JP5302332B2 - ナノ粒子で形成された透明電極を有する光起電力デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、次の詳細な説明を図面と関連付けて読むことで、更に深く理解され、評価されるであろう。
図1に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板100を備え、基板の裏面102側には基板と有効に電気的に接触して電極104が形成されている。
導電性トレース112のパターン110は、焼結後のシート抵抗が、0.005Ω/平方から5kΩ/平方、好適には50オーム/平方未満、より好適には20オーム/平方未満、最も好適には10オーム/平方以下である。シート抵抗は、更に、堆積させたパターンに続けて電解めっきを施せば、小さくすることもできる。導電性トレース112は、従来の光起電力デバイスに使用されている導電性バスバー及びフィンガの必要性を排除することができるものと理解されている。
図2に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板200を備え、基板の裏面202側には基板と有効に電気的に接触して電極204が形成されている。半導体基板200の表面206の上には電極層208が在り、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース212のパターン210であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明である無秩序な形状のセル214を画定しているパターン210を備えている。半導体基板200、電極204、及び電極層208は、図1の半導体基板100、電極104、及び電極層108に対応しており、図1に関連して説明されている通りである。
フィラー215は、トレース212の高さに平滑な全体表面216を作り出すのにも採用することができる。空いている区域214を充填して、デバイスからの電荷の運び出しを支援するのに、ポリマー、例えば透明で導電性のポリマーであるPEDOT:PSS、の様な導電性又は非導電性透明材料が用いられてもよい。フィラー215は、また、光起電力デバイスの最上部に追加の層(ポリマー、基板など)を接着又は積層する「糊」又は感圧接着剤(PSA)であってもよい。それは、また、ディスプレイ膜に使用されているものに似た「ハードコーティング」又は「ギラツキ防止」コーティング又は他のコーティングであってもよい。それは、また、静電気防止材料又は汚れ防止材料であってもよい。同様に、選択的に吸光又は発光する材料又は上記のものの組合せを使用することもできる。
図3に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板300を備え、基板の裏面302側には基板と有効に電気的に接触して電極304が形成されている。半導体基板300の表面306を覆って電極層308が形成されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース312のパターン310であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明である無秩序な形状のセル314を画定しているパターン310を備えており、同セルはフィラー315を含んでいる。
図4に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板400を備え、基板の裏面402側には基板と有効に電気的に接触して電極404が形成されている。半導体基板400の表面406を覆って電極層408が形成されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース412のパターン410であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明で且つフィラー415を含んでいる無秩序な形状のセル414を画定しているパターン410を備えている。半導体基板400、電極404、電極層408、及びフィラー415は、図2の半導体基板200、電極204、電極層208、及びフィラー215に対応しており、図2に関連して説明されている通りである。
図5に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板500を備え、基板の裏面502側には基板と有効に電気的に接触して電極504が形成されている。半導体基板500の表面506を覆って電極層508が形成されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース512のパターン510であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明である無秩序な形状のセル514を画定しているパターン510を備えている。半導体基板500、電極504、及び電極層508は、図1の半導体基板100、電極104、及び電極層108に対応しており、図1に関連して説明されている通りである。
電極層504と508の間の短絡も、PEDOT:PSSの層507によって減少させることができる。層507には、電極層508と半導体表面506の間の界面接触が良好になるように、ガラスビード又はシリコンナノ粒子又は他の粒子が組み入れられていてもよい。それは、同様に、電極層508を形成する乳剤に組み入れることができる。
半導体基板500が結晶質シリコンの様な材料である場合、層507は、半導体表面の電気的不動態化並びに反射防止特性を提供するシリコン窒化物の様な材料であってもよい。
図6に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板600を備え、基板の裏面602側には基板と有効に電気的に接触して電極604が形成されている。半導体基板600の表面606を覆って電極層608が形成されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース612のパターン610であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明で且つフィラー615を含んでいる無秩序な形状のセル614を画定しているパターン610を備えている。半導体基板600、電極604、電極層608、及びフィラー615は、図2の半導体基板200、電極204、電極層208、及びフィラー215に対応しており、図2に関連して説明されている通りである。
