わせなどの透過性酸化物を含み得る。いくつかの実施形態では、下部電極１２０はまた、多層上部電極１４０と同様に、１つまたは複数の別個の金属層を含み得る。
【００２２】
[0056]活性層１３０は、単一の層または複数の層を含み得る。活性層は、低分子もしくはポリマーなどの有機半導体材料または他の分子励起材料を含み得る。活性層はまた、ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ（ＣＩＧＳ）、アモルファスＳｉ、メチルアンモニウム鉛ヨウ化物（ＭＡＰｂＩ３）ペロブスカイト、量子ドット、カーボンナノチューブなどの無機材料を含み得る。いくつかの一般的な有機低分子は、フタロシアニン、ポルフィリン、ナフタロシナニン、スクアライン、ホウ素−ジピロメテン、フラーレン、ナフタレン、およびペリレンを含み得る。いくつかの例には、電子供与体としてのクロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）またはスズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、および電子受容体として作用するフラーレン（Ｃ６０）が含まれる。活性層の可能な材料の追加の説明は、米国特許出願公開第２０１２／０１８６６２３号明細書および２０１８／０１０８８４６号明細書、米国特許出願第１６／０１０，３７４号明細書、１６／０１０，３６４号明細書、１６／０１０，３６５号明細書、１６／０１０，３７１号明細書、および１６／０１０，３６９号明細書、ならびにＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０３７９２３号に記載され、これらの内容は、すべての目的のためにその全体が参照により組み込まれている。
【００２３】
[0057]多層上部電極１４０は、電荷選択シード層１５０、金属層１  １６０ａ、および反射防止層１９０を含み得る。反射防止層１９０は任意である。多層上部電極１４０は、１つまたは複数の追加の個別の金属層１６０ａ〜１６０ｎおよび１つまたは複数の相互接続層１７０ａ〜１７０ｎをさらに含むことがあり、それぞれの相互接続層１７０は、隣接する金属層１６０の各対の間に配置される。電荷選択シード層１５０、金属層１  １６０ａ、相互接続層１  １７０ａ、および反射防止層１９０のそれぞれは、単一の層または複数の層を含み得る。したがって、金属層１６０は、共通の参照番号を使用して参照し得るが、金属層１６０のそれぞれに存在する金属材料は、異なる金属であり得ることを理解されたい。一例として、第１の金属（または金属合金）を金属層１  １６０ａに利用することができ、異なる金属（または金属合金）を金属層２  １６０ｂに利用することができる。同様に、相互接続層１７０は、共通の参照番号を使用して参照し得るが、相互接続層１７０のそれぞれに存在する材料は、異なる金属であり得ることを理解されたい。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【００２４】
[0058]電荷選択シード層１５０は、酸化物、有機材料、高融点金属、またはそれらの組み合わせを含み得る。電荷選択シード層１５０は、電荷キャリア輸送層（例えば、電子輸送層または正孔輸送層）として機能し得る。電荷選択シード層１５０は、上にある金属層１  １６０ａの共形成長を促進する導電性および電子特性を示し得る。様々な実施形態において、シード層は、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有することができる。例えば、シード層の厚さは、１ｎｍ未満、５ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、または１００ｎｍ未満であり得る。
【００２５】
[0059]各金属層１６０は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、またはＣｕなどの純金属、またはＡｌ：Ａｇなどのドープされた金属、またはＣｒなどの極薄高融点金属と層状にされたＡｇを含み得る。金属層１  １６０ａは、様々な層の中で最も低い抵抗を有することがあり、多層上部電極１４０における横方向電荷伝導のための支配的な経路を提供し得る。様々な実施形態において、金属層は、３ｎｍ〜３０ｎｍ、例えば、３ｎｍ〜１０ｎｍ、１０ｎｍ〜１５ｎｍ、１５ｎｍ〜２０ｎｍ、２０ｎｍ〜２５ｎｍ、または２５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有することができる。
【００２６】
[0060]各相互接続層１７０は、酸化物、有機材料、高融点金属、またはそれらの組み合わせを含み得る。相互接続層１  １７０ａは、２つの隣接する金属層の間の電気的接続を提供しながら光学スペーサとして機能することがあり、その結果、複合電極１４０の全体的なシート抵抗は、単一の金属層を有する多層電極のシート抵抗から低減される。様々な実施形態において、相互接続層は、１ｎｍ〜１２０ｎｍの厚さを有することができる。例えば、厚さは、５ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、７０ｎｍ未満、８０ｎｍ未満、９０  ｎｍ未満、１００  ｎｍ未満、１１０  ｎｍ未満、または１２０ｎｍ未満であり得る。
【００２７】
[0061]反射防止層１９０は、光起電力デバイス１００全体のＡＶＴを改善しながら、可視波長での反射を低減する光学的に設計された層であり得る。反射防止層１９０は、導電性である必要はなく、酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、または有機材料を含み得る。
【００２８】
[0062]図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、単一の金属層２６０を備えた多層上部電極２４０を含む光起電力デバイス２００の概略断面図を示す。多層上部電極２４０は、電荷選択シード層２５０、金属層２６０、および反射防止層２９０を含み得る。電荷選択シード層２５０、金属層２６０、および反射防止層２９０のそれぞれは、単一の層または複数の層（すなわち、副層）を含み得る。したがって、本明細書で使用される「層」という用語は、必ずしも一貫性のある材料の単一のユニットを意味するわけではなく、層を形成するために複数の副層を含むことができる。一例として、反射防止コーティングは、単一の材料層またはコーティングを形成する異なる材料の複数の層からなり得る。したがって、このコーティング、または本明細書に記載の他の層は、層が複数の副層を含むが、層と呼ばれることがある。多層上部電極２４０は、光起電力デバイス２００の電気コンダクタンスおよび光透過率の同時最適化を可能にすることがあり、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯまたは他の透過性導電性酸化物などの他の透過性電極と比較して改善されたＡＶＴおよびシート抵抗値をもたらすことがある。
【００２９】
