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

Description

本発明は、光を電気に変換するためのデバイスを作製するための方法、及び同方法によって作製されたデバイスに関する。

ソーラーセルで使用されている光起電力効果は、太陽光線からの光エネルギーが半導体内部の正及び負電荷の生成と輸送を介して電気へ直接変換されることを可能にする。半導体材料に衝突する光の作用は、互いに結合されていないか又は結合が弱く、半導体と接触している異なる電極へと拡散してゆくことができるか或いは他のやり方で電極に捉えられることになる正及び負の電荷を作り出す。

電極は、電荷を収集するべく半導体材料の両側に設置されている。光は、電極のうち、一般的に「前面」電極と呼ばれる少なくとも一方の電極を通ってソーラーセルに進入しなくてはならない。よって、前面電極は、光に対して透明であると共に電気的に伝導性でなくてはならない。

透明な前面電極は、半導体材料の表面にスクリーン印刷又は他の形態の接触式印刷によって塗工された銀ワイヤ格子パターンで構成されているのが典型である。代わりに、それらは、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）の膜の様な、透明な導電性材料のより均一／連続した膜で構成されていることもある。

ＩＴＯ膜は、劣った透明度と限界導電率を含め、数々の不都合に悩まされており、特にスペクトルの赤外線及び紫外線の領域では透明度が劣る。これらの不都合は共にソーラーセルの効率を低下させてしまう。ＩＴＯは、高価でもあり、インジウムの世界的供給が先細りしていることについての懸念も起こっている。ＩＴＯは、脆くもあり、ロール・ツー・ロール加工又は可撓性のソーラーセルでの使用には向いていない。

銀ワイヤ格子も、大きな欠点を有しており、特にシリコンウェーハでソーラーセルを製作する場合はそうである。接触式印刷技法によるシリコンウェーハへの格子パターンの塗工は、多大なウェーハ破損を引き起こしかねない。破損し易いがために、製造者は、そうでなければ好適であろうと考えられるより厚いシリコン基板を使用することを余儀なくされ、シリコン基板の厚さが、セル費用全体の支配的因子となっている。更に、従来のスクリーン印刷型Ａｇ電極は、前面電極に使用するには劣ったアスペクト比を含め、幾何学形状的に劣る傾向があり、つまりは、それらは相対的に幅広であり（大きな影を投じる）且つ相対的に丈短であることを意味する（提供される全体的な電気コンダクタンスが、好適であろうとされるものより低くなることを意味する）。更に、それらは、分解能限界のせいで、互いに近接して印刷されるのは無理である。

よって、現在使用されている透明導電性前面電極の不都合を排除する光起電力セルのための改良された透明導電性前面電極が必要とされている。

本発明は、光を電気に変換するためのデバイスを作製するための改良された方法、及び同方法によって作製される改良されたデバイスを提供しようとしている。

本方法とデバイスは、少なくとも部分的に接合された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、概してナノ粒子が無く、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た透明電極を含んでいる。導電性トレースは、ナノ粒子を含有する液体乳剤を基板にコーティングし乾燥させた後に同乳剤から自己集合する。トレースは、基板上に、コーティング用機材と基板との物理的接触を必要としない従来型の液体コーティングプロセスによって形成することができ、これにより基板の破損の可能性が小さくなる。電極は可撓性であり、費用効果の高いロール・ツー・ロールコーティングプロセスによって作ることができる。

光起電力デバイスは、ナノ粒子から形成されている透明電極に加え、透明電極と電気的に接触している半導体基板と、半導体基板の透明電極とは反対側に在って異なる仕事関数を有する第２電極と、を含んでいる。第２電極は、透明であってもよいし非透明であってもよい。第２電極もまた、少なくとも部分的に接合されたナノ粒子を備えている導電性トレースのパターンであって、概してナノ粒子が無く、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てもよい。その様な光起電力デバイスは、両面から照射されてパワーを生成する能力を持つ。

１つの実施形態では、パターン電極のセルは、各種機能を果たすことができる透光性フィラー材料が充填されている。もう１つの実施形態では、フィラー材料は、導電性トレースの高さを越えて延在している。

本発明の光起電力デバイスには、デバイスからの電荷を運び出すのを支援するため又は例えば反射防止特性を提供するためにフィラー材料及びトレースの上に置かれた層、又はデバイスから電荷を運び出すのを支援するか又は電極間の短絡を防止するために半導体基板の表面に置かれた層、又は環境因子からの隔離又は保護を提供するための保護層、の様な追加の層を含んでいてもよい。

もう１つの実施形態では、パターン電極の上に追加の半導体基板を含み、追加の半導体基板の上に異なる仕事関数を有する追加のパターン電極を含むことによって、タンデムデバイスが形成されている。

本発明による光起電力デバイスを作る１つの方法は、（１）半導体表面を有する基板を提供する工程と、（２）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た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、概してナノ粒子が無く、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が提供されるやり方で形成する工程と、（３）半導体基板の第１電極が形成されている表面とは反対側の表面に隣接して第２電極層を提供する工程と、を含んでいる。

本発明の或る好適な実施形態では、パターン電極は、半導体基板にコーティングしたナノ粒子を含有する乳剤から形成されており、乳剤中の液体の蒸発中にナノ粒子が導電性パターンへと自己集合する。本方法の他の実施形態は、（１）ナノ粒子乳剤を半導体基板の両面にコーティングする工程と、（２）ナノ粒子乳剤を半導体基板上に連続ロール・ツー・ロールプロセスでコーティングする工程と、（３）ナノ粒子乳剤を、事前にパターニングされている基板にコーティングする工程と、（４）基板上にパターン電極を形成し、続いて、それを半導体アッセンブリと組合せ、且つ場合によっては基板と半導体アッセンブリとの組み合わせ前にパターン電極を基板から取り剥がす工程と、（４）パターン電極を担持基板から半導体アッセンブリへ移送するプロセス中にパターン電極を変形させる工程と、を含んでいる。

本発明の光起電力デバイスに使用されている透明電極は、スペクトルの可視範囲ではＩＴＯより高いか又は同等の透明度を提供し、赤外線及び紫外線の範囲ではＩＴＯより高い透明度を提供する。透明度が高いほど、光パワー変換効率が高くなる。

また、本発明の光起電力デバイスに使用されている透明電極は、更に、ＩＴＯより低い抵抗率を有している。低効率が低いほど、光パワーを電気パワーへ変換する際のオームパワー損失が低くなる。

