ソーラーターフ：太陽エネルギーを捕捉する人工芝
ソーラーターフユニットは、複数のソーラーブレードであって、各ブレードは、作用電極と対電極との間に配置されこれらを電気的に接続するドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含み、上記電極の少なくとも一方が透明であり、同様若しくは異なる色、具体的には緑色を呈する同様若しくは異なるＤＡ-ＣＰを有する複数のソーラーブレードを有する。また、当該ソーラーターフユニットは、セパレーターにより分離された第１導電性表面と第２導電性表面とを含むインターコネクションストリップを有する。上記作用電極を上記第１導電性表面に対して電気的に接続し、上記対電極を上記第２導電性表面に対して電気的に接続する。当該ソーラーターフユニットは、電気出力を獲得するため、光エネルギーを捕捉する装置に組み込まれる。当該ソーラーターフユニットは、芝生、若しくは他の植物、菌類、岩若しくは動物の外観を有していてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００７年１１月２８日に出願された米国仮出願第６０/９９０,８０７の利益を主張する。当該出願は、ここにおいて、すべての図表、図面を含め全体を引用して援用する。
【背景技術】
【０００２】
人工芝は、耐久性を有し実質的にメンテナンスフリーオペレーションであることから、スポーツ競技場において、また造園分野において、使用されてきた。これは、特に水の使用が極めて高価である地域において興味深いものである。人工芝に到達する太陽光は一般的に利用されていない。太陽光を有益なエネルギーに変換するため、大表面積の人工芝を用いることは経済的に非常に価値があることであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、太陽光を電気に変換することができる、ランドスケープに共通する(common to landscapes)人工芝若しくは他の商品、並びに光を捕捉することができる人工芝を作製するに必要とされる材料若しくは方法を提供することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一の態様は、光捕捉人工芝の一組のソーラーブレードに関連し、各ソーラーブレードは、ソーラーセルとして機能し、当該ソーラーセルは、作用電極と、対電極と、を有し、該対電極は、複数のドナー反復ユニットがアクセプター反復ユニットに結合した少なくとも１種のドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含有する材料付近に配置されている。当該ＤＡ-ＣＰは、１以上の溶媒に対して溶解性を有し、中性の状態において緑色を有する。当該ソーラーブレードは柔軟性を有し、芝生として機能しうる。
【０００５】
当該ＤＡ-ＣＰは、置換されたジオキシ複素環系ドナー官能基を有し、当該ジオキシ複素環は、アルキレンジオキシチオフェン、具体的には３，４-プロピレンジオキシチオフェン等のジオキシチオフェンであってもよい。アクセプターは、置換され若しくは置換されていないベンゾチアジアゾール、チアジアゾロキノキサリン、キノキサリン、チエノチアジアゾール、チエノピラジン、ピラジノキノキサリン、ベンゾビスチアジアゾール若しくはチアジアゾロチエノピラジン等の電子欠乏芳香族ユニットであってもよい。
【０００６】
本発明の別の態様には、光捕捉人工芝ユニットを作製する方法であって、１以上のソーラーブレードとインターコネクションストリップとの間の一対の導電性界面において、当該インターコネクションストリップに複数のソーラーブレードを取り付ける工程を有する方法が含まれる。人工芝ユニットは、電気絶縁性及び環境安定性を得るため、保護層を有していてもよい。
【０００７】
主発明は、さらに、太陽光照射時において、所望の電気シグナルを得るため、１以上の光捕捉人工芝ユニットを組み立てることによって作製される光捕捉人工芝デバイス並びに当該光捕捉人工芝デバイスを用いた太陽エネルギーの収集方法を提供する。
明細書に包含され当該明細書の一部を構成する添付の図面は、当該明細書とともに、本発明のいくつかの実施の形態を例示し、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明のある実施の形態に係るソーラーブレードを作製する具体的な方法を示す。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るいくつかの具体的なポリマーの光吸収スペクトルを示す。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るソーラーブレードの作製のために使用される２つの具体的なＤＡ-ＣＰの写真及び化学構造を示す。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る組み立てられた光捕捉人工芝ユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
具体例が添付の図面に示された、本発明の実施の形態を参照する。同一若しくは同等の部材を参照するため、可能な限り、全図面を通して同一の参照番号を用いる。以下の詳細な説明において、添付の図面を参照する。当該添付の図面は、発明の詳細な説明の一部を構成し、本発明が実施される特定の実施の形態を例示することにより示されている。
【００１０】
いくつかの実施の形態において、ここで"ソーラーターフ"と称される光捕捉人工芝が提供される。当該ソーラーターフは、ここで"ソーラーブレード"と称される１以上の光捕捉人工ブレードを備える。また、当該ソーラーターフを製造する方法及び材料を提供する。当該技術の利点は、所望の緑色、その代替の色、若しくは複数の色を呈しうるソーラーターフからの電気シグナルの発生により、既存の人工芝では不可能な経済的利益を獲得することができることである。ソーラーターフ及びソーラーブレードなる用語は光捕捉人工芝生を意味し、いくつかの実施の形態は光捕捉芝生に関するけれども、本発明の実施の形態はそのように限定されるものではない。当該ソーラーターフユニットは、植物、菌類、岩、砂、若しくは動物の一部の形状を有していてもよく、太陽光捕捉デバイスは、製造を容易にし表面領域を最適化し複数の角度及び方向から太陽光を吸収することを可能とするマルチサーフェスを有するマルチユニットに分割されるような方法で作製されうる、自然の若しくは人工のランドスケープの一部である。したがって、ソーラーターフは、ソーラーセルのための新たなフォームファクターを提供することができ、造園及びソーラーセル産業の両方にとって新規なオプションを提示することができる。
【００１１】
特に、各ソーラーブレードは、作用電極、対電極、及び、当該作用電極及び対電極上にあって光活性領域において挟持された光活性材料を含みうる。当該ソーラーブレードは、吸収された光（具体的には太陽光）を電気に変換することができ、ある所望の色を呈しうる。さらに、電気的に組みつけられインターコネクションストリップに接続された１以上のソーラーブレードを含む一ユニットのソーラーターフを形成することができる。さらに、光照射時に所望の電圧及び／又は電流等の所望の電気出力を獲得するため、並列接続及び／又は直列接続のコンビネーションを介する１以上のソーラーターフユニットを有するソーラーターフデバイスを作製することができる。
【００１２】
様々な実施の形態において、ソーラーブレードは、以下に限定される訳ではないが、草、植物、樹木及び低木若しくは所望のあらゆるフォーム／形状を含む様々な形状で構成してもよい。光活性材料は、青、赤、緑及び黒等の別の色を有していてもよい。例示を容易にするため、本発明のいくつかの実施の形態は、緑色を有する芝生の形態、代替の装飾品若しくは他の色若しくは色のコンビネーションのランドスケープの形態のソーラーブレードを参照しながら説明する。
【００１３】