[0063]図２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、多層上部電極２４０と対にされた多層下部電極２２０を含む光起電力デバイス２０２の概略断面図を示す。多層下部電極２２０は、シード層２２２、金属層２２４、および電荷選択層２２６を含み得る。シード層２２２、金属層２２４、および電荷選択層２２６のそれぞれは、単一の層または複数の層を含み得る。任意のシード層２２２は、上にある薄い金属層の共形成長を促進し得る酸化物、硫化物、有機材料、高融点金属、またはそれらの組み合わせを含み得る。これらのシード層２２２は導電性である必要はない。しかしながら、導電層を使用することは、多層下部電極２２０の全体的なシート抵抗を低減するのに有益であり得る。任意の電荷選択層２２６は、酸化物、硫化物、フッ化物、金属、および／または有機材料を含むことがあり、その結果、金属層２２４は、光起電力デバイス２００内の活性層１３０に電気的に接続される。
【００３０】
[0064]本発明のいくつかの実施形態によれば、透過性光起電力デバイスは、相互接続層によって離間された複数の別個の金属層を備えた上部電極を利用して、ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ、放射率、およびデバイス性能を同時に最適化し得る。
【００３１】
[0065]図３Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、２つの金属層３６０および３８０を有する多層上部電極３４０を含む光起電力デバイス３００の概略断面図を示す。多層上部電極３４０は、電荷選択シード層３５０、第１の金属層３６０、相互接続層３７０、第２の金属層３８０、および反射防止層３９０を含み得る。反射防止層３９０は任意である。電荷選択シード層３５０、第１の金属層３６０、相互接続層３７０、第２の金属層３８０、および反射防止層３９０のそれぞれは、単一の層または複数の層を含み得る。第２の金属層は、本明細書に記載される第１の金属層と同様であり得る。一例として、第２の金属層は、３ｎｍ〜１０ｎｍ、１０ｎｍ〜１５ｎｍ、１５ｎｍ〜２０ｎｍ、２０ｎｍ〜２５ｎｍ、または２５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有することができる。
【００３２】
[0066]図３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、多層上部電極３４０と対にされた多層下部電極３２０を含む光起電力デバイス３０２の概略断面図を示す。多層下部電極３２０は、シード層３２２、金属層３２４、および電荷選択層３２６を含み得る。
【００３３】
[0067]多層電極の様々な層の特性および機能については、以下で詳しく説明する。
【００３４】
[0068]電荷選択シード層は、単一の層または複数の層を含み得る。電荷選択シード層は、好ましくは導電性であり、電荷キャリア輸送層として適切な電子特性を有する。電子輸送層として機能する場合、活性層に隣接する電荷選択シード層内の層は、活性層ＥＡと整列した電子親和力（ＥＡ）および高い電子移動度を有し得る。これらの特性により、電子は層を通過できることがあるが、正孔は「阻止」されて通過できない。このような電子選択層は、ＴＰＢｉ、フラーレン、Ｃ６０、Ｃ７０、ＴＰＢｉ：Ｃ６０、ＢＣＰ、ＢＰｈｅｎ、ＰＥＩ、ＰＥＩＥ、ＮＴＣＤＩ、ＮＴＣＤＡ、ＰＴＣＢＩ、ＬｉＦ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２などのフッ化物、ならびにそれらの組み合わせおよび誘導体を含み得る。正孔輸送層として機能する場合、活性層に隣接する電荷選択シード層内の層は、活性層ＩＰと整列したイオン化ポテンシャル（ＩＰ）および高い正孔移動度を有し得る。正孔輸送層は、電子が「阻止」されている間、正孔が層を通って流れることを可能にし得る。このような正孔選択層は、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＡＰＣ、Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ、ＮＰＢ、ＮＰＤ、ＴＰＴＰＡ、ＭｏＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ならびにそれらの組み合わせおよび誘導体を含み得る。
【００３５】
[0069]図４は、本発明のいくつかの実施形態による、電荷選択シード層が透過性光起電力デバイス内の電子輸送層として機能する概略エネルギー準位図を示す。カソードおよびアノードの仕事関数は、それぞれ■Ｆ，Ｃおよび■Ｆ，Ａとラベル付けされている。電荷選択シード層のＥＡは、活性層のＥＡと整列されて電子が層を通過することを可能にする。電荷選択シード層のＩＰは、活性層のＩＰよりも大きいため、カソードとして機能する金属層に正孔が到達するのを「阻止」する。
【００３６】
[0070]図５は、本発明のいくつかの実施形態による、電荷選択シード層が透過性光起電力デバイス内の正孔輸送層として機能する概略エネルギー準位図を示す。電荷選択シード層のＩＰは、活性層のＩＰと整列されて、正孔が層を通過することを可能にする。電荷選択シード層のＥＡは、活性層のＥＡよりも小さいため、アノードとして機能する金属層に電子が到達するのを「阻止」する。
【００３７】
[0071]電荷選択シード層の上面は、上にある金属層との比較的低い界面エネルギーによって特徴付けられ得る。電荷選択シード−金属界面の自由エネルギーを下げると、（島の形成や３次元成長とは対照的に）上にある金属層の共形成長が促進される。いくつかの実施形態では、電荷選択シード層の特性は、その厚さの約５０％未満である上にある金属層の表面粗さをもたらす可能性がある。このような上面層は、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＳなどの硫化物、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、およびＮｉ：Ｃｒなどの高融点金属層（例えば、１〜２ｎｍ）、ならびに上記のような有機半導体を含み得る。多層電荷選択シードは、上記のようにＴＰＢｉ：Ｃ６０／ＺｎＯ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０／ＩＴＯ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０／ＡＺＯ、ＴＰＢｉ：Ｃ６０／ＳｎＯ２、ＨＡＴＣＮ／ＭｏＯ３、ＺｎＯ／Ｃｒ、ＴｉＯ２／Ｎｉ：Ｃｒなどの層の組み合わせを含み得る。
【００３８】
[0072]いくつかの実施形態では、電荷選択シード層は、寄生吸収が最小化されるように、比較的低い光学的消衰係数（ｋ）によって特徴付けられ得る。電荷選択シード層は、活性層内の光場プロファイルを調整することにより、光起電力デバイス全体のＡＶＴを改善するように構成し得る。例えば、電荷選択シード層の構成要素の屈折率およびそれらの厚さは、この効果を達成するように調整し得る。シードのｋが最小化されていない場合、その吸収機能を調整して、光起電力デバイススタックに必要な色を実現し得る。電荷選択シード層は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有し得る。
【００３９】
[0073]電荷選択シード層は、真空熱蒸着（ＶＴＥ）、有機気相堆積（ＯＶＰＤ）、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、スパッタリング、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、または溶液処理によって堆積され得る。
【００４０】