更に、透明電極の網目パターンの幾何学形状は、より高い透明度を提供している点において従来型のスクリーン印刷型銀ワイヤ格子の幾何学形状よりも好都合である。スクリーン印刷型格子の線幅は、典型的に、本デバイスの透明電極の網目を形成しているトレースの線幅（〜１０ミクロン）に比べてかなり大きい（１００ミクロン）。線幅が小さくなったおかげで透明度が上がる。また、従来型印刷又はインクジェット印刷された線の高さは線幅に比べて低く、最大透明度を得るためのアスペクト比としては劣る。よって、金属の所与量（コンダクタンス）について、幅広であるが丈短のワイヤでは、細いが比較的丈長のワイヤで有効であろうよりも大きな量のシャドーイング（光学的変換可能パワーの損失）が存在する。従来型電極のアスペクト比は、１：１０程度（高さ対幅）のこともある。本発明のデバイスに使用されている透明電極のアスペクト比は、典型的に遥かに優れており、即ち、１：５又はそれ以上、好適には１：２又はそれ以上である。アスペクト比が高ければ、より優れた透明度とコンダクタンスの組合せ、ひいてはより高い全体パワー変換効率が可能になる。

更に、従来のスクリーン印刷型銀電極は、それらの劣ったアスペクト比のみならず、格子パターンの線が分解能限界のせいで互いに近接して印刷することができないという事実により、コンダクタンスの目的には幾何学形状的に劣る傾向がある。格子線の間隔がより離れている場合には、光生成電荷キャリアは、抵抗率がより高い領域を通って、より長い距離を進む必要があり、（キャリア再結合の変化がより大きくなることで）パワー損失がより大きくなってしまう。関連して、従来型ソーラーセルは、多くの場合、印刷された銀ワイヤ格子パターン内に、下層の半導体基板内への拡散を意図したドーパント剤を利用している。しかしながら、この拡散は、幾何学形状的に、スクリーン印刷が可能な限定された幾何学形状によって画定されている区域に限られる。ここに説明されている様に電極の線がより細くセルがより小さくなれば、半導体基板内に更に効率良くドーパントを設置できるようになる。また、結晶質シリコン光起電力デバイスの場合、本発明で使用されている電極で実現され得る様に、間隔がより詰まった電極アッセンブリであれば、ドーピングがより軽い前面ｎ−層が使えるようになり、これは一般的に、デバイス内部量子効率（ＩＱＥ）にとって有益で、特にスペクトルの青色及びＵＶ部分ではそうであると考えられる。

印刷型銀ワイヤ格子もまた大きな欠点を有しており、特にシリコンウェーハでソーラーセルを製作する場合はそうである。接触式印刷技法によるシリコンウェーハへの格子パターンの塗工は、多大なウェーハ破損を引き起こしかねない。破損し易いがために、製造者は、そうでなければ好適であろうと考えられるより厚いシリコン基板を使用することを余儀なくされ、シリコン基板の厚さが、セル費用全体の支配的因子となっている。

透明電極及び当該電極で作られた光起電力デバイスの他の利点は、詳細な説明から明らかになるであろう。
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。

本発明の１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。 本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、パターン電極のセルにはフィラー材料が充填されている。 本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、セルのフィラー材料はパターン電極のトレースを覆って延在している。 本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、パターン電極のセルにはフィラー材料が充填され、フィラーとトレースの上に追加の層が設けられている。 本発明のもう１つの別の実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、半導体基板とパターン電極の間に追加の層が設けられている。 本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、図２の実施形態と同様ではあるが、半導体基板とパターン電極の間に追加の層を有している。 本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、追加の半導体層とパターン電極が存在している。 図７の実施形態と同様の本発明のもう１つの実施形態による光を電気に変換するためのデバイスの簡略図であり、パターン電極のセルにはフィラー材料が充填されている。 本発明による、光を電気に変換するためのデバイスを製造するためのプロセスの簡略図である。 光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図であり、パターン電極はデバイスの互いに反対側の面に設けられる。 光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図であり、パターン電極は半導体アッセンブリ基板ロール上へ連続様式で形成されてゆく。 光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図であり、半導体基板アッセンブリのロールは事前にパターニングされた表面を有している。 光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図であり、パターン電極が基板上に形成され、続いて、事前製作済み半導体アッセンブリと組み合わされて光起電力デバイスが形成される。 光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図であり、基板上に形成されているパターン電極は、その後、基板から取り剥がされ、半導体アッセンブリへ移される。 シリコン基板上のシリコン窒化物層上の透明導電性コーティングの光学顕微鏡写真である。

これより図１を参照してゆくが、同図は、本発明の１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

半導体基板１００は、如何なる適した半導体基板であってもよく、例えば、限定するわけではないが、シリコン；ゼラニウム；ホウ素、テルリウム、ガリウム、又はスズの化合物；及び、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、カドミウムテルル化物（ＣｄＴｅ）、カドミウム硫化物（ＣｄＳ）、ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）、水銀カドミウムテルル化物（ＨｇＣｄＴｅ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）、銅インジウムガリウムジセレン化物（ＣＩＧＳ）、及び銅インジウムセレン化物又は硫化物の様な化合物を含め、当技術で無機半導体として知られている材料が挙げられる。

材料は、ドープされていてもよいし非ドープであってもよく、それらは、ウェーハを含め、アモルファス、多結晶質、微晶質、又は単結晶の様な、当技術で知られている如何なる適した形態であってもよい。半導体層１００は、ｐ−ｎ、ｐ−ｉ−ｎ、ｎ−ｐ−ｎ、又はｐ−ｎ−ｐ接合、又はショットキー接合光起電力デバイスに採用されている様な当技術で知られている他の構成を含んでいてもよい。

半導体基板１００は、大凡１０００ミクロンまでの厚さを有することができる。例えば、基板１００は、従来型の厚さ１００−５００ミクロンのシリコンウェーハの様な厚膜半導体であってもよいし、又は、１００ミクロン未満程度の厚さを有する薄膜であってもよい。薄膜無機半導体は、１−２ミクロン程度の厚さで作製することができる。

更に、（ｐ−型層とｎ−型層を有する有機光起電力セルにある様な）化学的に区別できる半導体を備えているヘテロ接合が、異なる層に設けられていてもよいし互いに混在していてもよい。また、同時二極性材料が採用されていてもよい。