図１Ｄは、ある実施の形態に係るソーラーブレード１００の具体的な構造を示している。ソーラーブレード１００は、作用電極１１０、対電極１２０、及び例えば少なくとも１種のＤＡ-ＣＰ１３０を含む光活性材料を有していてもよい。当該作用電極は、導電性表面１１２を含んでいてもよく、図１に示すように、基板１１４を含んでいてもよい。上記対電極は、導電性表面１２２を含んでいてもよく、図示のように、基板１２４を含んでいてもよい。作用電極１１０及び対電極１２０は、光活性材料１３０が導電性表面１１２及び１２２に接触する光活性領域において電気伝導性を有する。ソーラーブレード１００は、以下の工程に従って作製することができる：基板１１４上に導電性表面１１２を有する作用電極１１０を形成する工程（図１Ａ）；光活性領域において作用電極上に光活性材料１３０を形成する工程（図１Ｂ）；基板１２４上に導電性表面１２２を有する対電極１２０を形成する工程（図１Ｃ）；ソーラーブレード１００を完成させるため、上記対電極に対して上記作用電極を重ね合わせる工程（図１Ｄ）。図１は、ソーラーブレードの構成要素の相対的な大きさ及び形状を推測することを意図したものではなく、必ずしも縮尺通りに描写されていない。いくつかの実施の形態では、２つの電極１１０及び１２０は、自立して立っており、基板は必要とされない。本発明の他の実施の形態では、作用電極若しくは対電極のいずれか一方が、例えばＤＡ-ＣＰを含むコンタクト光活性材料が均一に析出された導電性コアであるソーラーブレードを作製してもよい。補助的な対電極若しくは作用電極として機能させるため、コンタクト導電体を光活性材料上に析出させてもよい。このように作製されたソーラーブレードは、導電性コアが所望のように作製された一般的な形状をとりうる。ソーラーブレードは、もし望まれるならば、実質的にファイバーであってもよい。本発明のいくつかの実施の形態においては、電極を光活性材料付近に組み込んだ後ソーラーブレードを被覆してもよい。当該被覆は、水分、酸素及び／又は光に対するバリアーとして機能しうる。当該被覆若しくは他のバリアーは、反射防止のため、若しくは所望の波長の複数内反射を促進しソーラーブレードの効率を向上させるため使用してもよい。
【００１４】
当該電極における基板は同様の材料から構成されていてもよい。当該基板は、好ましくは透明であり、例えばポリエステル（具体的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ））、硫化ポリフェニレン（ＰＳＳ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン酸塩、ポリエーテルスルホン酸塩若しくは他のすべての派生体から構成されていてもよい。後でソーラーブレードをインターコネクションストリップに組み込んでソーラーターフユニットを作製することを容易にする所望のあらゆる形状に基板を成形してもよい。本発明のいくつかの実施の形態において、ソーラーブレードから構成されるソーラーターフデバイスにおいて、芝生に特有のトラフィックを支持するため、ソーラーブレードは十分な柔軟性及び耐性を有する。図１Ｄに示した本発明のある実施の形態では、各ソーラーブレードは、一方若しくは両方の電極を有し、当該電極は、外部回路に対する電気接続がソーラーブレードのステム部分を介して各電極に対して独立的になされるように光活性領域まで延びるステムを有する。ソーラーブレードの電極を電気的に接続する他の手段は、当業者によって容易に予想される。各ステムと光活性領域は、様々な断面形状、例えば矩形、多角形、楕円、若しくは円形であってもよく、様々な厚さを有していてもよい。本発明のいくつかの実施の形態において、基板は、例えば約１０マイクロメートル〜２００マイクロメートル、又は約１５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの厚さを有していてもよい。一又は複数のステムは、ソーラーターフユニットにおいてソーラーブレードを機械的に取り付ける際に有用であり、複数のソーラーブレードをソーラーターフユニットに接合することができる電気接続を確実なものとして、インターコネクションストリップ上のあるサイトに対して形状を適合させてもよい。
【００１５】
各電極の導電性表面は、上記基板上に析出した電極層であってもよい。作用電極及び対電極の電極層は、それぞれ例えばアノード、カソードとして機能させるために使用してもよい。当該電極層は、以下に限定される訳ではないがＩＴＯ（具体的にはインジウム錫酸化物）等の高導電性金属酸化物、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（具体的には、ポリ（３，４-エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸塩））等の導電性ポリマー、及び／又は他の全ての導電性並びに光学的透明性の材料を含む透明の導電性材料を用いて作製することができる。適当な技術を用いて電極層を具体的には印刷、析出、被覆して、ステムの両面及び電極の活性領域を被覆することができる。
【００１６】
上記光活性領域に光活性材料を形成若しくは析出させることができ、（具体的には、ソーラーターフユニットのインターコネクションストリップにその後電気的に接続するため、）上記導電性ステム表面を露出した状態に保つ。当該光活性材料は、例えば、印刷、コーティング、若しくは当該技術分野における当業者に知られた析出プロセスを用いて形成若しくは析出させてもよい。当該光活性材料は、１又はそれ以上の光活性材料層を有していてもよい。各ソーラーブレードに組み込まれた光活性材料は太陽光を吸収し、さらに吸収した太陽光を電気に変換する。本発明のある実施の形態では、当該光活性材料は、アクセプター官能基に結合された複数のドナー官能基を含む複数の反復ユニットを有する少なくとも１種のＤＡ-ＣＰを含有していてもよい。当該ＤＡ-ＣＰは、１以上の溶媒、例えばメチレンクロライド、クロロホルム、テトラクロロエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ピリジン、エチルアセテート、ブタノール、エタノール、メタノール、アセトニトリル、アセトン、イソプロパノール、水、及びそれらの混合物に対して溶解性を有していてもよい。当該ＤＡ-ＣＰは、複数の置換されたジオキシ複素環系ドナー官能基を有していてもよく、アクセプター官能基は電子欠乏芳香族であってもよい。
【００１７】
適切なドナーアクセプター高分子の具体例には、以下の式Ｉの構造反復ユニットを有するポリマーが含まれていてもよい：
【化１】
ここで、Ｒ１及びＲ２は、アルキル基、例えばＣ１〜Ｃ１０のアルキル基から独立して選択してもよい。ある実施の形態においては、Ｒ１及びＲ２は、メチル基、ヘキシル基若しくは他の適当な官能基から選択してもよい。
【００１８】
適切なドナーアクセプターポリマーの他の具体例には、以下の式IIの構造反復ユニットを有するポリマーが含まれていてもよい：
【化２】
ここで、Ｒ３及びＲ４は、アリール基、例えばフェニル基、ベンジル基、トリル基若しくは他の適当な官能基から選択してもよい。ある実施の形態では、ＤＡ-ＣＰポリマーは、式IIの反復ユニットのホモポリマーであってもよい。そのような具体的なホモポリマーは、ポリ[２，５ビス（２エチレンジオキシチエニル）ジフェニルピリドピラジン]である。
【００１９】
様々な実施の形態において、ソーラーブレード１００のための光活性材料として使用されうる付加的な具体的な共役高分子は、２００８年１０月２９日に出願された同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１５９９（Beaujugeら、"緑-透過可溶性エレクトロクロミック高分子"）に開示されている。これは、２００７年１０月３０日に出願された米国仮出願第６１／０００,９０８の利益を主張する。これらの開示内容は、ここで全体として引用して援用する。様々な実施の形態において、ソーラーブレード１００のための光活性材料として使用されうる付加的で具体的な共役高分子は、２００８年１０月２９日に出願された同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１６０６（Beaujugeら、"高透過性の酸化状態の黒色可溶性共役高分子"）に開示されている。これは、２００８年３月１９日に出願された米国仮出願第６１／０７０,１０２の利益を主張する。
【００２０】
当該光活性材料は、多くのバリエーションを含む色彩の中において緑色であってもよい。開示された光活性材料は、中性状態において緑色を含んでいてもよく、これは、約１５から大きな値（具体的には６０）まで及ぶ負の"ａ"値；約−３０から約＋３０まで及ぶ並列の(concurrent)"ｂ"値を有する、ＣＩＥ Ｌａｂ表色系(color system)によって規定される一定範囲の色を含む緑色を得ることができる。しかしながら、様々な実施の形態において、当該範囲外の緑色を光活性材料のために実現し使用してもよい。いくつかの実施の形態では、光活性材料は、任意の染色成分を含んでいてもよい。
【００２１】