[0074]各金属層は、単一の層または複数の層を含み得る。各金属層は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、またはＣｕなどの純金属、またはＡｌ：ＡｇおよびＳｎ：Ａｇなどのドープされた金属、あるいはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態において、ドーピング濃度は、約１０％未満であり得る。Ａｇは、他の金属と比較して、寄生吸収が少なく、可視透過が高いため、Ａｇを有利に使用し得る。各金属層は、スパッタリング、ＶＴＥ、ＥＢＰＶＤ、ＣＶＤ、または溶液処理によって堆積され得る。
【００４１】
[0075]金属層は、多層上部電極の様々な層の中で最も高い導電率を有し得る。したがって、金属層は、多層上部電極における横方向の電荷伝導のための支配的な経路を提供し得る。各金属層は、比較的低いシート抵抗によって特徴付けられ得る。例えば、各金属層のシート抵抗は、約１００Ｏｈｍ／ｓｑ未満であり得る。金属層のシート抵抗は、５０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、３０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、２０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、１０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、または５Ｏｈｍ／ｓｑ未満であり得る。特定の実施形態では、金属層のシート抵抗は、１Ｏｈｍ／ｓｑ〜１０Ｏｈｍ／ｓｑである。
【００４２】
[0076]多層上部電極に金属を使用すると、図７Ａ〜図７Ｂおよび図８に関して以下で説明するように、ＮＩＲおよびＩＲ波長範囲で比較的高い反射が得られるため、ＮＩＲ／ＩＲ光が第２の通過のために活性層に反射して戻り、活性層によるＮＩＲ／ＩＲ光の全吸収が増加する。結果として、Ｊｓｃはこの波長範囲で選択的に強化されることがある。
【００４３】
[0077]金属層を使用すると、放射率が低下し（例えば、約０．２未満）、光起電力デバイスのＡＶＴ／Ｔｓｏｌが増加する（例えば、１．４を超える）ことがある。金属層の高いＩＲ反射率は、低い熱再放射効率につながり、したがって低い放射率値につながる。高いＮＩＲ反射率は、高いＡＶＴを維持しながら、Ｔｓｏｌを低減する。これにより、光起電力デバイスのＡＶＴ／Ｔｓｏｌの比率が高くなる。
【００４４】
[0078]各金属層は、約５ｎｍ〜約３０ｎｍの厚さを有し得る。一般に、厚さを増やすと、多層上部電極のシート抵抗が減少する一方で、ＡＶＴが減少し、放射率が減少することがある。したがって、透過性光起電力デバイスの場合、ＡＶＴとＲｓｈ／Ｔｓｏｌ／放射率との間に相反関係が存在することがある。多層上部電極の光学特性を利用することにより、この相反関係を軽減し得る。
【００４５】
[0079]各相互接続層は、２つの隣接する金属層の間の光学スペーサとして機能し、多層上部電極に共振モードを作成するのに役立ち、ＵＶおよびＮＩＲ／ＩＲ波長を阻止しながら可視光を優先的に透過する。したがって、相互接続層は、多層上部電極のＡＶＴ／Ｔｓｏｌの比率を高めるのに役立つことがある。相互接続層は、寄生吸収が最小化されるように、可視波長範囲（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）における比較的低いｋ値によって特徴付けられ得る。複数の層を組み合わせて使用して、光起電力デバイスの透過色および反射色、ＡＶＴ、Ｔｓｏｌ、ならびにＡＶＴ／Ｔｓｏｌを調整し得る。
【００４６】
[0080]各相互接続層は、単一の層または複数の層を含むことがあり、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有し得る。各相互接続層は、導電性酸化物（ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＴｉＯ２、ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＮｉＯ、ＳｎＯ２など）、ＺｎＳなどの硫化物、またはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＡＰＣ、ＮＴＣＤＩ、ＮＴＣＤＡ、ＴＰＢｉなどの有機材料、あるいはそれらの組み合わせおよび誘導体を含むことがある。各相互接続層は、スパッタリング、ＶＴＥ、ＥＢＰＶＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、または溶液処理によって堆積させ得る。
【００４７】
[0081]電荷選択シード層と同様に、相互接続層の上面は、上にある金属層の共形成長を促進するように、上にある金属層との比較的低い界面エネルギーによって特徴付けられ得る。各相互接続層は、隣接する金属層の相互接続層への接着を促進するために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、またはＮｉＣｒなどの薄い金属層（例えば、１〜２ｎｍ）を含み得る。
【００４８】
[0082]相互接続層は、２つの隣接する金属層の間に垂直電荷伝導経路を提供するために、いくらかの導電性を有し得る。したがって、複数の金属層を備えた多層上部電極の全体的なシート抵抗は、第１の金属層のみを備えた多層上部電極の全体的なシート抵抗よりも低くなり得る。シート抵抗が減少すると、放射率値が低くなることがある。各相互接続層は比較的薄い（例えば、５〜１００ｎｍの厚さ）ため、垂直方向の相互接続層の抵抗は、依然として適度に低く、多層上部電極の全体的なシート抵抗が比較的低くなることがある。
【００４９】
[0083]反射防止層は、単一の層または複数の層を含み得る。本発明のいくつかの実施形態では、反射防止層は、ＳｉＯ２、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＴｉＯ２，ＷＯ３，ＭｏＯ３，Ｖ２Ｏ５，ＳｎＯ２，ＮｉＯ，Ａｌ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５およびＨｆＯ２などの酸化物と、ＨＡＴ−ＣＮ、ＴＡＰＣ、ＢＣＰ、ＢＰｈｅｎ、ＴＰＢｉ、ＮＴＣＤＩ、ＮＴＣＤＡなどの有機物、ならびにそれらの組み合わせおよび誘導体と、ＺｎＳなどの酸化物またはＳｉ３Ｎ４やＡｌＮなどの窒化物とを含み得る。反射防止層は、スパッタリング、ＶＴＥ、ＥＢＰＶＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、または溶液処理によって堆積させ得る。
【００５０】
[0084]反射防止層はまた、光起電力セルの寿命を改善するための保護層として機能し得る。したがって、反射防止層は、下にある層への酸素および水分の侵入に対して所望のバリア特性を有し得る。反射防止層はまた、光起電力デバイスの機械的耐久性を改善するためのキャップ層として機能し得る。
【００５１】
[0085]反射防止層は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍまでのｎ＞１．０によって特徴付けられることがあり、可視波長範囲においてより高い屈折率があり、光起電力デバイスのＡＶＴを改善し、反射を低減する。反射防止層は、寄生吸収が最小化されるように、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの可視波長範囲において比較的低いｋ値を有し得る。ただし、これは必須ではない。反射防止層はまた、光起電力デバイスの透過色または反射色を調整するために使用され得る。例えば、反射防止層は、色中和層として使用し得る。