代わりに又は追加的に、当技術で「エキシトニック」半導体として知られている材料を半導体基板１００で採用してもよい。エキシトニック光起電力デバイスの光変換は、従来の無機光起電力デバイスとは根本的に異なる。エキシトンは、多くの場合、自由電子−正孔対に対立するものとしての結合電子−正孔対であると書き表されている。光が吸収されるとエキシトンが発生し、それと同時に電荷キャリアがヘテロ界面に亘って離散するか、或いは界面の数ナノメートル以内に拡散して発生する。電荷離散には、内部電界は必ずしも必要ではない。従来型の光起電力デバイスでは主たる再結合プロセスであるバルク再結合は、エキシトニックソーラーセルでは、その中の少数派キャリアのバルク密度が取るに足りないため通常無視されている、とはいってもエキシトンの寿命は極めて短い。

代わりに又は追加的に、半導体基板１００は、色素増感型ソーラーセル（ＤＳＳＣ）で採用されている型式のものでもよい。現在のＤＳＳＣは、１０ミクロン又はそれ未満の厚さで作製されているのに対し、薄膜ポリマーとバルクへテロ接合半導体層は、１００−２００ｎｍ又はそれ未満の厚さに構築することができる。

代わりに又は追加的に、半導体基板は、共役構造又は直線縮合環化合物を有するポリマー又は小分子有機物の様な有機半導体を含んでいてもよい。例えば、当技術で知られている有機半導体としては、ポリフェニルビニレン、ポリアセチレン、チオフェン、ペリレン、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ナフタレン、及び誘導体が挙げられる。これらの材料は、ドープされていても、非ドープであってもよい。有機半導体は、アモルファス又は半結晶質化合物又はポリマーを含むことができ、有機半導体は如何なる適切な分子量及び充填のものでもよく、自己集合化コポリマーを含むことができる。それらは、可溶性、表面張力、集合化、又は他の改良を支援する機能を持たせてもよい。半導体基板１００は、異なる層又はドメインの間に少なくとも１つのヘテロ接合を含んでいてもよい。

半導体材料は、有機であるか、無機であるか、或いはハイブリッドデバイスにある様な両者の組合せであるかを問わず、上述の材料の混合物や他の組合せ又は各種層で構成することができる。それらは、更に、量子ドット、又は色素増感型チタン二酸化物半導体にある様な感光染料又は顔料、又はフタロシアニン誘導体の様な、吸光性又は発光性のエンティティを含んでいてもよい。半導体基板１００には、フラーレン及び関連化合物、例えばグラフェン又はカーボン・ナノチューブのなどが組み入れられていてもよい。

電極１０４は、典型的には５０ｎｍから約２ミクロンの厚さを有し、より厚い場合すらある。それは従来型電極であっても透明電極であってもよい。透明電極の場合、電極１０４は、ここに説明されている透明電極の様な透明導電性コーティング又はパターンからか又は導電性薄膜酸化物、特にＩＴＯ又は亜鉛酸化物の様な、当技術で知られている代わりの透光性導電性材料から、或いはカーボン・ナノチューブ又はフラーレン又はグラフェンの網目又は印刷されたバスバーから、或いはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）であるＰＥＤＯＴ又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホネート）であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの様な導電性ポリマーから、作製されていてもよい。電極１０４は、限定するわけではないが、上の透光性導電性材料の様な導電性材料の混合物や他の組合せ又は各種層から製造することもできる。電極１０４として使用するのに適した電極の例は、米国特許第６９５１７７０号に記載されており、同特許を参考文献としてここに援用する。その様な電極は、アルミニウム又は銀或いはその両方の層の組合せで形成されているのが望ましく、スプレーコーティング、スクリーン印刷、電着、金属蒸発、蒸着、スパッタリング、又は他の印刷又はコーティングプロセスの様な様々な技法によって形成することができる。

電極１０４は、開口があってもなくてもよい。電極１０４は、典型的には、例えば、アルミニウム又はもう１つの導電性金属又はそれらの組合せの様な金属ペーストをスプレーコーティング又はスクリーン印刷することによって形成された、例えばＡｌ／Ａｇ格子などの接点金属の全層を含んでいる。

電極１０４は、半導体基板１００を通って電極に衝突してくる光が電極１０４で反射されて半導体基板１００内へ戻り、その結果、半導体基板１００での光吸収が増加するように、反射性であるのが望ましい。

電極１０４は、半導体層をドープして半導体１００層にｎ又はｐの薄層が形成されるようにするドーピング材料を含有していてもよい。ドーピングは、普通は、デバイスの製造プロセスでの熱処理プロセス中に起こる。ドーピング材料の一例としてアルミニウムがある。

半導体基板１００の表面１０６を覆って電極層１０８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の集合体で形成されている導電性トレース１１２のパターン１１０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、概して光に対して透明であるセル１１４を画定しているパターン１１０を備えている。

以下で図９−図１４に関連付けて更に詳細に説明されているように、透光性電極層１０８を形成するのに、乳剤のコーティングが採用されている。乳剤を乾燥させると、透光性セル１１４が当該透光性セル１１４よりも遥かに少ない光しか通さないトレース１１２によって取り囲まれた、区別できる透光性セル１１４を画定しているパターン１１０が作り出される。透光性セル１１４と周辺トレース１１２は、光学顕微鏡で観察可能な網目様の特徴を有している。トレース１１２は、乳剤の液相の蒸発によって形成されているのが望ましい。

或る好適な実施形態では、パターン１１０は、油中水乳剤の堆積後に形成され、乳剤は、水又は水混和相、有機溶媒相、及び、部分的に接合されたときに導電特性を持つナノ粒子を含有している。

ナノ粒子は、導電性金属、又は限定するわけではないが銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅、又はそれらの組合せの群より選択された合金を含む金属の混合物で構成されているのが望ましい。適したナノ金属粒子としては、銀、銀−銅合金、銀パラジウム、又は他の銀合金、又は、米国特許第５４７６５３５号（「高純度超微細金属粉末を作製する方法」（Method of Producing High Purity Ultra-Fine Metal Powder））及びＰＣＴ出願ＷＯ２００４／０００４９１Ａ２号（「高純度金属ナノ粉末の作製のための方法及び同方法によって作製されたナノ粉末」（A Method for the production of Highly Pure Metallic Nano-Powders and Nano-Powders Produced Thereby））に記載されている冶金化学処理（ＭＣＰ）として知られているプロセスによって作製された金属又は合金が挙げられる。ナノ粒子は、被覆でも非被覆でもよいし、凝集体であっても非凝集体であってもよい。