しかしながら、他の色（具体的には黄色、赤色、青色、黒色等）の光活性材料を、開示されたソーラーブレードにおいて使用してもよく、他の色のソーラーターフ若しくはマルチカラーのソーラーターフを作製してもよいことは理解されよう。図２は、宇宙（曲線２１４参照）及び地球（曲線２１６参照）における太陽からのフォトンフラックスを示した具体的な結果を示している。本発明の実施の形態に係る様々な色を有する一連の光活性ＤＡ-ＣＰ、例えばＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒ（ポリ｛５，８-ビス（３，４-エチレンジオキシ-２-チエニル）-２，３-ジフェニルピリド[３，４-ｂ]ピラジン｝）の光吸収スペクトルは、曲線２２０にしたがって吸収し、ＰＢＥＤＯＴ-ＣＮＶポリ（１，２-（２-エチレン ジオキシチエニル）シアノビニレン）は曲線２２２にしたがって吸収し、ＭＥＨ-ＰＰＶ（ポリ[２-メトキシ-５-（２’-エチル-ヘキシルオキシ）-１，４-フェニレンビニレン]）は、曲線２２８にしたがって吸収する。様々な実施の形態において、適切なポリマー若しくはポリマーコンビネーションを選択することにより、太陽の全可視光スペクトル出力からのエネルギーを吸収することができる。例えば、緑色のポリマーを実現するため、電磁気的スペクトルの赤色及び青色領域部分を吸収する材料を同時に含有することが必要である。
【００２２】
ＤＡ複合材料は、様々異なる色相を有する太陽光を吸収することができる。例えば、ＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒは、図２の吸収曲線によって示される色相の中で際立った緑色である。当該吸収曲線は、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにピークを示し、透過ウィンドウが５００〜５５０ｎｍ（緑光）にある。しかしながら、緑色と称される色は、例えばＤＡ-ＣＰの化学構造の僅かな変化により異なる緑を呈しうる。例えば、ＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤは、図３に示すように、緑色のＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒに対して類似する化学反復ユニットを有しうる。図３において、当該構造式を、両方の緑色材料についての写真に隣接して配置している。図示したように、これらの２つの写真を近くで観察した時、両方のポリマーは緑色と称されるが、それらは明確に異なる色相を有するという極めて重要で微妙な相違に気付くであろう。特に、図３の左側のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤは青の成分を含む緑を有し、図３の右側のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｒｙは黄色の成分を有する。さらに、彩度において相違が存在する。すなわち、右のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｒｙは、左のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤよりも僅かに茶色に見える。
【００２３】
様々な実施の形態において、光活性材料は、無機材料及び／又は小さい活性分子を含んでいてもよい。無機材料の適切な具体例には、例えば量子ドット、ナノロッド、テトラポッド、若しくは他のあらゆる形状の半導体ナノ結晶が含まれうる。無機性半導体材料には、以下に限定される訳ではないが、Ｓｉ若しくはＧｅ等のＩＶ族半導体、ＺｎＳｅ若しくはＣｄＳｅ等のII-ＶI半導体、若しくはＩｎＰ若しくはＧａＡｓ等のIII−Ｖ半導体が含まれうる。無機系半導体材料は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅ、若しくはＩｎＡｓ１−ｙＰｙ（ここで、０＜ｘ、ｙ＜１）等の半導体合金が含まれうる。無機系半導体材料は、さらにＺｎＯ若しくはＴｉＯｘ等の金属酸化物を含んでいてもよい。
【００２４】
小さい活性分子の適当な具体例には、例えば、金属フリーの、若しくは金属含有のフタロシアニン、ポーフォリン、若しくはアセン等の小さいドナー分子が含まれうる。小さい活性分子の適当な具体例には、フラーレン、ペリレン、ナフタレン若しくはそれらの派生体等の小さいアクセプター分子が含まれうる。
【００２５】
作用電極及び対電極は、光活性材料が上記電極の光活性領域間に配置されるように重ね合わせてもよい。例えば、図１Ｃに示された対電極を裏表反転させて、その導電性表面を図１Ｂに示された構造体の上面に重ね合わせてもよい。一方、第１ステム及び第２ステムは、向かい合う方向に向いた導電性表面を有する重ね合わされた一対のステムを形成しうる。
【００２６】
図１に示された２つの電極は、両方とも、光学的に透明であってもよく、光が各ソーラーブレードに関してあらゆる方向から当該ソーラーブレードに入射される。そのため、電極間に挟持された光活性材料は、様々な方向から光を吸収し、その後吸収された光を電気に変換することができる。例えば、環境条件（具体的には風）により、ソーラーブレードの方向が変化しうる。当該方向は、ソーラーブレード毎に異なる。全面透明の構造を有するソーラーグラスブレード（図１Ｄ参照）により、光を様々な方向から吸収することができる。
【００２７】
しかしながら、様々な実施の形態において、両方の電極が光学的に透明であることは必ずしも必要ではない。例えば、ソーラーブレード１００は、図１Ａ及び図１Ｃに示されるように、一の電極として不透明の基板若しくは部分的に不透明の基板を有し、他の電極として透明の基板を有していてもよい。そのため、図１Ｄに示した最後尾のソーラーブレード１００は、少なくとも１つの透明電極を含んでいてもよい。このような具体的なソーラーブレード１００は、様々な分野、例えば、殆ど位置及び方向が固定された複数の葉を有する、大きな葉の"ソーラープラント"において使用することができる。入射光は、大部分、ある方向から、ソーラーブレード１００の少なくとも一方の透明サイドに固定されうる。換言すれば、入射光が少なくとも１つの透明電極を通って光活性材料に吸収されるように透明電極並びに不透明電極を含むソーラーブレードを入射光に対して配置することができる。
【００２８】
様々な実施の形態において、不透明電極は、不透明の基板上に形成された（具体的には不透明の若しくは透明の）導電性表面を含んでいてもよい。特に、不透明の若しくは透明の電極は、例えば、金属層（具体的にはアルミニウム）等の不透明導電性表面、若しくはＩＴＯ等の透明導電性表面を含んでいてもよい。不透明の基板は、例えば金属ホイルを含んでいてもよい。金属ホイルを基板として使用することは、プラスティック基板より有利である。これは、より大きな環境安定性を提供する金属においては、水及び酸素の透過率が極めて低いからである。ソーラーブレードが、光活性材料により被覆された電極コアにより作製され当該光活性材料が相補的な透明電極により被覆される場合、コア電極は例えば金属等の反射材料であってもよい。
【００２９】
様々な実施の形態において、必要であれば、ポリマー層等の中間層を導電性基板と不透明基板との間に形成し、電気絶縁性を与え円滑表面としてもよい。ある実施の形態において、不透明の基板の一方のサイドに析出させたポリマー層上に導電性表面を析出させてもよい。不透明基板の他方のサイドは、例えば緑色若しくは他の全ての所望の色で着色してもよい。
【００３０】
図４は、主発明に係る組み立てられたソーラーターフユニット４００の概略図である。図示したように、ソーラーターフユニット４００は、図１Ｄに示した構造の複数のソーラーブレードを含み、当該ソーラーブレードは組み付けられ、インターコネクションストリップによって接続されていてもよい。インターコネクションストリップ４１０は、例えばＰＥＴ等のプラスティックから構成されていてもよい。ある実施の形態では、インターコネクションストリップをベース層（不図示）上に垂直に配置してもよく、これによりこれらの間に界面が提供される。インターコネクションストリップは、電気伝導性を有する一対の垂直面４２０及び４３０を含んでいてもよく、上記界面により電気的に絶縁されている。このような一対の導電性表面は、導電性材料（具体的にはアルミニウム等の金属）をコーティングすることにより形成することができ、ソーラーグラスブレードとの電気的接続を確実なものとすることができる。様々な実施の形態において、ベース層（不図示）に対して様々な角度を有するインターコネクションストリップを当該ベース層上に配置してもよい。
【００３１】
図４に示すように、複数のソーラーブレード１００の作用電極１１０に対する第１ステムがインターコネクションストリップ４１０の第１導電性表面４２０に接続され、かつ複数のソーラーブレード１００の対電極１２０に対する第２ステムがインターコネクションストリップ４１０の第２導電性表面４３０に接続された状態で、光活性領域１３０がインターコネクションストリップ４１０上に配置されるように、複数のソーラーブレード１００をインターコネクションストリップ４１０に組み付け接続してもよい。作用電極１１０に対する第１ステムをインターコネクションストリップ４１０の第１導電性表面４２０に接続されたワイヤー４４０を介してアノード若しくはカソードとして機能させ、対電極１２０に対する第２ステムをインターコネクションストリップ４１０の第２導電性表面４３０に接続された第２ワイヤー４５０を介して正反対のカソード若しくはアノードとして機能させるために第１ステム及び第２ステムを使用することができる。
