可視範囲または近赤外線範囲において光を放出する発光材料および形成方法
発光材料およびそのような材料を形成する方法が、本明細書において説明される。一実施形態において、発光材料は、式：［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］を有し、Ａは、一価の陽イオンとして発光材料内に含まれ、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、ａは、１から５までの範囲内にあり、ｂは、１から３までの範囲内にあり、ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂであり、少なくともＸ’は、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５であるようなヨウ素である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／２６７，７５６号（２００９年１２月８日出願）の利益を主張し、この出願の開示は、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、発光材料に関する。より具体的には、本発明は、可視範囲または近赤外線範囲において光を放出する発光材料、およびそのような材料を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソーラーモジュールは、太陽放射エネルギーを、外部負荷に送達され、有用な作用を果たす電気に変換するように動作する。ソーラーモジュールは、典型的には、並列、直列、またはそれらの組み合わせで接続することができる太陽（「ＰＶ」）電池集合を含む。最も一般的な種類のＰＶ電池は、結晶シリコン系のｐ−ｎ接合素子である。他の種類のＰＶ電池は、非結晶シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、有機材料、およびガリウムヒ素等のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系であり得る。
【０００４】
既存のソーラーモジュールの動作の際に、入射太陽放射は、ＰＶ電池の表面下に透過し、ＰＶ電池内に吸収される。太陽放射が、表面下に透過する深度は、ＰＶ電池の吸収係数に依存し得る。シリコン系ＰＶ電池の場合、シリコンの吸収係数は、太陽放射の波長に伴って変動する。例えば、９００ｎｍにおける太陽放射の場合、シリコンは、吸収係数約１００ｃｍ−１を有し、太陽放射は、深度約１００μｍまで透過することができる。対照的に、４５０ｎｍにおける太陽放射の場合、吸収係数は、約１０４ｃｍ−１を上回り、太陽放射は、深度約１μｍまで透過することができる。ＰＶ電池内の特定の深度において、太陽放射の吸収は、電子−正孔対の形態として、電荷キャリアを産生する。電子は、一方の電極を通して、ＰＶ電池から出射する一方、正孔は、別の電極を通して、ＰＶ電池から出射する。正味効果として、入射太陽放射によって駆動されるＰＶ電池を通る電流の流動をもたらす。すべての入射太陽放射を有用な電気エネルギーに変換不能であることは、ソーラーモジュールの損失または非効率を表す。
【０００５】
現在のソーラーモジュールは、典型的には、入射太陽放射を有用な電気エネルギーに効率的に変換する能力に関して、いくつかの技術的制限に悩まされている。重大な損失機構のうちの１つは、典型的には、入射太陽スペクトルとＰＶ電池の吸収スペクトルとの間の不整合からもたらされる。シリコン系ＰＶ電池の場合、シリコンのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する光子は、過剰なエネルギーを有する光励起電子−正孔対の産生につながり得る。そのような過剰なエネルギーは、典型的には、電気エネルギーに変換されず、むしろ、典型的には、ホット電荷キャリア緩和または熱化を介して熱として損失される。この熱は、ＰＶ電池の温度を上昇させ、その結果、電子−正孔対を産生するその能力の観点から、ＰＶ電池の効率を低下させ得る。いくつかの事例では、ＰＶ電池の効率は、１℃温度が上昇する毎に約０．５％低下し得る。これらの熱化損失と併せて、シリコンのバンドギャップエネルギー未満のエネルギーを有する光子は、典型的には、吸収されず、したがって、典型的には、電気エネルギーへの変換に寄与しない。その結果、シリコンのバンドギャップエネルギー近傍の小範囲の入射太陽スペクトルが、有用な電気エネルギーに効率的に変換することができる。
【０００６】