導電性ナノ粒子は、更に、金属酸化物、金属塩、導電性ポリマー、カーボンブラックの様な炭素誘導体、グラファイト、フラーレン、又は他の炭素同素体で構成されていてもよい。上記粒子の前駆物質又は組合せが採用されていてもよい。

以上に説明されている種類の乳剤及び、導電性トレース１１２を作るためのそれらの使用法は、出願人／譲受人の米国特許出願公報第２００５０２１５６８９号及びＷＯ２００６１３５７３５号に記載されており、それらの開示を参考文献としてここに援用する。得られたパターン１１０とセル１１４の形状は本質的に無秩序である。典型的には、トレース１１２の幅は４０ミクロン未満、高さは２０ミクロン未満、平均セル直径は１０００ミクロン未満であり、場合によってはもっと小さく、例えば５ミクロン程度である。平均セルサイズ対半導体基板の厚さの比は、光起電力セルでは重要な設計特性となり得る。

半導体層の厚さは、材料及び加工費用の面から小さい方が望ましいが、どれほど小さくでき得るかは、光吸収要件（特に薄膜セル）並びに機械的強度（特に結晶質シリコンセル）によって制限される。網目セルのサイズは、それらのシャドーイング及びコンダクタンスへの効果によりセル性能に影響を及ぼし得るため、しかるべく特別仕様化されなくてはならない。

高抵抗材料（例えば、アモルファスシリコン又は有機セル）を用いている光起電力デバイスでは、オーム抵抗損失を低くする上で小さい網目セルサイズが望ましい／必要である。その様なデバイスでは、網目セルに半導体層の厚さ程度のサイズを持たせれば、セルの中央からの電荷キャリアの横運動と関係付けられる抵抗の大きさが、概ね半導体層内のキャリアの縦運動と関係付けられる抵抗以下になり、即ち、小さな網目セルではキャリアが移動する経路長は、横方向が縦方向以下になる。網目セルの直径が大きいほど、実質的により大きなオーム損失が発生し、よって一般的に好ましくない。

結晶質シリコンウェーハの様な低抵抗材料を使用している光起電力デバイスは、より大きな網目セルサイズを有することができる。例えば、その様なデバイスの平均セル直径対半導体層の厚さの比は、１：３から１：１の範囲内、好適には１:２とすることができる。

電極層１０８と電極１０４は、典型的に、互いに異なる仕事関数を有するものと理解されている。
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。

色素増感型ソーラーセル（ＤＳＳＣ）を含め、様々な設計では、銀導電性トレースの上に追加の層を作るのに、めっきを使用することができる。用途によっては（例えば、ＤＳＳＣでは）、銀の上にその様な保護層を使用することは有用であろう。

電極層１０８は、電磁スペクトルの可視、ＮＩＲ、ＩＲ、及び／又はＵＶ領域の透過が必要であるデバイスで特に有用である。「透光」という用語は、ここでは、「透明」という用語と置き換え可能に使用されており、少なくとも３０％、好適には少なくとも５０％、更に好適には７０％の透光率をいう。可視光線の透過が必要な用途では、透過率は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲で測定され、より厳密には５５０ｎｍで測定することができる。

電極層１０８の透明度は、ＵＶから近ＩＲまでの波長を通し大凡９０％で比較的均一であるのが望ましい。対照的に、従来型の薄膜ソーラーセルで使用されている典型的なＩＴＯ層は、可視範囲の透明度は大凡９０％であるが、近ＵＶ範囲では、透明度は、４００ｎｍでの８０％から２００ｎｍでの＜１０％へと、波長が下がるにつれ急速に落ち込む（Biyikli他、量子エレクトロニクスにおける選択されたテーマのＩＥＥＥジャーナル、２００４年、第１０巻、第４号、７５９頁（Biyikli et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol 10., No. 4, 2004, 759））。同様に、ＩＲ範囲では、ＩＴＯは透明度が（ＩＴＯの厚さにもよるが）８００ｎｍでの７５％乃至９０％から１１００ｎｍでの４７％乃至８８％へと落ち込む可能性がある。http://www.pgo-online.com/intl/katalog/itotrans.htmlを参照されたい。

本発明の或る好適な実施形態によれば、半導体基板の全体表面１０６の、トレース１１２による遮光のせいで入射光を受け取らない割合は、１５％以下であるのが望ましい。更に、トレース１１２は、肌理と反射防止特性を提供することができる。

特定の機能性を追加する目的、又はトレース１１２の、接着、ドーピング、ガスバリア、耐擦過性、接触及びシート抵抗、又は隣接層への差別的拡散の様な特性を強化する目的で、追加のナノ粒子をトレース１１２内に存在させてもよい。例えば、シリコンベースの半導体層との相互拡散及び接着を支援するためには、ガラスフリット又はサブミクロンのガラスビード又はシリカを乳剤配合物に添加し、トレース１１２内に存在させてもよい。追加的又は代わりに、ドーパント、量子ドット、蛍光材料、及び、金属前駆物質又はポリマー前駆物質の様な他の添加物を、それらが乳剤の堆積及び溶媒蒸発の後にトレース１１２内に存在するように、乳剤に含ませてもよい。例えば、トレース内のドーピング粒子は、半導体基板の様な隣接層の中へ部分的に拡散してゆくかもしれない。これらの機能は、例えばドーピング粒子の隣接層への拡散を強化するための加熱など、様々なやり方で強化されてもよい。アルミニウムは適したドーパントの一例である。

乳剤の有機相中に溶解できる材料は、乳剤が乾くとトレース１１２内へ取り込まれることになり、例えば、接触抵抗を強化するためのガラス前駆物質がそうである。また、乳剤の水相と油相の間の界面に親和性を有する材料は、乳剤が乾くとトレース１１２内へ取り込まれることになる。顔料の様な、乳剤の水相中に溶解できる材料は、セル１１４に析出することになろう。

図１に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、ガラス、紙、セラミック、又は織物の様な、可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。その様な基板は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、環状オレフィンポリマー、コポリマー、又はそれらの混合物、の様なポリマーを含んでいてもよい。デバイスは、平坦な表面で形成されていても湾曲した表面で形成されていてもよい。半導体基板は、粗面及び／又は非平坦面を有することもできる。

次に図２を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層２０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル２１４と周囲のトレース２１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