【００３２】
様々な実施の形態において、全デバイスに電気絶縁性及び環境安定性を提供するため、ソーラーターフユニット４００は、さらに保護コーティングを含んでいてもよく、これを全ての露出された表面に適用してもよい。それにより、このような一組のソーラーブレードは、ソーラーターフデバイスの基本的な構成要素として使用することができる。例えば、図４に示された複数の直線アセンブリ（すなわちソーラーターフユニット４００）は、所望の電圧及び／又は電流等の所望の電気シグナルを取得するため、直列若しくは並列に接続してもよい。その後、ある領域にソーラーターフデバイスを配置しこれに露光する。所望の電圧及び／又は電流シグナルは露光後収集され、電源若しくはシグナルソースとして使用される。
【００３３】
ここで参照し引用されるすべての特許権、特許出願、仮出願、及び出願公開は、本願の明白な教示に矛盾しない限度において、全ての図面、図表を含め全体を引用して援用する。
【００３４】
ここに記載された実施例及び実施の形態は、例示することを目的としたものであり、これに照らして様々な修正若しくは変更が当業者により提案され、本願の精神及び範囲に包含されることは理解されよう。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００７年１１月２８日に出願された米国仮出願第６０/９９０,８０７の利益を主張する。当該出願は、ここにおいて、すべての図表、図面を含め全体を引用して援用する。
【背景技術】
【０００２】
人工芝は、耐久性を有し実質的にメンテナンスフリーオペレーションであることから、スポーツ競技場において、また造園分野において、使用されてきた。これは、特に水の使用が極めて高価である地域において興味深いものである。人工芝に到達する太陽光は一般的に利用されていない。太陽光を有益なエネルギーに変換するため、大表面積の人工芝を用いることは経済的に非常に価値があることであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、太陽光を電気に変換することができる、ランドスケープに共通する(common to landscapes)人工芝若しくは他の商品、並びに光を捕捉することができる人工芝を作製するに必要とされる材料若しくは方法を提供することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一の態様は、光捕捉人工芝の一組のソーラーブレードに関連し、各ソーラーブレードは、ソーラーセルとして機能し、当該ソーラーセルは、作用電極と、対電極と、を有し、該対電極は、複数のドナー反復ユニットがアクセプター反復ユニットに結合した少なくとも１種のドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含有する材料付近に配置されている。当該ＤＡ-ＣＰは、１以上の溶媒に対して溶解性を有し、中性の状態において緑色を有する。当該ソーラーブレードは柔軟性を有し、芝生として機能しうる。
【０００５】
当該ＤＡ-ＣＰは、置換されたジオキシ複素環系ドナー官能基を有し、当該ジオキシ複素環は、アルキレンジオキシチオフェン、具体的には３，４-プロピレンジオキシチオフェン等のジオキシチオフェンであってもよい。アクセプターは、置換され若しくは置換されていないベンゾチアジアゾール、チアジアゾロキノキサリン、キノキサリン、チエノチアジアゾール、チエノピラジン、ピラジノキノキサリン、ベンゾビスチアジアゾール若しくはチアジアゾロチエノピラジン等の電子欠乏芳香族ユニットであってもよい。
【０００６】
本発明の別の態様には、光捕捉人工芝ユニットを作製する方法であって、１以上のソーラーブレードとインターコネクションストリップとの間の一対の導電性界面において、当該インターコネクションストリップに複数のソーラーブレードを取り付ける工程を有する方法が含まれる。人工芝ユニットは、電気絶縁性及び環境安定性を得るため、保護層を有していてもよい。
【０００７】
主発明は、さらに、太陽光照射時において、所望の電気シグナルを得るため、１以上の光捕捉人工芝ユニットを組み立てることによって作製される光捕捉人工芝デバイス並びに当該光捕捉人工芝デバイスを用いた太陽エネルギーの収集方法を提供する。
明細書に包含され当該明細書の一部を構成する添付の図面は、当該明細書とともに、本発明のいくつかの実施の形態を例示し、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明のある実施の形態に係るソーラーブレードを作製する具体的な方法を示す。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るいくつかの具体的なポリマーの光吸収スペクトルを示す。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るソーラーブレードの作製のために使用される２つの具体的なＤＡ-ＣＰの写真及び化学構造を示す。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る組み立てられた光捕捉人工芝ユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
具体例が添付の図面に示された、本発明の実施の形態を参照する。同一若しくは同等の部材を参照するため、可能な限り、全図面を通して同一の参照番号を用いる。以下の詳細な説明において、添付の図面を参照する。当該添付の図面は、発明の詳細な説明の一部を構成し、本発明が実施される特定の実施の形態を例示することにより示されている。
【００１０】
いくつかの実施の形態において、ここで"ソーラーターフ"と称される光捕捉人工芝が提供される。当該ソーラーターフは、ここで"ソーラーブレード"と称される１以上の光捕捉人工ブレードを備える。また、当該ソーラーターフを製造する方法及び材料を提供する。当該技術の利点は、所望の緑色、その代替の色、若しくは複数の色を呈しうるソーラーターフからの電気シグナルの発生により、既存の人工芝では不可能な経済的利益を獲得することができることである。ソーラーターフ及びソーラーブレードなる用語は光捕捉人工芝生を意味し、いくつかの実施の形態は光捕捉芝生に関するけれども、本発明の実施の形態はそのように限定されるものではない。当該ソーラーターフユニットは、植物、菌類、岩、砂、若しくは動物の一部の形状を有していてもよく、太陽光捕捉デバイスは、製造を容易にし表面領域を最適化し複数の角度及び方向から太陽光を吸収することを可能とするマルチサーフェスを有するマルチユニットに分割されるような方法で作製されうる、自然の若しくは人工のランドスケープの一部である。したがって、ソーラーターフは、ソーラーセルのための新たなフォームファクターを提供することができ、造園及びソーラーセル産業の両方にとって新規なオプションを提示することができる。
【００１１】
特に、各ソーラーブレードは、作用電極、対電極、及び、当該作用電極及び対電極上にあって光活性領域において挟持された光活性材料を含みうる。当該ソーラーブレードは、吸収された光（具体的には太陽光）を電気に変換することができ、ある所望の色を呈しうる。さらに、電気的に組みつけられインターコネクションストリップに接続された１以上のソーラーブレードを含む一ユニットのソーラーターフを形成することができる。さらに、光照射時に所望の電圧及び／又は電流等の所望の電気出力を獲得するため、並列接続及び／又は直列接続のコンビネーションを介する１以上のソーラーターフユニットを有するソーラーターフデバイスを作製することができる。
【００１２】
様々な実施の形態において、ソーラーブレードは、以下に限定される訳ではないが、草、植物、樹木及び低木若しくは所望のあらゆるフォーム／形状を含む様々な形状で構成してもよい。光活性材料は、青、赤、緑及び黒等の別の色を有していてもよい。例示を容易にするため、本発明のいくつかの実施の形態は、緑色を有する芝生の形態、代替の装飾品若しくは他の色若しくは色のコンビネーションのランドスケープの形態のソーラーブレードを参照しながら説明する。
【００１３】