また、ＰＶ電池の接合設計に従って、電子−正孔対の電荷分離は、典型的には、厚さ約１μｍに限定され得る空乏領域に閉じ込められる。空乏領域からの拡散またはドリフト距離より遠くにおいて産生される、電子−正孔対は、典型的には、電荷分離せず、したがって、典型的には、電気エネルギーへの変換に寄与しない。空乏領域は、典型的には、ＰＶ電池の表面下の特定の深度において、ＰＶ電池内に位置付けられる。入射太陽スペクトルにわたるシリコンの吸収係数の変動は、空乏領域の深度および他の特性に関して妥協を課し、ＰＶ電池の効率を低下させ得る。例えば、空乏領域の特定の深度が、ある波長における太陽放射に望ましい可能性があるが、同一深度は、より短い波長における太陽放射に望ましくない可能性がある。特に、より短い波長の太陽放射は、より少ない程度で、表面下に透過し得るため、生成される電子−正孔対は、空乏領域から遠過ぎて、電流に寄与することができない。
【０００７】
この背景に照らして、本明細書に説明される発光材料を開発する必要性が生じる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の種々の実施形態による発光材料は、いくつかの望ましい特性を呈することができる。いくつかの実施形態において、発光材料は、高い量子効率、狭いスペクトル幅、および可視範囲または近赤外線範囲等の望ましい範囲の波長内に位置するピーク放出波長を有する、光ルミネセンスを呈することができる。また、これらの光ルミネセンス特性は、広範囲の励起波長にわたって、比較的に低感度であることができる。発光材料は、そのバンドギャップエネルギーおよび導電性に関連する等の他の望ましい特性を有することができる。有利には、発光材料は、ソーラーモジュールおよび他の用途において使用するために、安価かつ容易に、形成することができる。
【０００９】
一実施形態において、発光材料は、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］
を有し、式中、
Ａは、一価の陽イオンとして発光材料内に含まれ、
Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、
ａは、１から５の範囲内にあり、
ｂは、１から３の範囲内にあり、
ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂであり、
少なくともＸ’は、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５であるようなヨウ素である。
【００１０】
別の実施形態において、発光材料を形成する方法は、（１）ＡおよびＸの源を提供するステップであって、Ａは、ＩＡ族元素のうちの少なくとも１つから選択され、およびＸは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ステップと、（２）Ｂの源を提供するステップであって、Ｂは、ＩＶＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ステップと、（３）ＡおよびＸの源ならびにＢの源を真空蒸着に曝し、基板に隣接して薄膜集合を形成するステップと、（４）薄膜集合を温度Ｔｈｅａｔまで加熱し、基板に隣接して発光材料を形成するステップであって、発光材料は、Ａ、Ｂ、およびＸを含み、ＡおよびＸの源ならびにＢの源のうちの１つは、より低い融点Ｔｍ１を有し、ＡおよびＸの源ならびにＢの源のうちの別の１つは、より高い融点Ｔｍ２を有し、Ｔｍ１、＜Ｔｈｅａｔ＜Ｔｍ２である、ステップとを含む。
【００１１】
本発明の他の側面および実施形態もまた、想定される。前述の発明の開示および以下の発明を実施するための形態は、本発明を任意の特定の実施形態に限定することを意味するものではなく、単に、本発明の種々の実施形態を説明することを意味する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態の性質および目的をより理解するために、添付図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による、発光材料集合の正規化された放出スペクトルを例示する。
【図２】図２は、本発明のある実施形態による、ある発光材料のペロブスカイト系マイクロ構造を例示する。
【図３】図３は、本発明のある実施形態による、ＵＤ９３０に対するＸ線回折データを例示する。
【図４】図４は、本発明のある実施形態による、入射太陽スペクトルならびにＵＤ９３０の測定された吸収および放出スペクトルの組み合わせられた表現を例示する。
【図５】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図６】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図７】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図８】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図９】図９は、本発明のある実施形態に従って実装される、ソーラーモジュールを例示する。