図２の実施形態では、電極層２０８のセル２１４には、透光性フィラー２１５が充填されている。適したフィラー材料として、量子ドット、非導電性ポリマー、半導体材料、シリカ、顔料、染料、クロムシフト添加剤、金属酸化物及び／又はそれらの前駆物質、導電性ポリマー及び／又はそれらの前駆物質を挙げることができる。フィラー２１５は、透過光のスペクトルを変化させる粒子、即ち、デバイスのアクティブな光起電力層に対する適合性がより高いスペクトルの光を発する粒子を備えるようにすれば、それによりデバイスの効率が高まる。

フィラー２１５は、機械的保護、特に、耐摩耗又は耐擦過保護の他、湿気、酸素、又は紫外線、或いは他の環境構成体に対する防護を提供することができる。
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。

フィラー２１５には、反射防止機能を持たせることもできる。例えばガラスフリット又はガラス球、シリコン窒化物、シリコン一酸化物又は二酸化物、チタン二酸化物、又は亜鉛酸化物の添加などの様に、反射防止材料がフィラーに組み込まれていてもよい。表面２１６に肌理を持たせる又は表面２１６の材料の屈折率を変えることによっても、反射防止特性を提供することができる。一例として、吹き付け又は化学気相蒸着の様な簡易な技法を使用して、層中数百ナノメートル厚さにＴｉＯ_２の反射防止コーティングを設けてもよい。

図１のデバイスの場合と同じく、図２に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図３を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層３０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル３１４と周囲のトレース３１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

半導体基板３００、電極３０４、電極層３０８、及びフィラー３１５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。しかしながら、フィラー３１５が導電性トレース３１２のパターン３１０を覆って延在しているのが、図３の実施形態に特有の特徴である。フィラー３１５は、トレース３１２の高さより上に広がる平滑な全体表面３１６を作り出している。

図１及び図２のデバイスの場合と同じく、図３に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図４を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層４０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル４１４と周囲のトレース４１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

フィラー４１５を覆って、そして導電性トレース４１２のパターン４１０を覆って、追加の材料層４１７が設けられていることが図４の実施形態に特有の特徴である。追加の層４１７の組成は、量子ドット、非導電性ポリマー、半導体材料、シリカ、顔料、染料、光改質剤、金属酸化物及び／又はそれらの前駆物質、導電性ポリマー及び／又はそれらの前駆物質を含んでいてもよく、同層はフィラー４１５とは少なくとも部分的に異なっている。層４１７は、トレース４１２の高さより上に広がる平滑な全体表面４１６を有しているのが望ましい。層４１７には、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採用されていてもよい。層４１７は、追加の透明導電性層であってもよい。

層４１７の材料には、反射防止機能を持たせることもできる。例えばガラス球、シリコン窒化物、シリコン一酸化物又は二酸化物、チタン二酸化物、又は亜鉛酸化物の添加などの様に、反射防止材料が材料に組み込まれていてもよい。表面４１６に肌理を持たせる又は表面４１６の材料の屈折率を変えることによっても、反射防止特性を提供することができる。一例として、吹き付け又は化学気相蒸着の様な簡易な技法を使用して、層中数百ナノメートルの厚さにＴｉＯ_２の反射防止コーティングを設けてもよい。

図１−図３のデバイスの場合と同じく、図４に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図５を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層５０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル５１４と周囲のトレース５１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

図５の実施形態によれば、半導体基板５００の表面５０６を覆って、追加の材料層５０７が形成されており、当該材料は、必ずしもというわけではないが、導電性又は半導電性のポリマーであるのが望ましい。

例えば、半導体表面５０６を覆って、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又は関連ポリマーの層５０７を設けることができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、透明、導電性であり、デバイスから電荷を運び出すのを支援することができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、スピンキャスティングで塗工することができる。

半導体表面５０６への層５０７の相互拡散及び接着を強化するのに、ガラスフリット又はサブミクロンのガラスビード又はシリカが層５０７内に含まれていてもよい。
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。

層５０７は、接着を支援し、電極層５０８のコーティング特性が良好になるように、下塗材料を含んでいてもよい。
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１−図５のデバイスの場合と同じく、図５に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図６を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層６０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル６１４と周囲のトレース６１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

本発明のこの実施形態によれば、半導体基板６００を覆って、追加の層６０７が形成されている。層６０７は、図５の層５０７に対応しており、図５に関連して説明されている通りである。

図１−図５のデバイスの場合と同じく、図６に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

ここで光起電力セルの単一面に透明電極を作る場合に用いられている概念は、光起電力セルの互いに反対側の面に一対の透明電極を作る場合に非常に似通ったやり方で使用してもよいことに注目されたい。その様なセルは、どちらの側から照射された場合でも光を生成する能力があること（いわゆる両面セル）、又は、設計を適合させることで、光に対して部分的に透明となり、恐らくは、窓と電力発生器を兼ねた同時使用が可能になる、という利点がある。同様に、３つの電極を含め、図７と図８に示されている更に複雑な幾何学形状が可能であり、以下はその説明である。

次に図７を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層７０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル７１４と周囲のトレース７１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

図７に示されている実施形態では、電極層７０８を覆って追加の半導体層７２０が設けられ、追加の半導体層７２０を覆って追加の電極層７２８が設けられており、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７３２のパターン７３０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７３４を画定しているパターン７３０を備えている。電極層７０８の様に、電極層７２８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル７３４と周囲のトレース７３２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

電極層７０８と７２８は、図１の電極層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が、但し、電極層７２８及び電極７０４と電極７０８は、典型的に、互いに異なる仕事関数を有するものと理解されている。

半導体層７００と７２０は、図１の半導体層１００に関連して説明されている材料ではあるが互いに異なる材料を備えていてもよい。図７に示されているデバイスは、異なるバンドギャップを有する異なる半導体材料の２層又はそれ以上の層が積み重ねられて配置された、多接合光起電力デバイスとしても知られているタンデム光起電力デバイスの新規な実施形態である。デバイスの一方の面だけが入射光を直接受け入れる場合、当該の面には、バンドギャップがより高い材料を配し、高エネルギー光子が吸収されるようにするのが望ましい。低エネルギー光子は、より低いバンドギャップ材料又はより高いバンドギャップ材料の下層の材料によって吸収される。

図１−図６のデバイスの場合と同じく、図７に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図８を参照するが、本図は、本発明のもう１つの実施形態による、光を電気に変換するためのデバイスの簡略図である。
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。

上で図１の電極層１０８に関連して説明されている様に、電極層８０８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル８１４と周囲のトレース８１２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