図１Ｄは、ある実施の形態に係るソーラーブレード１００の具体的な構造を示している。ソーラーブレード１００は、作用電極１１０、対電極１２０、及び例えば少なくとも１種のＤＡ-ＣＰ１３０を含む光活性材料を有していてもよい。当該作用電極は、導電性表面１１２を含んでいてもよく、図１に示すように、基板１１４を含んでいてもよい。上記対電極は、導電性表面１２２を含んでいてもよく、図示のように、基板１２４を含んでいてもよい。作用電極１１０及び対電極１２０は、光活性材料１３０が導電性表面１１２及び１２２に接触する光活性領域において電気伝導性を有する。ソーラーブレード１００は、以下の工程に従って作製することができる：基板１１４上に導電性表面１１２を有する作用電極１１０を形成する工程（図１Ａ）；光活性領域において作用電極上に光活性材料１３０を形成する工程（図１Ｂ）；基板１２４上に導電性表面１２２を有する対電極１２０を形成する工程（図１Ｃ）；ソーラーブレード１００を完成させるため、上記対電極に対して上記作用電極を重ね合わせる工程（図１Ｄ）。図１は、ソーラーブレードの構成要素の相対的な大きさ及び形状を推測することを意図したものではなく、必ずしも縮尺通りに描写されていない。いくつかの実施の形態では、２つの電極１１０及び１２０は、自立して立っており、基板は必要とされない。本発明の他の実施の形態では、作用電極若しくは対電極のいずれか一方が、例えばＤＡ-ＣＰを含むコンタクト光活性材料が均一に析出された導電性コアであるソーラーブレードを作製してもよい。補助的な対電極若しくは作用電極として機能させるため、コンタクト導電体を光活性材料上に析出させてもよい。このように作製されたソーラーブレードは、導電性コアが所望のように作製された一般的な形状をとりうる。ソーラーブレードは、もし望まれるならば、実質的にファイバーであってもよい。本発明のいくつかの実施の形態においては、電極を光活性材料付近に組み込んだ後ソーラーブレードを被覆してもよい。当該被覆は、水分、酸素及び／又は光に対するバリアーとして機能しうる。当該被覆若しくは他のバリアーは、反射防止のため、若しくは所望の波長の複数内反射を促進しソーラーブレードの効率を向上させるため使用してもよい。
【００１４】
当該電極における基板は同様の材料から構成されていてもよい。当該基板は、好ましくは透明であり、例えばポリエステル（具体的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ））、硫化ポリフェニレン（ＰＳＳ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン酸塩、ポリエーテルスルホン酸塩若しくは他のすべての派生体から構成されていてもよい。後でソーラーブレードをインターコネクションストリップに組み込んでソーラーターフユニットを作製することを容易にする所望のあらゆる形状に基板を成形してもよい。本発明のいくつかの実施の形態において、ソーラーブレードから構成されるソーラーターフデバイスにおいて、芝生に特有のトラフィックを支持するため、ソーラーブレードは十分な柔軟性及び耐性を有する。図１Ｄに示した本発明のある実施の形態では、各ソーラーブレードは、一方若しくは両方の電極を有し、当該電極は、外部回路に対する電気接続がソーラーブレードのステム部分を介して各電極に対して独立的になされるように光活性領域まで延びるステムを有する。ソーラーブレードの電極を電気的に接続する他の手段は、当業者によって容易に予想される。各ステムと光活性領域は、様々な断面形状、例えば矩形、多角形、楕円、若しくは円形であってもよく、様々な厚さを有していてもよい。本発明のいくつかの実施の形態において、基板は、例えば約１０マイクロメートル〜２００マイクロメートル、又は約１５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの厚さを有していてもよい。一又は複数のステムは、ソーラーターフユニットにおいてソーラーブレードを機械的に取り付ける際に有用であり、複数のソーラーブレードをソーラーターフユニットに接合することができる電気接続を確実なものとして、インターコネクションストリップ上のあるサイトに対して形状を適合させてもよい。
【００１５】
各電極の導電性表面は、上記基板上に析出した電極層であってもよい。作用電極及び対電極の電極層は、それぞれ例えばアノード、カソードとして機能させるために使用してもよい。当該電極層は、以下に限定される訳ではないがＩＴＯ（具体的にはインジウム錫酸化物）等の高導電性金属酸化物、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（具体的には、ポリ（３，４-エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸塩））等の導電性ポリマー、及び／又は他の全ての導電性並びに光学的透明性の材料を含む透明の導電性材料を用いて作製することができる。適当な技術を用いて電極層を具体的には印刷、析出、被覆して、ステムの両面及び電極の活性領域を被覆することができる。
【００１６】
上記光活性領域に光活性材料を形成若しくは析出させることができ、（具体的には、ソーラーターフユニットのインターコネクションストリップにその後電気的に接続するため、）上記導電性ステム表面を露出した状態に保つ。当該光活性材料は、例えば、印刷、コーティング、若しくは当該技術分野における当業者に知られた析出プロセスを用いて形成若しくは析出させてもよい。当該光活性材料は、１又はそれ以上の光活性材料層を有していてもよい。各ソーラーブレードに組み込まれた光活性材料は太陽光を吸収し、さらに吸収した太陽光を電気に変換する。本発明のある実施の形態では、当該光活性材料は、アクセプター官能基に結合された複数のドナー官能基を含む複数の反復ユニットを有する少なくとも１種のＤＡ-ＣＰを含有していてもよい。当該ＤＡ-ＣＰは、１以上の溶媒、例えばメチレンクロライド、クロロホルム、テトラクロロエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ピリジン、エチルアセテート、ブタノール、エタノール、メタノール、アセトニトリル、アセトン、イソプロパノール、水、及びそれらの混合物に対して溶解性を有していてもよい。当該ＤＡ-ＣＰは、複数の置換されたジオキシ複素環系ドナー官能基を有していてもよく、アクセプター官能基は電子欠乏芳香族であってもよい。
【００１７】
適切なドナーアクセプター高分子の具体例には、以下の式Ｉの構造反復ユニットを有するポリマーが含まれていてもよい：
【化１】
ここで、Ｒ１及びＲ２は、アルキル基、例えばＣ１〜Ｃ１０のアルキル基から独立して選択してもよい。ある実施の形態においては、Ｒ１及びＲ２は、メチル基、ヘキシル基若しくは他の適当な官能基から選択してもよい。
【００１８】
適切なドナーアクセプターポリマーの他の具体例には、以下の式IIの構造反復ユニットを有するポリマーが含まれていてもよい：
【化２】
ここで、Ｒ３及びＲ４は、アリール基、例えばフェニル基、ベンジル基、トリル基若しくは他の適当な官能基から選択してもよい。ある実施の形態では、ＤＡ-ＣＰポリマーは、式IIの反復ユニットのホモポリマーであってもよい。そのような具体的なホモポリマーは、ポリ[２，５ビス（２エチレンジオキシチエニル）ジフェニルピリドピラジン]である。
【００１９】
様々な実施の形態において、ソーラーブレード１００のための光活性材料として使用されうる付加的な具体的な共役高分子は、２００８年１０月２９日に出願された同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１５９９（Beaujugeら、"緑-透過可溶性エレクトロクロミック高分子"）に開示されている。これは、２００７年１０月３０日に出願された米国仮出願第６１／０００,９０８の利益を主張する。これらの開示内容は、ここで全体として引用して援用する。様々な実施の形態において、ソーラーブレード１００のための光活性材料として使用されうる付加的で具体的な共役高分子は、２００８年１０月２９日に出願された同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１６０６（Beaujugeら、"高透過性の酸化状態の黒色可溶性共役高分子"）に開示されている。これは、２００８年３月１９日に出願された米国仮出願第６１／０７０,１０２の利益を主張する。
【００２０】
当該光活性材料は、多くのバリエーションを含む色彩の中において緑色であってもよい。開示された光活性材料は、中性状態において緑色を含んでいてもよく、これは、約１５から大きな値（具体的には６０）まで及ぶ負の"ａ"値；約−３０から約＋３０まで及ぶ並列の(concurrent)"ｂ"値を有する、ＣＩＥ Ｌａｂ表色系(color system)によって規定される一定範囲の色を含む緑色を得ることができる。しかしながら、様々な実施の形態において、当該範囲外の緑色を光活性材料のために実現し使用してもよい。いくつかの実施の形態では、光活性材料は、任意の染色成分を含んでいてもよい。
【００２１】