図7に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板700を備え、基板の裏面702側には基板と有効に電気的に接触して電極704が形成されているのが望ましい。半導体基板700の表面706を覆って電極層708が形成されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレース712のパターン710であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明である無秩序な形状のセル714を画定しているパターン710を備えている。半導体基板700、電極704、及び電極層708は、図1の半導体基板100、電極104、及び電極層108に対応しており、図1に関連して説明されている通りである。
図8に見られる様に、光を電気に変換するためのデバイスは、半導体基板800を備え、基板の裏面802側には基板と有効に電気的に接触して電極804が形成されているのが望ましい。半導体基板800の反対側の表面806を覆って電極層808が配置されており、同層は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子の集合体で形成されている導電性トレース812のパターン810であって、概して部分的に接合されているナノ粒子が無く、光に対して透明である無秩序な形状のセル814を画定しているパターン810を備えている。区域814は、透光性フィラー815が充填されているのが望ましい。半導体基板800、電極804、電極層807、及び、フィラー815は、図2の半導体基板200、電極204、電極層208、及びフィラー215に対応しており、図2に関連して説明されている通りである。
溶液からの析出、上述の方法の何れかによるコーティング、及び、例えばインクジェット又はロール・ツー・ロール印刷などの直接印刷、の様な各種技法によって、追加のデバイス層又は機構を塗工又は形成することができる。他の堆積及び機構形成法、例えば、蒸着、リソグラフィー、光リソグラフィー、エッチング、可溶化、真空昇華、真空蒸発による金属堆積、スパッタリング、イオン衝撃、電解めっき、無電解めっき、レーザーパターニング、レーザーアブレーション、又は上記の組合せも、追加の層又は機構を作成するのに使用することができる。
乳剤1027を堆積させる表面1030は、上に説明されている様に前処理されていてもよい。乳剤1007が塗工された後、溶媒の蒸発(1032)、焼結(1034)、及び実施可能な焼結後処理工程(1036)が、上で図9に関連して説明されている様に実施される。電極層1020のシート抵抗は、上で図9の電極層920に関連して説明されている様に特徴付けられ、抵抗は、電解めっきの様な技法によって小さくすることができる。追加のデバイス層及び機構が、上で図9に関連して説明されている様に加えられてもよい。
乳剤1107は、乳剤コーティングステーション1106で、上で乳剤907に関連して説明されている様に塗工することができる。
銀ナノパウダー 1.3g
アンチモン酸化物ナノパウダー 44mg
Span60 125mg
BYK410 120mg
シクロヘキサン 1.72g
トルエン 18g
0.02%BYK348含有DI水 10g
を使用した。
102 半導体基板の裏面
104 電極
106 半導体基板の表面
108 電極層
110 パターン
112 トレース
114 セル
200 半導体基板
202 半導体基板の裏面
204 電極
206 半導体基板の表面
208 電極層
210 パターン
212 トレース
214 セル
215 フィラー
216 全体表面
300 半導体基板
302 半導体基板の裏面
304 電極
306 半導体基板の表面
308 電極層
310 パターン
312 トレース
314 セル
315 フィラー
316 全体表面
400 半導体基板
202 半導体基板の裏面
404 電極
406 半導体基板の表面
408 電極層
410 パターン
412 トレース
414 セル
415 フィラー
416 全体表面
417 追加の材料層
500 半導体基板
502 半導体基板の裏面
504 電極
506 半導体基板の表面
507 追加の材料層
508 電極層
510 パターン
512 トレース
514 セル
600 半導体基板
602 半導体基板の裏面
604 電極
606 半導体基板の表面
607 追加の層
608 電極層
610 パターン
612 トレース
614 セル
615 フィラー
616 全体表面
700 半導体基板
702 半導体基板の裏面
704 電極
706 半導体基板の表面
708 電極層
710 パターン
712 トレース
714 セル
715 フィラー
716 全体表面
720 追加の半導体層
728 追加の電極層
730 パターン
732 トレース
734 セル
800 半導体基板
802 半導体基板の裏面
804 電極
806 半導体基板の表面
808 電極層
810 パターン
812 トレース
814 セル
815 フィラー
816 全体表面
820 追加の半導体層
828 追加の電極層
830 パターン
832 トレース
834 セル
835 フィラー
900 半導体基板アッセンブリ
901 半導体基板
903 電極層
906 乳剤コーティングステーション
907 乳剤
910 基板の表面
912 溶媒の蒸発
914 焼結
916 焼結後処理
920 電極層
1000 半導体基板アッセンブリ
1001 半導体基板
1006 乳剤コーティングステーション
1007 乳剤
1010 基板の表面
1012 溶媒の蒸発
1014 焼結
1016 焼結後処理
1020 電極層
1026 乳剤コーティングステーション
1027 乳剤
1030 乳剤堆積面
1032 溶媒の蒸発
1034 焼結
1036 焼結後処理
1040 電極層
1100 半導体基板アッセンブリ
1101 半導体基板
1103 電極層
1106 乳剤コーティングステーション
1107 乳剤
1112 溶媒の蒸発
1114 焼結
1116 焼結後処理
1120 電極層
1200 半導体基板アッセンブリ
1201 半導体基板
1203 電極層
1205 パターン
1206 乳剤コーティングステーション
1207 乳剤
1210 乳剤堆積面(チャネル有り)
1212 溶媒の蒸発
1214 焼結
1216 焼結後処理
1220 電極層
1302 半導体基板アッセンブリ、基板
1306 乳剤コーティングステーション
1307 乳剤
1310 乳剤堆積面
1312 溶媒の蒸発
1314 焼結
1316 焼結後処理
1320 電極層
1330 半導体基板アッセンブリ
1331 半導体基板
1332 製作ステーション
1333 電極層