図８に示されている実施形態では、電極層８０８とフィラー８１５を覆って表面８１６に追加の半導体層８２０が設けられている。追加の半導体層８２０を覆って、追加の電極層８２８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で形成されている導電性トレース８３２のパターン８３０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８３４を画定しているパターン８３０を備えている。

電極層８０８の様に、電極層８２８は、導電性ナノ粒子を含有するコーティングされた乳剤から形成されているのが望ましい。透光性セル８３４と周囲のトレース８３２は、網目様の特徴を有しており、光学顕微鏡で観察可能である。

図８の実施形態によれば、セル８３４には、透光性フィラー８３５が充填されている。フィラー８３５は、図２のフィラー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８に示されているデバイスは、図７に関連して説明されているタンデム光起電力デバイスのもう１つの実施例であり、フィラー８１５とフィラー８３５が存在していること以外は同実施例と同様である。

図１−図７のデバイスと同じく、図８に示されているデバイスは、単体で動作させてもよいし、図１に関連して説明されている可撓性又は剛性の基板上に形成又は設置されていてもよい。

次に図９を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な、光を電気に変換するためのデバイスを製造するためのプロセスの簡略図である。図９に見られる様に、複数の半導体基板アッセンブリ９００が提供される。基板アッセンブリ９００は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板９０１を含み、同基板上には電極層９０３が形成されており、同電極層は以上に説明されている電極層１０４−８０４の何れと同一であってもよい。典型的に、半導体基板９０１は大凡１ｍｍまでの厚さを有し、電極層９０３は大凡２ミクロンまでの厚さを有している。

半導体基板アッセンブリ９００は、乳剤コーティングステーション９０６へ供給される。乳剤コーティングステーション９０６で、乳剤９０７が、半導体基板アッセンブリ９００の、電極層９０３が形成されている面と反対側の表面９１０に塗工される。

乳剤９０７は、上で図１の実施形態に関連して説明されている通りであり、即ち、水又は水混和相、有機溶媒相、及び、部分的に接合されたときに導電性の性質を持つナノ粒子を含有している油中水乳剤であるのが望ましい。

乳剤９０７は、乳剤コーティングステーション９０６で、糊引、浸漬、スピンコーティング、又は浸し塗りの様な如何なる適した技法によって塗工することもできる。乳剤９０７を塗工するために採用してもよい追加の技法として、例えば、バーコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、グラビア印刷、ロールコーティング、及びブレードコーティングが挙げられる。乳剤コーティングステーション９０６では、単回通過又は多数回通過コーティング設備を利用した研究室規模又は産業用のプロセスを採用することができる。

更に、本発明の１つの実施形態によれば、乳剤を、コーティングが施される表面９１０に糊引する工程では、１乃至２００ミクロン、より望ましくは５乃至２００ミクロンの湿潤時乳剤厚さになる。

乳剤９０７を堆積させる表面９１０は、例えば、加熱、エッチング、コロナ処理、又は酸化、或いはそれらの組合せによって、前処理されていてもよい。表面９１０は、予備コーティングが施されていてもよく、例えば、最初に適した下塗剤でコーティングされてもよい。

乳剤を表面に塗工する工程が、コーティング器具による表面への直接接触無しに行われ得ることが、本発明に特有の特徴である。例えば、ナイフギャップコーター、エアナイフコーター、コンマコーター、スロットダイ、又はカーテンコーターを使用するコーティングは、コーティング器具による基板表面９１０との直接接触を必要としない。これは、典型的に基板との直接接触を伴うスクリーン印刷、グラビア印刷、及びバーコーティングとは対照的である。非接触式印刷技法が採用された場合、基板表面９１０に存在する脆弱で傷つき易い機構が損傷又は変形する傾向はより少なくなる。

本発明の或る好適な実施形態によれば、この後に以下の工程、即ち、乳剤９０７を表面９１０に塗工する工程と、加熱を用いるか否かは問わず乳剤９０７から溶媒を蒸発させる、参照番号９１２で表わされている工程と、約室温から約８５０℃までの範囲内の温度で残されたコーティングを焼結する、参照番号９１４で表わされている工程と、が続き、それにより、表面９１０の上に電極層９２０が提供される。焼結工程は、雰囲気圧で行われるのが望ましい。

代わりに又は追加的に、参照番号９１４で表わされている焼結プロセスの全部又は一部分は、焼結プロセスを生じさせる化学薬品の存在下に行うこともできる。適した化学薬品の例として、ホルムアルデヒド又は酸、例えばギ酸、酢酸、及び塩酸などが挙げられる。化学薬品は、堆積させた粒子が曝露される蒸気又は液体の形態であってもよい。代わりに、その様な化学薬品は、堆積に先立って、ナノ粒子を含んでいる組成物に組み入れられていてもよいし、ナノ粒子を基板に堆積させた後に同粒子上に堆積させてもよい。

プロセスは、参照番号９１６で表わされている焼結後処理工程を含んでいてもよく、同工程で、電極層９２０は、更に焼結され、焼鈍され、又はそうでなければ、熱、レーザー、ＵＶ、酸、又は他による処理、及び／又は金属塩、塩基、又はイオン液体の様な化学薬品への曝露を使用して後処理されてもよい。処理された電極層９２０は、水又は他の適した液体で洗浄されてもよい。

電極層９２０は、図１−図８に関連して述べられている様に、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のパターンであって、概して光に対して透明であって光学顕微鏡で観察可能である無秩序な形状のセルを画定しているパターンを特徴としている。

電極層９２０は、更に、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／平方以下であることを特徴としている。シート抵抗は、電極層９２０を電解めっきするなどの技法を使用すれば、更に小さくすることができる。

電極層９２０の形成には、約３５０℃までの温度の低温堆積及び処理方法論を採用してもよい、ということも本発明に特有の特徴である。低温液相加工は、比較的低費用で実施することができ、特に、電極層９２０が大型表面９１０に形成されようとしている場合はそうであり、或る特定のポリマー基板の様な熱感応性基板が使用できるようになる。

更に、異なるセルサイズを獲得し、それらを調節して最適光起電力デバイス性能を得るために、電極層９２０の形成を制御することができることも本発明に特有の特徴である。
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。

次に図１０を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図である。図１０に見られる様に、複数の半導体基板アッセンブリ１０００が提供される。基板アッセンブリ１０００は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板１００１を含んでいる。典型的に、半導体基板１００１は大凡１ｍｍまでの厚さを有している。

半導体基板アッセンブリ１０００は、乳剤コーティングステーション１００６へ供給される。乳剤コーティングステーション１００６で、乳剤１００７が、半導体基板アッセンブリ１０００の表面１０１０に塗工される。