しかしながら、他の色（具体的には黄色、赤色、青色、黒色等）の光活性材料を、開示されたソーラーブレードにおいて使用してもよく、他の色のソーラーターフ若しくはマルチカラーのソーラーターフを作製してもよいことは理解されよう。図２は、宇宙（曲線２１４参照）及び地球（曲線２１６参照）における太陽からのフォトンフラックスを示した具体的な結果を示している。本発明の実施の形態に係る様々な色を有する一連の光活性ＤＡ-ＣＰ、例えばＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒ（ポリ｛５，８-ビス（３，４-エチレンジオキシ-２-チエニル）-２，３-ジフェニルピリド[３，４-ｂ]ピラジン｝）の光吸収スペクトルは、曲線２２０にしたがって吸収し、ＰＢＥＤＯＴ-ＣＮＶポリ（１，２-（２-エチレン ジオキシチエニル）シアノビニレン）は曲線２２２にしたがって吸収し、ＭＥＨ-ＰＰＶ（ポリ[２-メトキシ-５-（２’-エチル-ヘキシルオキシ）-１，４-フェニレンビニレン]）は、曲線２２８にしたがって吸収する。様々な実施の形態において、適切なポリマー若しくはポリマーコンビネーションを選択することにより、太陽の全可視光スペクトル出力からのエネルギーを吸収することができる。例えば、緑色のポリマーを実現するため、電磁気的スペクトルの赤色及び青色領域部分を吸収する材料を同時に含有することが必要である。
【００２２】
ＤＡ複合材料は、様々異なる色相を有する太陽光を吸収することができる。例えば、ＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒは、図２の吸収曲線によって示される色相の中で際立った緑色である。当該吸収曲線は、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにピークを示し、透過ウィンドウが５００〜５５０ｎｍ（緑光）にある。しかしながら、緑色と称される色は、例えばＤＡ-ＣＰの化学構造の僅かな変化により異なる緑を呈しうる。例えば、ＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤは、図３に示すように、緑色のＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｙｒに対して類似する化学反復ユニットを有しうる。図３において、当該構造式を、両方の緑色材料についての写真に隣接して配置している。図示したように、これらの２つの写真を近くで観察した時、両方のポリマーは緑色と称されるが、それらは明確に異なる色相を有するという極めて重要で微妙な相違に気付くであろう。特に、図３の左側のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤは青の成分を含む緑を有し、図３の右側のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｒｙは黄色の成分を有する。さらに、彩度において相違が存在する。すなわち、右のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＰｙｒＰｒｙは、左のポリマーＰＢＥＤＯＴ-ＱＴＤよりも僅かに茶色に見える。
【００２３】
様々な実施の形態において、光活性材料は、無機材料及び／又は小さい活性分子を含んでいてもよい。無機材料の適切な具体例には、例えば量子ドット、ナノロッド、テトラポッド、若しくは他のあらゆる形状の半導体ナノ結晶が含まれうる。無機性半導体材料には、以下に限定される訳ではないが、Ｓｉ若しくはＧｅ等のＩＶ族半導体、ＺｎＳｅ若しくはＣｄＳｅ等のII-ＶI半導体、若しくはＩｎＰ若しくはＧａＡｓ等のIII−Ｖ半導体が含まれうる。無機系半導体材料は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅ、若しくはＩｎＡｓ１−ｙＰｙ（ここで、０＜ｘ、ｙ＜１）等の半導体合金が含まれうる。無機系半導体材料は、さらにＺｎＯ若しくはＴｉＯｘ等の金属酸化物を含んでいてもよい。
【００２４】
小さい活性分子の適当な具体例には、例えば、金属フリーの、若しくは金属含有のフタロシアニン、ポーフォリン、若しくはアセン等の小さいドナー分子が含まれうる。小さい活性分子の適当な具体例には、フラーレン、ペリレン、ナフタレン若しくはそれらの派生体等の小さいアクセプター分子が含まれうる。
【００２５】
作用電極及び対電極は、光活性材料が上記電極の光活性領域間に配置されるように重ね合わせてもよい。例えば、図１Ｃに示された対電極を裏表反転させて、その導電性表面を図１Ｂに示された構造体の上面に重ね合わせてもよい。一方、第１ステム及び第２ステムは、向かい合う方向に向いた導電性表面を有する重ね合わされた一対のステムを形成しうる。
【００２６】
図１に示された２つの電極は、両方とも、光学的に透明であってもよく、光が各ソーラーブレードに関してあらゆる方向から当該ソーラーブレードに入射される。そのため、電極間に挟持された光活性材料は、様々な方向から光を吸収し、その後吸収された光を電気に変換することができる。例えば、環境条件（具体的には風）により、ソーラーブレードの方向が変化しうる。当該方向は、ソーラーブレード毎に異なる。全面透明の構造を有するソーラーグラスブレード（図１Ｄ参照）により、光を様々な方向から吸収することができる。
【００２７】
しかしながら、様々な実施の形態において、両方の電極が光学的に透明であることは必ずしも必要ではない。例えば、ソーラーブレード１００は、図１Ａ及び図１Ｃに示されるように、一の電極として不透明の基板若しくは部分的に不透明の基板を有し、他の電極として透明の基板を有していてもよい。そのため、図１Ｄに示した最後尾のソーラーブレード１００は、少なくとも１つの透明電極を含んでいてもよい。このような具体的なソーラーブレード１００は、様々な分野、例えば、殆ど位置及び方向が固定された複数の葉を有する、大きな葉の"ソーラープラント"において使用することができる。入射光は、大部分、ある方向から、ソーラーブレード１００の少なくとも一方の透明サイドに固定されうる。換言すれば、入射光が少なくとも１つの透明電極を通って光活性材料に吸収されるように透明電極並びに不透明電極を含むソーラーブレードを入射光に対して配置することができる。
【００２８】
様々な実施の形態において、不透明電極は、不透明の基板上に形成された（具体的には不透明の若しくは透明の）導電性表面を含んでいてもよい。特に、不透明の若しくは透明の電極は、例えば、金属層（具体的にはアルミニウム）等の不透明導電性表面、若しくはＩＴＯ等の透明導電性表面を含んでいてもよい。不透明の基板は、例えば金属ホイルを含んでいてもよい。金属ホイルを基板として使用することは、プラスティック基板より有利である。これは、より大きな環境安定性を提供する金属においては、水及び酸素の透過率が極めて低いからである。ソーラーブレードが、光活性材料により被覆された電極コアにより作製され当該光活性材料が相補的な透明電極により被覆される場合、コア電極は例えば金属等の反射材料であってもよい。
【００２９】
様々な実施の形態において、必要であれば、ポリマー層等の中間層を導電性基板と不透明基板との間に形成し、電気絶縁性を与え円滑表面としてもよい。ある実施の形態において、不透明の基板の一方のサイドに析出させたポリマー層上に導電性表面を析出させてもよい。不透明基板の他方のサイドは、例えば緑色若しくは他の全ての所望の色で着色してもよい。
【００３０】
図４は、主発明に係る組み立てられたソーラーターフユニット４００の概略図である。図示したように、ソーラーターフユニット４００は、図１Ｄに示した構造の複数のソーラーブレードを含み、当該ソーラーブレードは組み付けられ、インターコネクションストリップによって接続されていてもよい。インターコネクションストリップ４１０は、例えばＰＥＴ等のプラスティックから構成されていてもよい。ある実施の形態では、インターコネクションストリップをベース層（不図示）上に垂直に配置してもよく、これによりこれらの間に界面が提供される。インターコネクションストリップは、電気伝導性を有する一対の垂直面４２０及び４３０を含んでいてもよく、上記界面により電気的に絶縁されている。このような一対の導電性表面は、導電性材料（具体的にはアルミニウム等の金属）をコーティングすることにより形成することができ、ソーラーグラスブレードとの電気的接続を確実なものとすることができる。様々な実施の形態において、ベース層（不図示）に対して様々な角度を有するインターコネクションストリップを当該ベース層上に配置してもよい。
【００３１】
図４に示すように、複数のソーラーブレード１００の作用電極１１０に対する第１ステムがインターコネクションストリップ４１０の第１導電性表面４２０に接続され、かつ複数のソーラーブレード１００の対電極１２０に対する第２ステムがインターコネクションストリップ４１０の第２導電性表面４３０に接続された状態で、光活性領域１３０がインターコネクションストリップ４１０上に配置されるように、複数のソーラーブレード１００をインターコネクションストリップ４１０に組み付け接続してもよい。作用電極１１０に対する第１ステムをインターコネクションストリップ４１０の第１導電性表面４２０に接続されたワイヤー４４０を介してアノード若しくはカソードとして機能させ、対電極１２０に対する第２ステムをインターコネクションストリップ４１０の第２導電性表面４３０に接続された第２ワイヤー４５０を介して正反対のカソード若しくはアノードとして機能させるために第１ステム及び第２ステムを使用することができる。