【００５２】
[0086]単一の金属層（例えば、図２Ａに示される光起電力デバイス２００の多層上部電極２４０）または複数の金属層（例えば、図３Ａに示される光起電力デバイス３００の多層上部電極３４０）を含む多層上部電極は、光起電力デバイスの電気コンダクタンスおよび光透過率の同時最適化を可能にすることがあり、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯまたは他の透過性導電性酸化物などの他の透過性電極と比較して改善されたＡＶＴおよびシート抵抗値をもたらすことがある。
【００５３】
[0087]図６は、いくつかの実施形態による、様々なタイプの上部電極構成についてのシート抵抗に対するＡＶＴの実験値を示している。図示のように、単一のＡｇ層（図６の四角形の記号で表される）または２つのＡｇ層（図６の三角形の記号で表される）を有する多層上部電極は、ＩＴＯ電極（図６の円形の記号で表される）のものと比較して、高いＡＶＴを維持しながら改善されたシート抵抗を示すことができる。多層上部電極の低いシート抵抗は、ＩＴＯと比較してＡｇの高い固有導電率によって可能になる。多層上部電極の高いＡＶＴは、多層上部電極を含む層の光学特性および厚さを設計することによって達成される。相互接続層によって間隔を空けて配置された複数の金属層を使用することにより、光干渉を利用して、単一の金属層を含み、複数の金属層の合計の厚さを有する多層電極で可能な値よりも高いＡＶＴ値を生成し得る。導電性相互接続層を使用することにより、全体的なシート抵抗を、同じＡＶＴを示す単一の金属層を使用する多層上部電極のシート抵抗よりも低くし得る。複数の金属層を備えた多層電極は、近赤外（ＮＩＲ）波長（例えば、７００ｎｍより大きい）を反射しながら可視光を効率的に透過することができ、その結果、下にある活性層のＮＩＲ吸収が、透過性光起電力デバイスにおいて優先的に増強され得る。ＮＩＲ波長の反射率が高くなると、電極の寄生吸収が減少するため、光起電力デバイスの動作温度が低下することがある。図６に示されるように、上部電極シート抵抗は、５０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、２０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、１０Ｏｈｍ／ｓｑ未満、または５Ｏｈｍ／ｓｑ未満であり得る。特定の実施形態では、上部電極シート抵抗は、１Ｏｈｍ／ｓｑ〜１０Ｏｈｍ／ｓｑの範囲である。
【００５４】
[0088]図７Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、市販のＩＴＯ電極（実線７１０）、単一のＡｇ層を有する多層電極（破線７２０）、および２つのＡｇ層を有する多層電極（点線７３０）についての、シミュレートされた透過曲線対波長を示す。図示のように、単一のＡｇ層を有する多層電極のＮＩＲおよびＩＲ波長範囲（例えば、約７００ｎｍ〜約２５００ｎｍ）での透過の値（破線７２０）は、ＩＴＯ電極のもの（実線７１０）と比較して著しく減少している。ＮＩＲ／ＩＲ透過は、２つのＡｇ層を有する多層電極においてさらに減少する（点線７３０）。単一のＡｇ層を備えた多層電極と２つのＡｇ層を備えた多層電極の透過窓は、約５５０ｎｍにピークを持つ人間の目の明所視反応曲線とよく重なる。
【００５５】
[0089]図７Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、市販のＩＴＯ電極（実線７１２）、単一のＡｇ層を有する多層電極（破線７２２）、および２つのＡｇ層を有する多層電極（点線７３２）についての、シミュレートされた反射曲線対波長を示す。図示のように、単一のＡｇ層を有する多層電極（破線７２２）のＮＩＲおよびＩＲ波長範囲における反射の値は、ＩＴＯ電極（実線７１２）のものと比較して著しく増加している。ＮＩＲ／ＩＲ反射は、２つのＡｇ層を備えた多層電極でさらに増加する（点線７３２）。ＮＩＲおよびＩＲ波長での反射の増加は、下にある活性層内の吸収を高めることがあり、これらの波長の光は、第２の通過のために活性層に向かって反射して戻る可能性があるためである。したがって、光起電力デバイスのＪｓｃは、これらの波長で優先的に増加する可能性がある。ＮＩＲ／ＩＲ波長での反射の増加は、電極の寄生吸収を低減することにより、光起電力デバイスの動作温度を低下させることもある。これは、動作温度の４乗に比例する光起電力セルからの熱放射電力を最小限に抑えるために重要である。
【００５６】
[0090]２つの金属層の間に挟まれた相互接続層は、光キャビティを形成し、ファブリ・ペロー共振をサポートすることがある。キャビティの共振波長は、可視スペクトルにおける人間の目の明所視反応と一致するように調整し得る。金属層の薄さ（通常は約３０  ｎｍ未満）により、キャビティによってサポートされる透過モードの品質係数（半値全幅）は比較的広いことがある。透過モードが可視スペクトルにまたがるように品質係数を調整して、スタックのＡＶＴを高くし得る。キャビティおよび反射防止層内の相互接続層の厚さおよび屈折率を調整することにより、透過スペクトルの色および形状を設計して、共振条件外の波長（例えば、ＵＶおよびＮＩＲ光）を防止しながら、ＡＶＴを最大化し得る。
【００５７】
[0091]いくつかの実施形態では、３つ以上の金属層および２つ以上の相互接続層を上部電極に使用し得る。追加の相互接続層／金属層を導入すると、透過の追加の共振モードを導入することにより、スタックの色をさらに調整できることがある。次に、防止された波長は、活性層により反射されて戻され、それらの光パワーの一部は、第２の通過の間に活性層によって吸収される。
【００５８】
[0092]図８は、多層上部電極の反射スペクトル８１０対波長（実線８１０）を概略的に示している。図示のように、反射スペクトル８１０は、可視波長範囲外で高い反射値を示しながら、可視波長範囲で最小の反射を示すように調整し得る。破線８２０は、紫外線（ＵＶ）からＮＩＲまで延びる非選択的活性層の「平坦な」広い吸収プロファイルを示している。多層上部電極は、第２の通過のためにＵＶおよびＮＩＲ光を優先的に活性層に反射して戻すので、点線８３０によって概略的に示されるように、ＵＶおよびＮＩＲ波長における活性層による吸収を選択的に増強し得る。したがって、可視スペクトル外の波長で光起電力デバイスによって生成される光電流を増強し得る。同じ概念を、ＵＶおよびＮＩＲにおける本質的に選択的な吸収を有する活性層に適用して、高いＡＶＴを維持しながら、ＵＶおよびＮＩＲにおけるそのような層の吸収強度をさらに高め得る。
【００５９】
[0093]図９は、本発明のいくつかの実施形態による、それぞれＤ１００、Ｃ６０、およびＤ１００：Ｃ６０ブレンドを含むＯＰＶ活性層の吸収係数の例示的なスペクトル９１０、９２０、および９３０を示している。Ｄ１００は、ＮＩＲにピーク吸収を持つ有機半導体電子供与体材料である。Ｃ６０は電子受容体材料である。これらの活性層材料には、消衰係数が可視波長範囲外でピークに達する「選択的」有機材料が含まれる。例として、様々な下部電極および上部電極の構成を有する次の構造、ガラス｜下部電極｜  Ｄ１００：Ｃ６０（２０：８０）（６０  ｎｍ）｜  Ｃ６０（１０  ｎｍ）｜上部電極のＯＰＶデバイスが考えられる。
【００６０】