上で述べられている様に、乳剤１００７は、水又は水混和相、有機溶媒相、及び、部分的に接合されたときに導電性の性質を持つナノ粒子を含有している油中水乳剤であるのが望ましい。

乳剤１００７は、乳剤コーティングステーション１００８で、上で図９に関連して説明されているのと同様のやり方で塗工することができ、乳剤１００７を堆積させる表面１０１０は、先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（１０１２）、焼結（１０１４）、及び実施可能な焼結後処理工程（１０１６）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、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。

電極層１０２０の形成工程の下流で、その上に電極層１０２０が形成された半導体基板１０００はひっくり返され、電極層１０２０を図１０の意味で下向きにして、乳剤コーティングステーション１０２６へ給送されるのが望ましい。乳剤コーティングステーション１０２６で、乳剤１０２７が半導体基板アッセンブリ１０００の電極層１０２０が形成されている面とは反対側の表面１０３０に塗工される。

乳剤１０２７は、上で乳剤１００７に関連して説明されている油中水乳剤であるのが望ましいが、乳剤１００７から形成された電極層とは異なる仕事関数を有する電極層を提供するべく選択されている。

乳剤１０２７は、乳剤コーティングステーション１０２６で、乳剤１００７に関連して先に説明されている様に塗工することができる。
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。

電極層１０２０と電極層１０４０は、典型的に、互いに異なる仕事関数を有しているものと理解されている。当該プロセスによって半導体基板の互いに反対側に設置された少なくとも２つの透光性の電極を備えたデバイスが提供されることが、図１０の実施形態の特有の特徴である。

次に図１１を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、本発明のもう１つの実施形態によるロール・ツー・ロールプロセスの簡略図である。図１１に見られる様に、連続する半導体基板アッセンブリ１１００が提供される。基板アッセンブリ１１００は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板１１０１を含み、同基板上には電極層１１０３が形成されており、同電極層は以上に説明されている電極層１０４−８０４の何れと同一であってもよい。

半導体基板アッセンブリ１１００は、乳剤コーティングステーション１１０６へ供給される。乳剤コーティングステーション１１０６では、乳剤１１０７が半導体基板アッセンブリ１１００の電極層１１０３が形成されている面とは反対側の表面１１１０に塗工される。

乳剤１１０７は、上で乳剤９０７に関連して説明されている油中水乳剤であるのが望ましい。
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。

乳剤１１０７を堆積させる表面１１１０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１１０７が塗工された後、溶媒の蒸発（１１１２）、焼結（１１１４）、及び実施可能な焼結後処理工程（１１１６）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１１２０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。

連続する半導体アッセンブリは、可撓性のポリマー、プラスチック、又はエラストマー構造の様な可撓性材料、又は織物、紙、又は繊維の裏張り、又は金属箔又は可撓性ガラスで被膜された材料の可撓性ウェブ上に形成されていてもよいものと理解されている。可撓性基板は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、コポリマー、又はそれらの混合物の様なポリマーを含んでいてもよい。

次に図１２を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図である。図１２に見られる様に、半導体基板アッセンブリ１２００が提供される。基板アッセンブリ１２００は、連続形態で提供されていてもよいし、複数の個々の基板として提供されていてもよい。基板アッセンブリ１２００は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板１２０１を含み、同基板上には電極層１２０３が形成されており、同電極層は、以上に説明されている電極層１０４−８０４の何れと同一であってもよい。

半導体基板アッセンブリ１２００の表面１２１０は、電極層１２０３が形成されている面とは反対側である。表面１２１０は、エッチング、きさげ加工、マーキング、リソグラフィー、又は他の適した方法によって事前に形成されているパターンチャネルを保有していることが、図１２の実施形態の特有の特徴である。チャネルは表面１２１０上のパターン１２０５を形成している。これらのチャネルは、乳剤が表面１０に塗工され、溶媒が蒸発した後、乳剤中のナノ粒子が差別的にチャネルに集合するように仕向ける。

半導体基板アッセンブリ１２００は、乳剤コーティングステーション１２０６へ供給される。乳剤コーティングステーション１２０６で、乳剤１２０７が、半導体基板アッセンブリ１２００の表面１２１０に塗工される。

乳剤１２０７は、上に説明されている油中水乳剤であるのが望ましい。乳剤１２０７は、乳剤コーティングステーション１２０６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。

乳剤１２０７を堆積させる表面１２１０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１２０７が塗工された後、溶媒の蒸発（１２１２）、焼結（１２１４）、及び実施可能な焼結後処理工程（１２１６）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１２２０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１２０７から溶媒が蒸発すると、残されたコーティング中のナノ粒子が、差別的にパターン１２０５のチャネルを充填するか又は少なくとも部分的に充填することが、図１２の実施形態のもう１つの特有の特徴である。

次に図１３を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な光を電気に変換するためのデバイスを製造するための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図である。図１３に見られる様に、或る基板アッセンブリ又は複数の基板アッセンブリ１３０２が提供される。

基板アッセンブリ１３０２は、可撓性であっても剛性であってもよく、例えば、ガラス、紙、セラミック、及び織物などであってもよい。その様な基板は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、コポリマー、又はそれらの混合物の様なポリマーを含んでいてもよい。基板１３０２は、平坦な表面を有していても湾曲した表面を有していてもよく、同表面は、平滑であってもよいし、粗くてもよい。基板１３０２は、透光性であってもよい。

基板アッセンブリ１３０２は、乳剤コーティングステーション１３０６へ供給される。乳剤コーティングステーション１３０６で、乳剤１３０７が、基板アッセンブリ１３０２の表面１３１０に塗工される。

乳剤１３０７は、上に説明されている油中水乳剤であるのが望ましい。乳剤１３０７は、乳剤コーティングステーション１２０６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。

乳剤１３０７を堆積させる表面１３１０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１３０７が塗工された後、溶媒の蒸発（１３１２）、焼結（１３１４）、及び実施可能な焼結後処理工程（１３１６）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１３２０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。

電極層１３２０の形成工程の下流で、或る半導体基板アッセンブリ１３３０又は複数の半導体基板アッセンブリ１３３０は、製作ステーション１３３２へ供給される。基板アッセンブリ１３３０は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板１３３１を含み、同基板上には電極層１３３３が形成されており、同電極層は、以上に説明されている電極層１０４−８０４の何れと同一であってもよい。