【００３２】
様々な実施の形態において、全デバイスに電気絶縁性及び環境安定性を提供するため、ソーラーターフユニット４００は、さらに保護コーティングを含んでいてもよく、これを全ての露出された表面に適用してもよい。それにより、このような一組のソーラーブレードは、ソーラーターフデバイスの基本的な構成要素として使用することができる。例えば、図４に示された複数の直線アセンブリ（すなわちソーラーターフユニット４００）は、所望の電圧及び／又は電流等の所望の電気シグナルを取得するため、直列若しくは並列に接続してもよい。その後、ある領域にソーラーターフデバイスを配置しこれに露光する。所望の電圧及び／又は電流シグナルは露光後収集され、電源若しくはシグナルソースとして使用される。
【００３３】
ここで参照し引用されるすべての特許権、特許出願、仮出願、及び出願公開は、本願の明白な教示に矛盾しない限度において、全ての図面、図表を含め全体を引用して援用する。
【００３４】
ここに記載された実施例及び実施の形態は、例示することを目的としたものであり、これに照らして様々な修正若しくは変更が当業者により提案され、本願の精神及び範囲に包含されることは理解されよう。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソーラーブレードであって、それぞれのソーラーブレードが、作用電極と対電極との間に配置され当該作用電極と当該対電極とを電気的に接続する光活性材料を含み、上記電極の少なくとも一方が透明であり、同様若しくは異なる色を呈する同様若しくは異なる光活性材料を有する複数のソーラーブレードと、
セパレーターにより分離された第１導電性表面と第２導電性表面とを含むインターコネクションストリップであって、上記作用電極が上記第１導電性表面に対して電気的に接続され、上記対電極が上記第２導電性表面に対して電気的に接続されたインターコネクションストリップと、を備えるソーラーターフユニット。
【請求項２】
上記作用電極が、ある基板上に導電性表面を有するものである請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項３】
上記対電極が、ある基板上に導電性表面を有するものである請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項４】
上記ソーラーブレード及び／又は上記インターコネクションストリップを化学的に絶縁するためさらにバリアー層を備える請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項５】
上記光活性材料が、ドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含む請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項６】
上記複数のソーラーブレードのＤＡ-ＣＰが、中性状態において、独立して、緑、黒、赤、オレンジ、黄、青、若しくは紫の色相を有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項７】
上記ＤＡ-ＣＰが、中性状態において、緑の色相を有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項８】
上記ＤＡ-ＣＰが、置換されたジオキシ複素環系ドナー反復ユニットを含む請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項９】
上記ジオキシ複素環が、ジオキシチオフェンである請求項８記載のソーラーターフユニット。
【請求項１０】
上記ＤＡ-ＣＰが、電子欠乏芳香族ユニットを含むアクセプター反復ユニットを含有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項１１】
上記電子欠乏芳香族ユニットが、置換され若しくは置換されていない、ベンゾチアジアゾール、チアジアゾロキノキサリン、キノキサリン、チエノチアジアゾール、チエノピラジン、ピラジノキノキサリン、ベンゾビスチアジアゾール若しくはチアジアゾロチエノピラジンを含む請求項１０記載のソーラーターフユニット。
【請求項１２】
上記電子欠乏芳香族ユニットが、２，１，３-ベンゾチアジアゾール（ＢＴＤ）である請求項１０記載のソーラーターフユニット。
【請求項１３】
上記ＤＡ-ＣＰが、複数のドナー反復ユニットにより分離された、絶縁アクセプター反復ユニットを含む請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項１４】
上記光活性材料が、無機系半導体材料を含む請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項１５】
上記無機系半導体材料が、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、II-ＶI半導体、若しくはIII-Ｖ半導体を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１６】
上記無機系半導体材料が、さらに金属酸化物を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１７】
上記光活性材料が、さらに半導体合金を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１８】
上記半導体合金が、ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅ若しくはＩｎＡｓ１−ｙＰｙ（０＜ｘ、ｙ＜１）を含む請求項１７記載のソーラーターフユニット。
【請求項１９】
上記作用電極が、さらに、当該作用電極が上記光活性材料と接触する領域において上記作用電極から突出する、導電性材料を含むステムを有し、
上記ステムは、上記第１導電性表面に対して電気的接続を提供する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２０】
上記対電極が、さらに、当該対電極が上記光活性材料と接触する領域において上記対電極から突出する、導電性材料を含むステムを有し、
上記ステムは、上記第２導電性表面に対して電気的接続を提供する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２１】
上記ソーラーターフユニットが、植物、菌類、岩、若しくは動物の少なくとも一部を模した形状を有する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２２】
上記ソーラーターフユニットが、複数のグラスブレードを模した形状を有する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２３】
ソーラーターフユニットを作製する方法であって、
複数のソーラーブレードであって、それぞれのソーラーブレードが、作用電極と対電極との間に配置され当該作用電極と当該対電極とを電気的に接続する光活性材料を含み、上記電極の少なくとも一方が透明であり、同様若しくは異なる色を呈する同様若しくは異なる光活性材料を有する複数のソーラーブレードを準備する工程と、
電気的セパレーターにより分離された第１導電性表面と第２導電性表面とを含むインターコネクションストリップを準備する工程と、
上記作用電極が上記第１導電性表面に対して電気的に接続され、上記対電極が上記第２導電性表面に対して電気的に接続されるように、上記ソーラーブレードを上記インターコネクションストリップに電気的に接続する工程と、を備える方法。
【請求項２４】
電気絶縁性及び環境安定性を得るため、上記アセンブリ上に保護層をコーティングする工程をさらに含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
上記光活性材料が、ドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含む請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
ソーラーエネルギーを収集する方法であって、
ソーラーターフユニットが、可視スペクトルの一部の光を吸収し、太陽光を所望の電気出力に変換する、基板上に少なくとも１つのソーラーターフユニットを含むデバイスを作製する工程と、