1336 光起電力デバイス
1402 半導体基板アッセンブリ、基板
1406 乳剤コーティングステーション
1407 乳剤
1410 乳剤堆積面
1412 溶媒の蒸発
1414 焼結
1416 焼結後処理
1420 電極層、パターン
1422 電極取り剥がしステーション
1426 電極層
1428 変形工程
1430 基板アッセンブリ
1431 半導体基板
1433 電極層
1440 パターン
Claims (22)
- 光を電気に変換するためのデバイスにおいて、
半導体表面を有する基板と、
前記基板の前記半導体表面の上に当該基板と電気的に接触して配置されている第1電極層であり、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレースのパターンであって、概して前記部分的に接合されているナノ粒子の無い、概して光に対して透明である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを備えている第1電極層と、
前記基板の、前記第1電極層が配置されている面とは反対側の面に前記半導体表面と電気的に接触して配置されている第2電極層と、を備えているデバイス。 - 透明フィラー材料を少なくとも前記セル内に更に備えている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板と前記第1電極層の間に配置されている中間層を更に備えている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記中間層は、導電性ポリマーである、請求項3に記載のデバイス。
- 前記導電性ポリマーは、PEDOT:PSSである、請求項4に記載のデバイス。
- 前記中間層は、前記第1電極の前記半導体表面への接着を強化するための材料を更に備えている、請求項3に記載のデバイス。
- 前記接着を強化するための材料は、ガラスフリット、ガラスビード、又はシリカを備えている、請求項6に記載のデバイス。
- 前記中間層は、前記第1電極の前記半導体表面への電気接触を強化するための材料を更に備えている、請求項6に記載のデバイス。
- 前記導電性トレースのパターンの抵抗は、30オーム/平方未満である、請求項1に記載のデバイス。
- 平均セル直径対半導電性基板の厚さの比は、大凡1:2である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記半導体の入射光を受け入れない表面の割合は、15パーセント以下である、請求項1に記載のデバイス。
- ドーピング剤が無秩序な形状のセル内に含まれている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記トレースは、高さ対幅1:5又はそれ以上のアスペクト比を有している、請求項1に記載のデバイス。
- 前記トレースは、高さ対幅1:5又はそれ以上のアスペクト比を有している、請求項13に記載のデバイス。
- 前記トレースは、概して50umより細い線幅を有している、請求項1に記載のデバイス。
- 前記セルは、概して500umより小さい直径を有している、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1電極層の上に配置されている第2半導体基板と、前記第2半導体基板の前記第1電極層の上に配置されている面と反対側の面の上に配置されている第3電極層と、を更に備えており、前記第1電極と前記第3電極は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレースのパターンであって、概して前記部分的に接合されているナノ粒子の無い、概して光に対して透明である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを備えており、前記第1電極層、前記第2電極層、及び前記第3電極層は、互いに異なる機能性を有している、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第2電極は、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレースのパターンであって、概して前記部分的に接合されているナノ粒子の無い、概して光に対して透明である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを備えており、前記第1電極層と前記第2電極層は、互いに異なる機能性を有していてもよい、請求項1に記載のデバイス。
- 光を電気に変換するためのデバイスにおいて、
第1表面と第2表面を有する基板と、
前記基板の前記第1表面の上に当該基板と電気的に接触して配置されている第1電極層であり、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレースのパターンであって、概して前記部分的に接合されているナノ粒子の無い、概して光に対して透明である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを備えている第1電極層と、
少なくとも前記セルに配置されている半導体層と、
前記第2表面の上に当該基板と電気的に接触して配置されている第2電極層と、を備えているデバイス。 - 光を電気に変換するためのデバイスを作製する方法において、
半導体表面を有する基板を提供する工程と、
前記基板の前記半導体表面の上に第1電極層を、少なくとも部分的に接合されているナノ粒子で形成されている導電性トレースのパターンであって、概して前記部分的に接合されているナノ粒子の無い、概して光に対して透明である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを提供するやり方で、堆積させる工程と、
前記基板の前記第1電極層が配置されている面と反対側の表面の上に前記半導体と電気的に接触して配置される第2電極層を提供する工程と、から成る方法。 - 前記第1電極は、導電性ナノ粒子を含有する乳剤を前記半導体基板の上にコーティングする工程と、前記乳剤を乾燥させて、概してナノ粒子が無く、光に対して透明な、無秩序な形状のセルを画定するトレースのパターンを形成する工程と、前記パターンを焼結して、ナノ粒子を少なくとも部分的に接合し、前記パターンを導電性にする工程と、によって形成される、請求項20に記載の方法。
- 前記乳剤は、連続するプロセスの中で、前記半導体基板上へロール・ツー・ロールプロセスでコーティングされる、請求項21に記載の方法。
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