【図１０】図１０は、本発明のある実施形態による、ＵＤ９３０に対するアニーリング温度の関数としてプロットされた、測定された光ルミネセンス強度を例示する。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明のある実施形態による、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度における、ＵＤ９３０に対する励起スペクトルを例示する。図１１（ｂ）は、本発明のある実施形態による、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度における、ＵＤ９３０に対する放出スペクトルを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（定義）
本明細書において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって、別様に明示されない限り、複数参照を含む。したがって、例えば、発光材料の言及は、文脈によって、別様に明示されない限り、複数の発光材料を含むことができる。
【００１５】
本明細書において使用されるように、用語「集合」は、一連の１つ以上の要素を指す。したがって、例えば、層集合は、単一層または多重層を含むことができる。要素集合はまた、部材集合と称され得る。要素集合は、同一または異なることができる。いくつかの事例では、要素集合は、１つ以上の共通特性を共有することができる。
【００１６】
本明細書において使用されるように、用語「隣接する」は、近傍にある、または接していることを指す。隣接する要素は、相互から離間することができる、あるいは実際または直接、相互に接触することができる。いくつかの事例では、隣接する要素は、相互に接続することができる、または相互に一体的に形成することができる。
【００１７】
本明細書において使用されるように、用語「実質的に」および「実質的」は、相当な程度または範囲を指す。ある事象または状況と併用されると、この用語は、その事象または状況が、まさに生じる事例、ならびにその事象または状況が、本明細書に説明される実施形態の典型的許容値レベルを考慮して等、近似値として生じる事例を指すことができる。
【００１８】
本明細書において使用されるように、用語「随意の」および「随意に」は、続いて説明される事象または状況が、生じてもよく、または生じなくてもよく、説明が、その事象または状況が生じる事例および生じない事例を含むことを意味する。
【００１９】
本明細書において使用されるように、用語「サイズ」は、物体の特徴的寸法を指す。したがって、例えば、球状である物体のサイズは、物体の直径を指すことができる。非球状である物体の場合は、非球状物体のサイズは、対応する球状物体の直径を指すことができ、対応する球状物体は、非球状物体のものと実質的に同一である、特定の導出可能または測定可能な特性集合を呈する、あるいは有する。代替として、または併せて、非球状物体のサイズは、物体の種々の直交寸法の平均を指すことができる。したがって、例えば、回転楕円体である物体のサイズは、物体の長軸および短軸の平均を指すことができる。特定のサイズを有する物体集合を参照するとき、物体は、特定のサイズの周囲のサイズ分布を有することが想定される。したがって、本明細書において使用されるように、物体集合のサイズは、平均サイズ、中間サイズ、またはピークサイズ等のサイズ分布の典型的サイズを指すことができる。
【００２０】
本明細書において使用されるように、用語「サブミクロン範囲」は、約１μｍ未満または約１，０００ｎｍ未満、例えば、約９９９ｎｍ未満、約９００ｎｍ未満、約８００ｎｍ未満、約７００ｎｍ未満、約６００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約４００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、または約２００ｎｍ未満、および約１ｎｍ以下の一般的範囲の寸法を指す。いくつかの事例では、この用語は、一般的範囲内の特定の部分範囲、例えば、約１ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約２００ｎｍ、約２００ｎｍから約３００ｎｍ、約３００ｎｍから約４００ｎｍ、約４００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約６００ｎｍ、約６００ｎｍから約７００ｎｍ、約７００ｎｍから約８００ｎｍ、約８００ｎｍから約９００ｎｍ、または約９００ｎｍから約９９９ｎｍを指すことができる。