[0094]図１０Ａは、上記の構造を使用したシミュレーションから得られた様々なＯＰＶの透過曲線対波長を示している。図１０Ｂは、シミュレーションから得られた様々なＯＰＶの反射曲線対波長を示している。図１０Ｃは、シミュレーションから得られた様々なＯＰＶの活性層吸収対波長を示している。
【００６１】
[0095]図１０Ａを参照すると、曲線１０１０は、金属層を含まないＩＴＯ下部電極およびＩＴＯ上部電極（スタック＃１）を含む光起電力デバイスの透過曲線である。曲線１０２０は、ＩＴＯ下部電極および単一のＡｇ層を有する多層上部電極（スタック＃２）を含む光起電力デバイスの透過曲線である。曲線１０３０は、ＩＴＯ下部電極および２つのＡｇ層を有する多層上部電極（スタック＃３）を含む光起電力デバイスの透過曲線である。図示のように、ＮＩＲ波長での透過は、ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１０１０）、単一のＡｇ層を有する多層上部電極を含む光起電力デバイスにおいて著しく減少し（曲線１０２０）、２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスでさらに削減される（曲線１０３０）。
【００６２】
[0096]図１０Ｂに示すように、ＮＩＲ波長での反射は、ＩＴＯ上部を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１０１２）、単一のＡｇ層を有する多層上部電極を含む光起電力デバイスにおいて増加し（曲線１０２２）、２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスでさらに増加する（曲線１０３２）。
【００６３】
[0097]図１０Ｃに示されるように、多層上部電極からの反射の増加の結果として、活性層による吸収は、ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１０１４）、単一のＡｇ層を有する多層電極を含む光起電力デバイスにおいて増加し（曲線１０２４）、２つのＡｇ層を備えた多層電極を含む光起電力デバイスでさらに増加する（曲線１０３４）。
【００６４】
[0098]多層上部電極は、様々な実施形態による様々なタイプの下部電極と対にし得る。例えば、下部電極は、透過性導電性酸化物、単一の金属層を備えた多層スタック、またはグラフェン、カーボンナノチューブネットワーク、Ａｇナノワイヤネットワークなどの代替の透過性電極を含み得る。
【００６５】
[0099]図２Ｂおよび図３Ｂに示されるように、１つまたは複数の金属層を含む多層下部電極２２０または３２０はまた、光起電力デバイスにおいて使用され得る。多層上部電極と対にした場合、多層下部電極を使用することには多くの利点があり得る。例えば、活性層内の光電界は、代替の下部電極構造と比較して増強されることがあり、その結果、活性層の吸収および光電流の生成が改善され得る。電気コンダクタンスと光透過率の同時最適化を達成することも可能であり得、他の透過性下部電極と比較して最適なＡＶＴおよびシート抵抗値をもたらし得る。さらに、透過性光起電力デバイスのＮＩＲ波長での反射が増加する可能性があり、その結果、統合された太陽光吸収は、活性層吸収スペクトルの外側の波長で減少することがある。これは、日照下での透過性光起電力デバイスの動作温度の低下につながることがある。建物と一体化された光起電力デバイスとして、より低い動作温度は、建物への再放射電力（黒体放射）を減らし、断熱を改善し、窓ユニット全体の遮蔽温度差による下にあるガラス基板の故障の可能性を減らすことがある。
【００６６】
[0100]再び図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すると、図１０Ａは、単一のＡｇ層を有する多層上部電極と対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた透過曲線１０４０と（図１３に示される曲線１０４０、スタック＃４）、２つのＡｇ層を有する多層上部電極と対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた透過曲線１０５０（図１３に示されるスタック＃５）とを示す。図示のように、多層下部電極を多層上部電極と対にすることにより、ＮＩＲにおける透過は、多層上部電極と対にされたＩＴＯ下部電極を備えたＯＰＶデバイスの透過と比較してさらに減少する。
【００６７】
[0101]図１０Ｂは、単一のＡｇ層（図１３に示されるスタック＃４）を有する多層上部電極のいずれかと対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた反射曲線１０４２と、２つのＡｇ層（図１３に示されるスタック＃５）を有する多層上部電極と対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた反射曲線１０５２とを示す。図示のように、多層上部電極を多層下部電極と対にすることにより、ＮＩＲにおける反射は、多層上部電極と対になったＩＴＯ下部電極を備えたＯＰＶデバイスの反射と比較して増強される。
【００６８】
[0102]図１０Ｃは、単一のＡｇ層（図１３に示されるスタック＃４）を有する多層上部電極と対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた吸収曲線１０４４と、２つのＡｇ層（図１３に示されるスタック＃５）を有する多層上部電極と対にされた単一のＡｇ層を有する多層下部電極を含むＯＰＶのシミュレートされた吸収曲線１０５４とを示す。図示のように、多層上部電極を多層下部電極と対にすることにより、ＮＩＲにおける吸収は、ＩＴＯ下部電極を備えたＯＰＶデバイスの吸収と比較して増強される。単一のＡｇ層を備えた多層下部電極は、活性層内により強力な光キャビティを確立するのに役立ち、活性層の吸収を改善し得る。
【００６９】
[0103]同様の利点を達成するために、１つまたは複数の金属層を含む多層上部電極を、光起電力デバイスの無機活性層とともに使用することもある。例として、次の構造、ガラス｜  ＩＴＯ（７０  ｎｍ）｜  ＣｕＩｎ０．６９Ｇａ  ０．３１Ｓｅ（３０  ｎｍ）｜上部電極を有する２つの無機光起電力デバイスを考察する。
【００７０】
[0104]活性層はＣｕＩｎ０．６９Ｇａ  ０．３１Ｓｅ（ＣＩＧＳ）を含み、厚さは３０ｎｍである。下部電極はＩＴＯを含み、厚さは７０ｎｍである。第１の光起電力デバイスは、１０ｎｍのＺｎＯ／５０ｎｍのＩＴＯ上部電極を有する（図１３に示されるスタック＃６）。電荷選択性トランスポート層として機能するＺｎＯが含まれている。第２の光起電力デバイスは、１０ｎｍのＺｎＯ／１４．５ｎｍ  Ａｇ／８０ｎｍのＩＴＯ／１４．５ｎｍのＡｇ／１０ｎｍのＳｉＯ２上部電極（図１３Ａ〜Ｂに示されるスタック＃７）を有する。
【００７１】
[0105]図１１Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣＩＧＳを含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成についてのシミュレートされた透過曲線１１１０および１１２０対波長を示す。図１１Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣＩＧＳを含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成について、シミュレートされた反射曲線１１１２および１１２２対波長を示す。図１１Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＣＩＧＳを含む無機光起電力デバイスで使用される２つの電極構成について、シミュレートされた活性層吸収曲線１１１４および１１２４対波長を示す。