当該デバイスを太陽光により照らされる位置に配置する工程と、
上記太陽光が照射されたデバイスから上記電気出力を収集する工程と、を備える方法。
【請求項１】
複数のソーラーブレードであって、それぞれのソーラーブレードが、作用電極と対電極との間に配置され当該作用電極と当該対電極とを電気的に接続する光活性材料を含み、上記電極の少なくとも一方が透明であり、同様若しくは異なる色を呈する同様若しくは異なる光活性材料を有する複数のソーラーブレードと、
セパレーターにより分離された第１導電性表面と第２導電性表面とを含むインターコネクションストリップであって、上記作用電極が上記第１導電性表面に対して電気的に接続され、上記対電極が上記第２導電性表面に対して電気的に接続されたインターコネクションストリップと、を備えるソーラーターフユニット。
【請求項２】
上記作用電極が、ある基板上に導電性表面を有するものである請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項３】
上記対電極が、ある基板上に導電性表面を有するものである請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項４】
上記ソーラーブレード及び／又は上記インターコネクションストリップを化学的に絶縁するためさらにバリアー層を備える請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項５】
上記光活性材料が、ドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含む請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項６】
上記複数のソーラーブレードのＤＡ-ＣＰが、中性状態において、独立して、緑、黒、赤、オレンジ、黄、青、若しくは紫の色相を有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項７】
上記ＤＡ-ＣＰが、中性状態において、緑の色相を有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項８】
上記ＤＡ-ＣＰが、置換されたジオキシ複素環系ドナー反復ユニットを含む請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項９】
上記ジオキシ複素環が、ジオキシチオフェンである請求項８記載のソーラーターフユニット。
【請求項１０】
上記ＤＡ-ＣＰが、電子欠乏芳香族ユニットを含むアクセプター反復ユニットを含有する請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項１１】
上記電子欠乏芳香族ユニットが、置換され若しくは置換されていない、ベンゾチアジアゾール、チアジアゾロキノキサリン、キノキサリン、チエノチアジアゾール、チエノピラジン、ピラジノキノキサリン、ベンゾビスチアジアゾール若しくはチアジアゾロチエノピラジンを含む請求項１０記載のソーラーターフユニット。
【請求項１２】
上記電子欠乏芳香族ユニットが、２，１，３-ベンゾチアジアゾール（ＢＴＤ）である請求項１０記載のソーラーターフユニット。
【請求項１３】
上記ＤＡ-ＣＰが、複数のドナー反復ユニットにより分離された、絶縁アクセプター反復ユニットを含む請求項５記載のソーラーターフユニット。
【請求項１４】
上記光活性材料が、無機系半導体材料を含む請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項１５】
上記無機系半導体材料が、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、II-ＶI半導体、若しくはIII-Ｖ半導体を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１６】
上記無機系半導体材料が、さらに金属酸化物を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１７】
上記光活性材料が、さらに半導体合金を含む請求項１４記載のソーラーターフユニット。
【請求項１８】
上記半導体合金が、ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅ若しくはＩｎＡｓ１−ｙＰｙ（０＜ｘ、ｙ＜１）を含む請求項１７記載のソーラーターフユニット。
【請求項１９】
上記作用電極が、さらに、当該作用電極が上記光活性材料と接触する領域において上記作用電極から突出する、導電性材料を含むステムを有し、
上記ステムは、上記第１導電性表面に対して電気的接続を提供する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２０】
上記対電極が、さらに、当該対電極が上記光活性材料と接触する領域において上記対電極から突出する、導電性材料を含むステムを有し、
上記ステムは、上記第２導電性表面に対して電気的接続を提供する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２１】
上記ソーラーターフユニットが、植物、菌類、岩、若しくは動物の少なくとも一部を模した形状を有する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２２】
上記ソーラーターフユニットが、複数のグラスブレードを模した形状を有する請求項１記載のソーラーターフユニット。
【請求項２３】
ソーラーターフユニットを作製する方法であって、
複数のソーラーブレードであって、それぞれのソーラーブレードが、作用電極と対電極との間に配置され当該作用電極と当該対電極とを電気的に接続する光活性材料を含み、上記電極の少なくとも一方が透明であり、同様若しくは異なる色を呈する同様若しくは異なる光活性材料を有する複数のソーラーブレードを準備する工程と、
電気的セパレーターにより分離された第１導電性表面と第２導電性表面とを含むインターコネクションストリップを準備する工程と、
上記作用電極が上記第１導電性表面に対して電気的に接続され、上記対電極が上記第２導電性表面に対して電気的に接続されるように、上記ソーラーブレードを上記インターコネクションストリップに電気的に接続する工程と、を備える方法。
【請求項２４】
電気絶縁性及び環境安定性を得るため、上記アセンブリ上に保護層をコーティングする工程をさらに含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
上記光活性材料が、ドナーアクセプター共役高分子（ＤＡ-ＣＰ）を含む請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
ソーラーエネルギーを収集する方法であって、
ソーラーターフユニットが、可視スペクトルの一部の光を吸収し、太陽光を所望の電気出力に変換する、基板上に少なくとも１つのソーラーターフユニットを含むデバイスを作製する工程と、
当該デバイスを太陽光により照らされる位置に配置する工程と、
上記太陽光が照射されたデバイスから上記電気出力を収集する工程と、を備える方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１１−５０５６９８（Ｐ２０１１−５０５６９８Ａ）
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３６１７９（Ｐ２０１０−５３６１７９）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４９１７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０７０６
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（５０７３７１１６８）ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド (38)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４９１７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０７０６
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（５０７３７１１６８）ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド (38)
【Ｆターム（参考）】
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