製作ステーション１３３２では、基板アッセンブリ１３３０が電極層１３２０上に、半導体基板１３３１が電極層１３２０と電気接触するように置かれる。諸部分が組み合わされて光起電力デバイス１３３６を形成する。

乳剤１３０７を基板の上にコーティングするか又は別のやり方で堆積させて電極１３２０を形成し、次いで、別の製作工程で、電極１３２０を備えたコーティング後の基板を光起電力デバイスの事前に製作済みの部分と一体化させることが、図１３の実施形態の特有の特徴である。

次に図１４を参照するが、本図は、図１−図８の何れかに示されているデバイスの様な光を電気に変換するためのデバイスを作るための、もう１つの実施形態によるプロセスの簡略図である。図１４に見られる様に、或る基板アッセンブリ又は複数の基板アッセンブリ１４０２が提供される。

基板アッセンブリ１４０２は、可撓性であっても剛性であってもよく、例えば、ガラス、紙、セラミック、及び織物などであってもよい。その様な基板は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、コポリマー、又はそれらの混合物の様なポリマーを含んでいてもよい。基板１４０２は、平坦な表面を有していても湾曲した表面を有していてもよく、同表面は、平滑であってもよいし、粗くてもよい。

基板アッセンブリ１４０２は、乳剤コーティングステーション１４０６へ供給される。乳剤コーティングステーション１４０６で、乳剤１４０７が、基板アッセンブリ１４０２の表面１４１０に塗工される。

乳剤１４０７は、上に説明されている油中水乳剤であるのが望ましい。乳剤１４０７は、乳剤コーティングステーション１２０６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。

乳剤１４０７を堆積させる表面１４１０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１４０７が塗工された後、溶媒の蒸発（１４１２）、焼結（１４１４）、及び実施可能な焼結後処理工程（１４１６）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１４２０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ており、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。

電極取り剥がしステーション１４２２で、電極層１４２０が、基板アッセンブリ１４０２から分離され、別体の電極層１４２６となる。電極層１４２０の基板アッセンブリ１４０２からの分離は、削ぎ取り、剥離、ナイフ切離、又は浮かしの様な物理的方法によって、又は離型剤の溶解又は加熱の様な化学的方法によって達成されてもよい。離型剤又は離型層を存在させるというやり方又は接着剤を存在させないというやり方も、電極層１４２０の取り剥がしを可能にするのに使用することができる。

プロセスは、導電性トレースのパターン内の透光区域の形状が変わるように電極層１４２６を引き伸ばすか又は変形させる、参照番号１４２８で表わされている変形工程を含んでいてもよい。例えば、引き伸ばしは、パターン１４４０で示されている様にパターン内のセルの向きを合わせアスペクト比を大きくすることができる。

パターン１４２０又は１４４０を有する分離された電極層１４２６は、半導体基板アッセンブリ１４３０へ移されてもよい。基板アッセンブリ１４３０は、以上に説明されている半導体基板１００−８００と同様の半導体基板１４３１を含み、同基板上には電極層１４３３が形成されており、同電極層は、以上に説明されている電極層１０４−８０４の何れと同一であってもよい。追加の処理工程を、図９に関連して説明されている様に実施することもできる。

次に図１５を参照するが、本図は、本発明による透明導電性コーティングの光学顕微鏡写真である。基板は、標準的なｎドープ型（Ｐ）４インチＳｉウェーハで構成されている。基板は、乳剤塗工前に、硫酸３：過酸化水素１の溶液（標準的ピラニア溶液）中で少なくとも２分間処理した。硫酸濃度は９７％、過酸化水素濃度は３％であった。ピラニア処理は、表面の洗浄及び表面のヒドロキシル基の密度を高めて表面の親水性を高めるのに役立つ。この試料では、以下の乳剤調合物、即ち、
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。

コーティングは、セロハンテープから形成されている２つのスペーサを用いて表面から５０ｕｍの距離に維持されているMayer rod #4を使用して塗工した。塗工されたコーティングの総湿潤時厚さは、約６０ｕｍであった。試料は、乾燥後に、８００℃で焼き付けた。この試料のシート抵抗は、〜１オーム／平方であり、透明度は８１％であった。当該透明度は、光学顕微鏡から画像処理ソフトウェアImageJを使用して計算したものであり、ＴＣＣトレースによるシャドーイングを被らない表面の割合をいう。

当業者には理解されるであろうが、電磁スペクトルの可視、ＮＩＲ、ＩＲ、及び／又はＵＶ領域の透過を必要とする他のデバイス、例えば、光ダイオード、光伝導体、光センサー、有機発光ダイオードを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びレーザー、並びに、無機トランジスタ、有機トランジスタ、又はハイブリッドトランジスタを含む特化トランジスタを含めたデバイスは、本発明で使用されているパターン透明電極を使って作ることができる。本発明を利用することのできる他の用途としては、限定するわけではないが、以下の部類、即ち、印刷型電子機器、ディスプレイのバックプレーン及びタッチスクリーン、及び大面積又は小面積の可撓性用途が挙げられる。可撓性用途には、更に、大面積アレイ、生地又は活動的衣服、可撓性ディスプレイ、及び電子ペーパー（電子ブック、定期刊行物、新聞）が含まれる。用途としては、更に、低費用又は使い捨て式のセンサー又は光学デバイスを含め、保健医療、安全、又は保安に使用される監視用又は検出デバイスの他、タグ、標識、又はＲＦＩＤ構成要素をパッケージへ組み込む場合の様なスマートパッケージングが挙げられる。本発明は、軍事、キャンプ、又は、遠隔又は仮施設の様な屋外環境及び屋外設備用のデバイス、又は海洋又は宇宙空間用のデバイスで使用することもできる。本デバイスは、ロケット、航空機、又は軍需品の様な各種軍事構造物で使用することもできる。加えて、当該技術は、スマートウインドウ及びペインの様な建築用途で、又は半導体デバイスの一部として機能する特殊塗料及びコーティングで、採用することもできる。

１００ 半導体基板
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

米国特許第６９５１７７０号 米国特許第５４７６５３５号 国際特許出願ＷＯ２００４／０００４９１Ａ２号 米国特許出願第２００５０２１５６８９号 国際特許出願ＷＯ２００６／１３５７３５号

Biyikli他、量子エレクトロニクスにおける選択されたテーマのＩＥＥＥジャーナル、２００４年、第１０巻、第４号、７５９頁（Biyikli et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol 10., No. 4, 2004, 759） http://www.pgo-online.com/intl/katalog/itotrans.html

Claims (22)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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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