【００７２】
[0106]ＣＩＧＳ活性層は本質的に「非選択的」である。すなわち、消衰係数は、図１１Ｃ（曲線１１１４）に示されるように、可視波長からＮＩＲ波長まで（例えば、約５００ｎｍ〜約９００ｎｍまで）比較的「平坦」である。２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を使用する場合、図１１Ｃ（曲線１１２４）に示すように、活性層の吸収がＮＩＲの約８００ｎｍで強いピークを示すという点で活性層は「選択的」になる。その結果、透過性を維持しながら、太陽電池のＪｓｃが大幅に向上する。
【００７３】
[0107]したがって、事実上、２つのＡｇ層を備えた多層上部電極により、ＣＩＧＳは、可視スペクトルの外側に吸収ピークを持つ「選択的」吸収体になる。これは、ＺｎＯ／ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイス（図１１Ｂに示される曲線１１１２によって示されるように）のものと比較して、（図１１Ｂに示される曲線１１２２によって示されるように）これらの波長で２つのＡｇ層を有する多層上部電極の反射率の増加によるＮＩＲおよびＵＶにおける吸収の優先的な増強の結果である。図１１Ａに示されるように、ＮＩＲ波長における反射率の増加は、ＮＩＲ波長における透過の減少を伴う（曲線１１１０と比較して曲線１１２０によって示されるように）。ＮＩＲ／ＩＲ透過の低下は、高いＡＶＴを維持しながら、太陽電池のＴｓｏｌを大幅に低下させ、ＡＶＴ／Ｔｓｏｌの比率を増加させる。
【００７４】
[0108]同様の利点を達成するために、１つまたは複数の金属層を含む多層上部電極を、光起電力デバイスの無機活性層とともに使用することもある。例として、次の構造、ガラス｜  ＩＴＯ（７０ｎｍ）｜Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ（２０ｎｍ）｜  ＭＡＰｂＩ３（６０ｎｍ）｜上部電極を有する２つの無機光起電力デバイスを考察する。
【００７５】
[0109]活性層はＭＡＰｂＩ３を含み、厚さは６０ｎｍである。Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤは正孔輸送層として使用される。下部電極はＩＴＯを含み、厚さは７０ｎｍである。第１の光起電力デバイスは、１０ｎｍのＴｉＯ２／５０ｎｍのＩＴＯ上部電極（図１３に示されるスタック＃８）を有する。電荷選択性輸送層として機能するＴｉＯ２が含まれている。第２の光起電力デバイスは、１０ｎｍのＴｉＯ  ２／１４．５ｎｍのＡｇ／８０ｎｍのＩＴＯ／１４．５ｎｍのＡｇ／１０ｎｍのＳｉＯ２上部電極を有する（図１３に示されるスタック＃９）。
【００７６】
[0110]図１２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＭＡＰｂＩ３ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた透過曲線１２１０および１２２０対波長を示す。図１２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＭＡＰｂＩ３ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた反射曲線１２１２および１２２２対波長を示す。図１２Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、活性層にＭＡＰｂＩ３ペロブスカイトを含む光起電力デバイスで使用される２つの電極構成のシミュレートされた活性層吸収曲線１２１４および１２２４対波長を示す。ここでも、２つのＡｇ層を含む多層上部電極は、ＴｉＯ２／ＩＴＯ上部電極を備えた光起電力デバイスのものと比較して（それぞれ、図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃの曲線１２１０、１２１２、および１２１４）より低いＮＩＲ透過（図１２Ａの曲線１２２０）、より高いＮＩＲ反射（図１２Ｂの曲線１２２２）、およびより「選択的な」活性層吸収（図１２Ｃの曲線１２２４）をもたらす。
【００７７】
[0111]図１３は、本発明の様々な実施形態による、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、および図１２Ａ〜図１２Ｃに関連して説明したように様々な電極および活性層の組み合わせを備えた透過性光起電力デバイスの構造および特性を要約した表である。ＡＶＴおよびＴｓｏｌの値には、デバイスの透過スペクトルを使用した。これらの値を使用して、Ｔｓｏｌに対するＡＶＴの比率を計算した。
【００７８】
[0112]図１３に示されるように、上部電極に金属層を導入すると、高いＡＶＴを維持しながらＴｓｏｌが有利に減少し、（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）値が改善される。例えば、多層上部電極に切り替えることで、Ｔｓｏｌ値は５０％未満に減らすことができ、１．４を超える（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）が実現できる。さらに、光起電力デバイスのＪｓｃにおいて、付随する機能強化がある。（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）の改善は建築用ガラス用途にとって重要であるが、光起電力デバイスの性能を改善するにはより高いＪｓｃが望まれる。多層上部電極を使用すると、これらの指標の両方が同時に向上する。このアプローチは、この研究で示されている有機、ＣＩＧＳ、およびペロブスカイト活性層の比較によって強調されているように、一般に任意の透過性光起電力デバイスに適用できる。
【００７９】
[0113]いくつかの実施形態では、ＩＴＯの代わりに多層下部電極を多層上部電極とともに組み込むことが有利であり得る。これは、活性層内の光キャビティ効果の結果として、光起電力デバイスのＪｓｃの改善につながることがある。いくつかの実施形態では、これはまた、（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）の改善をもたらす可能性がある。
【００８０】
[0114]図１４Ａは、ＡＭ１．５Ｇ照明に較正された太陽光シミュレータの下で試験された様々なＯＰＶの実験的電流密度−電圧曲線１４１０、１４２０、および１４３０を示している。ＯＰＶは、図１３Ａのスタック＃１〜＃３によって定義されるようなデバイス構造を有していた。図１４Ｂは、実験から得られたスタック＃１〜＃３の対応する外部量子効率（ＥＱＥ）曲線１４１２、１４２２、および１４３２対波長を示している。図１４Ｃは、実験から得られた様々なＯＰＶの対応する透過曲線１４１４、１４２４、および１４３４対波長を示している。
【００８１】
[0115]図１４Ａを参照すると、ＯＰＶからの光電流出力は、ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１４１０）、単一のＡｇ層を有する多層上部電極を含む光起電力デバイスで著しく増加し（曲線１４２０）、２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスでさらに増加する（曲線１４３０）。
【００８２】
[0116]図１４Ｂに示されるように、多層上部電極からの反射の増加の結果として、ＮＩＲにおける実験的ＥＱＥは、ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１４１２）、単一のＡｇ層を有する多層電極を含む光起電力デバイスにおいて増加し（曲線１４２２）、２つのＡｇ層を備えた多層電極を含む光起電力デバイスでさらに増加する（曲線１４３２）。増加したＥＱＥは、図１０Ｃに示されるように、多層上部電極を含む光起電力デバイスにおける増加した活性層吸収の直接的な結果である。図１４Ｃは、ＮＩＲ波長での実験的透過は、ＩＴＯ上部電極を含む光起電力デバイスと比較して（曲線１４１４）、単一のＡｇ層を有する多層上部電極を含む光起電力デバイスにおいて著しく減少し（曲線１４２４）、２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を含む光起電力デバイスでさらに削減される（曲線１４３４）ことを示す。測定されたスペクトルは、図１０Ａに示されるように、それぞれ、対応するシミュレートされた曲線１０１０、１０２０、および１０３０に厳密に一致する。
【００８３】
[0117]図１５Ａは、図１３のスタック＃１０に対応するＯＰＶ活性層の吸収係数を示している。活性層には、吸収係数が可視波長範囲外でピークに達する１００ｎｍの有機活性層材料が含まれる。このデバイスの下部電極および上部電極は、図１３に定義されているとおりである。
図１５Ｂは、ＡＭ１．５Ｇ照明に較正された太陽光シミュレータの下で試験されたＯＰＶの実験的な電流密度−電圧曲線１５１０を示している。図１５Ｃは、実験から得られたスタック＃１０の対応する外部量子効率（ＥＱＥ）曲線１５１２対波長を示している。図１５Ｄは、実験から得られた対応する透過曲線１５１４対波長を示している。
【００８４】
[0118]図１５Ｃに示されるように、２つのＡｇ層を有する多層電極の選択的ＮＩＲ反射により、高い実験的ＥＱＥがＮＩＲにおいて維持される（曲線１５１２）。ＮＩＲ波長での増加したＥＱＥは、多層上部電極を含む光起電力デバイスにおける増加した活性層吸収の直接的な結果である。図１５Ｄは、７００ｎｍを超えるこのデバイスにおいて、ＮＩＲ波長での実験的透過が最小であることを示している（曲線１５１４）。
【００８５】
[0119]図１６は、図１０Ａ〜Ｃ、１４Ａ〜Ｃ、および１９Ｂ〜Ｃで説明されているように、様々な上部電極構成の測定された光学的および電気的性能を要約する表である。多層上部電極を使用すると、高いＡＶＴを維持しながら、ＩＴＯのＴｓｏｌからＴｓｏｌを大幅に下げることができ、（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）値は２．０に近づく。同時に、Ｒｓｈを１桁減らすことができ、放射率を０．１の値未満に下げることができる。ＡＶＴおよびＴｓｏｌの値には、上部電極の透過スペクトルを使用した。
【００８６】
[0120]図１７は、図１０Ａ〜Ｃ、図１４Ａ〜Ｃ、図１５Ａ〜Ｄ、および図１９Ｂ〜Ｃで説明されるような様々な電極の組み合わせを含む透過性ＯＰＶの測定された光学的および電気的性能を要約する表である。ＡＶＴおよびＴｓｏｌの値には、デバイスの透過スペクトルを使用した。
【００８７】
[0121]図１７に示すように、スタック＃１〜＃３の測定されたＡＶＴ、Ｔｓｏｌ、および（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）値は、図１３に示すようにシミュレーション値と厳密に一致する。２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を使用することにより、光起電力デバイスの高いＡＶＴを維持しながらＴｓｏｌを下げることができ、２．３もの高い（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）値を実験的に達成できる。同時に、Ｊｓｃおよび電力変換効率（ＰＣＥ）が大幅に向上する。スタック＃１０を使用して多層上部電極の概念をより高効率のＯＰＶ活性層に拡張することにより、高いＰＣＥおよび（ＡＶＴ／Ｔｓｏｌ）の両方を同時に実現できる。
【００８８】
[0122]図１８は、様々な実施形態による、異なる電極構成を有する様々な有機光起電力デバイスの実験放射率値を示す表である。透過性導電性酸化物とは異なり、１つまたは複数の金属層を備えた多層電極は、ほぼ完全なＩＲ反射で設計できるため、熱放射率が低くなる（低放射率と呼ばれる）。したがって、多層上部電極は、低放射率コーティングとして、および透過性光起電力デバイス用の透過性電極としての二重の機能を提供し得る。建築用ガラスの用途に使用する場合、（黒体放射体としての）透過性光起電力デバイスによって建物に再放射される電力として定義される放射率をできるだけ低くすることが望ましいことがある。複数の金属層を使用することにより、単一のＩＴＯ層電極または単一の金属層を有する多層上部電極と比較して、上部電極のＩＲ反射を低減することがあり、したがって放射率を最小限に抑えることがある。
【００８９】
[0123]建築用ガラス用途の場合、透過性光起電力デバイスは、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）と呼ばれるウィンドウユニットに統合されることがあり、このウィンドウユニットは、間のキャビティにガスが充填された複数のガラス板を含み得る。完全なＩＧＵ構造は、窓から建物への熱の流れに影響を与える。したがって、このような用途では、ＩＧＵの太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）を計算することが望ましい。ＳＨＧＣは、窓から入る入射太陽放射の割合であり、次の関係によって定義でき、
【数２】
2022500861.tif 000004
式中、ＴｓｏｌおよびＡｓｏｌは、ＩＧＵを通過する入射太陽放射の透過率および吸収率であり、Ｎは、ＩＧＵを介して吸収された熱の内向きに流れる部分（対流と放射の両方）である。選択性は、ＳＨＧＣに対するＩＧＵのＡＶＴの比率（ＡＶＴ／ＳＨＧＣ）として定義される。ＴｓｏｌはＳＨＧＣと線形に関連しているため、ＡＶＴ／Ｔｓｏｌの値が高いと、一般に選択性の値が高くなる。したがって、デバイスをＮＩＲおよびＩＲで高い反射率を持つように設計することにより、ＳＨＧＣを減らすことができる。できるだけ多くの非可視光を阻止しながら高いＡＶＴを維持することにより、透過性光起電力デバイスを高い選択性で設計でき、これは低放射率窓の性能メトリックの１つである。
【００９０】
[0124]図１９Ａは、本発明の光起電力デバイスのＳＨＧＣおよび選択性値を計算するために想定される単純な断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）構造の概略図である。実際には、ＩＧＵの構造は、様々な厚さのガラス、様々なスペーサ距離、様々なガス組成を含むように異なることがあることに注意されたい。本明細書での計算のために、光起電力コーティングは、ガラス基板として機能するグレージング１  １９１０の第２の表面１９１２に塗布された。この図では、光は左から入射している。ＳＨＧＣおよび選択性は、ＮＦＲＣ  １００−２０１０環境条件、たわみのない９０度の傾斜を想定してローレンスバークレー国立研究所のＷＩＮＤＯＷソフトウェアを使用し、ガラスの中心値のみを考慮して計算された（フレーミングからの寄与は無視）。
【００９１】
[0125]図１９Ｂは、本発明の様々な実施形態による、図１９Ａによる断熱ガラスユニットへ統合された場合の、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、図１２Ａ〜図１２Ｃおよび図１５Ａ〜Ｄに関連して説明したように様々な電極および活性層の組み合わせを備えた透過性光起電力デバイスの構造および特性（例えば、ＡＶＴ、太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）および選択性の値）を要約した表である。ＳＨＧＣおよび選択性については、ＩＧＵ値は、上記のようにシミュレートされたスペクトルから計算された。ＩＴＯ上部電極（スタック１、６、および８）、単一のＡｇ層を含む上部電極（スタック２および４）、および二重のＡｇ層を含む上部電極（スタック３、５、７、９、および１０）を使用するシミュレートされたデバイス構造の場合、放射率の値はそれぞれ０．２、０．１、および０．０５と想定された。
【００９２】
[0126]図１９Ｂに示されるように、上部電極への金属層の導入は、高いＡＶＴを維持しながらＳＨＧＣを低減し、改善された選択性の値をもたらす。いくつかの実施形態では、ＡＶＴ＞６０％を維持しながら４５％未満のＳＨＧＣ値を達成することができ、１．４を超える選択性の値を可能にする。
【００９３】
[0127]固定された太陽電池の選択性の場合、本質的に「選択的な」活性層（すなわち、優先的にＵＶ／ＮＩＲ吸収材料）においてより高いＡＶＴ値が期待され得ることに留意されたい。これは、これらの材料では可視光の吸収が最小限に抑えられている一方で、多層上部電極の反射が最も高いＵＶおよびＮＩＲ波長において強力に吸収するためであり得る。
【００９４】
[0128]図１９Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、図１９Ａのようにそれらが断熱ガラスユニットに統合される場合、図１０、図１３、図１４Ａ〜Ｃ、および図１５Ａ〜Ｄで説明されるような様々な電極の組み合わせを含む透過性ＯＰＶの測定された光学的および電気的性能（例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣおよび選択性の値）を要約する表である。ＩＧＵのＳＨＧＣおよび選択性の値は、上記のように実験スペクトルから計算された。
【００９５】
[0129]図１９Ｃに示されるように、スタック＃１〜＃３の測定されたＡＶＴ、ＳＨＧＣ、および選択性の値は、図１９Ｂに示されるようにシミュレートされた値と厳密に一致する。スタック３および１０に２つのＡｇ層を備えた多層上部電極を使用することで、光起電力デバイスの高いＡＶＴを維持しながら、ＳＨＧＣを減少させるとができ、２．０という高い選択性の値を実現できる。
【００９６】
[0130]本開示は特定の実施形態に関して説明されてきたが、本開示は、以下の特許請求の範囲内のすべての修正および同等物を網羅することを意図していることが理解されよう。
【００９７】
[0131]「ａ」、「ａｎ」、または「ｔｈｅ」の記述は、特に反対の指示がない限り、「１つまたは複数」を意味することを意図している。「ｏｒ」の使用は、特に反対の指示がない限り、「排他的なｏｒ」ではなく、「包括的なｏｒ」を意味することを意図している。「第１の」要素への参照は、必ずしも第２の要素が提供されることを必要としない。さらに、「第１の」または「第２の」要素への言及は、明示的に述べられない限り、参照される要素を特定の位置に限定しない。
【００９８】
[0132]いくつかの実施形態は層に関して議論されてきたが、層という用語は、層が、関心のある層を形成するために構築される複数のサブ層を含むことができるように理解されるべきである。したがって、層という用語は、単一の材料からなる単一の層を示すことを意図するのではなく、所望の構造を形成するために複合的に層状にされた１つまたは複数の材料を包含することを意図する。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【００９９】
[0133]また、本明細書に記載の実施例および実施形態は例示を目的としたものにすぎず、それを考慮した様々な修正または変更が当業者に示唆され、本出願の精神および範囲ならびに添付の特許請求の範囲内に含まれるべきであることを理解されたい。
略語のリスト：
・ＴＰＢｉ：２，２’，２’’−（１，３，５−ベンジントリイル）−トリス（１−フェニル−１−Ｈ−ベンズイミダゾール）
・ＨＡＴＣＮ：ジピラジノ［２，３−ｆ：２’，３’−ｈ］キノキサリン−２，３，６，７，１０，１１−ヘキサカルボニトリル
・ＴＡＰＣ：４，４’−シクロヘキシリデンビス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）ベンゼンアミン］
・ＢＣＰ：バトクプロイン
・  ＢＰｈｅｎ：Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ
・スピロ−ＯＭｅＴＡＤ：Ｎ２，Ｎ２，Ｎ２’，Ｎ２’，Ｎ７，Ｎ７，Ｎ７’，Ｎ７’−オクタキス（４−メトキシフェニル）−９，９’−スピロビ［９Ｈ−フルオレン］−２，２’，７，７’−テトラミン
・ＮＴＣＤＡ：１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
・ＮＴＣＤＩ：ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド
・ＰＴＣＢＩ：ビスベンズイミダゾ［２，１−ａ：１’，２−ｂ’］アントラ［２，１，９−ｄｅｆ：６，５，１０−ｄ’ｅ’ｆ  ’］ジイソギノリン−１０，２１−ジオン
・ＮＰＢ：Ｎ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン
・ＮＰＤ：Ｎ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−２，２’−ジメチルベンジジン
・ＴＰＴＰＡ：トリス（４−（５−フェニルチオフェン−２−イル）フェニル）アミン
・ＰＥＩ：ポリエチレンイミン
・ＰＥＩＥ：エトキシル化ポリエチレンイミン
・ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ：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
・ＡＺＯ：アルミドープ酸化亜鉛
・ＩＺＯ：インジウムドープ酸化亜鉛
・ＩＴＯ：インジウムドープ酸化スズ
・ＩＺＯ：インジウムドープ酸化亜鉛
・ＦＴＯ：フッ素ドープ酸化スズ
【図１】
2022500861.tif 000005
【図２Ａ】
2022500861.tif 000006
【図２Ｂ】
2022500861.tif 000007
【図３Ａ】
2022500861.tif 000008
【図３Ｂ】
2022500861.tif 000009
【図４】
2022500861.tif 000010
【図５】
2022500861.tif 000011
【図６】
2022500861.tif 000012
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【国際調査報告】
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