【００２１】
本明細書において使用されるように、用語「紫外線範囲」は、波長範囲約５ｎｍから約４００ｎｍを指す。
【００２２】
本明細書において使用されるように、用語「可視範囲」は、波長範囲約４００ｎｍから約７００ｎｍを指す。
【００２３】
本明細書において使用されるように、用語「赤外線範囲」は、波長範囲約７００ｎｍから約２ｍｍを指す。赤外線範囲は、波長範囲約７００ｎｍから約５μｍを指す「近赤外線範囲」、波長範囲約５μｍから約３０μｍを指す「中赤外線範囲」、および波長範囲約３０μｍから約２ｍｍを指す「遠赤外線範囲」を含む。
【００２４】
本明細書において使用されるように、用語「反射」、「反射する」、および「反射性」は、光の屈曲または偏向を指し、用語「反射体」は、そのような屈曲または偏向を生じさせる、誘発する、または別様に関与する、要素を指す。光の屈曲または偏向は、鏡面反射の場合等のように、実質的に、単一方向であることができる、あるいは乱反射または散乱の場合等のように、多方向であることができる。一般に、材料に入射する光および材料から反射する光は、同一または異なる波長を有することができる。
【００２５】
本明細書において使用されるように、用語「ルミネセンス」、「発光」、および「発光性」は、エネルギー励起に応答した光の放出を指す。ルミネセンスは、原子または分子の励起された電子状態からの緩和に基づいて生じることができ、例えば、化学ルミネセンス、電気ルミネセンス、光ルミネセンス、熱ルミネセンス、摩擦ルミネセンス、およびそれらの組み合わせを含むことができる。ルミネセンスはまた、励起子、双励起子、および励起子ポラリトン等の準粒子の励起された状態からの緩和に基づいて生じることができる。例えば、蛍光およびリン光を含むことができる、光ルミネセンスの場合、励起された状態は、光の吸収等の光励起に基づいて産生することができる。一般に、材料に入射する光および材料によって放出される光は、同一または異なる波長を有することができる。
【００２６】
本明細書において使用されるように、用語「光量子効率」または「ＯＱＥ」は、光ルミネセンス材料によって放出される光子の数と、光ルミネセンス材料によって吸収される光子の数の比率を指す。いくつかの事例では、光量子効率は、ＯＱＥ＝η１η２として表すことができ、式中、η１は、励起子の励起された状態等、励起された状態の形成につながる吸収された光子の割合に対応し、およびη２は、「内部量子効率」、すなわち、放出される光子をもたらす放射崩壊を受ける励起された状態の割合に対応する。
【００２７】
本明細書において使用されるように、用語「吸収スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の吸収の表現を指す。いくつかの事例では、吸収スペクトルは、材料に入射する光の波長の関数として、材料の吸光度（または、透過率）のプロットを指すことができる。
【００２８】
本明細書において使用されるように、用語「放出スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の放出の表現を指す。いくつかの事例では、放出スペクトルは、放出される光の波長の関数として、材料によって放出される光の強度のプロットを指すことができる。
【００２９】
本明細書において使用されるように、用語「励起スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の放出の別の表現を指す。いくつかの事例では、励起スペクトルは、材料に入射する光の波長の関数として、材料によって放出される光の強度のプロットを指すことができる。
【００３０】
本明細書において使用されるように、用語「半値全幅」または「ＦＷＨＭ」は、スペクトル幅の測定を指す。いくつかの事例では、ＦＷＨＭは、ピーク強度値の半分におけるスペクトルの幅を指すことができる。
【００３１】
光ルミネセンス特性に関して、本明細書において使用されるように、用語「実質的に平坦」は、波長の変化に対して、実質的に不変であることを指す。いくつかの事例では、光ルミネセンス特性は、ある波長範囲内の特性の値が、１０％未満または５％未満等の平均値に対して、２０％未満の標準偏差を呈する場合、その波長範囲にわたって、実質的に平坦であると称することができる。
【００３２】
放出スペクトルに関して、本明細書において使用されるように、用語「実質的に単色」は、狭波長範囲にわたる光の放出を指す。いくつかの事例では、放出スペクトルは、スペクトル幅が、ＦＷＨＭにおいて１００ｎｍ未満、ＦＷＨＭにおいて８０ｎｍ未満、またはＦＷＨＭにおいて５０ｎｍ未満等、ＦＷＨＭにおいて１２０ｎｍ未満である場合、実質的に単色であると称することができる。
【００３３】
本明細書において使用されるように、用語「ドーパント」は、添加剤または不純物等の材料中に存在する、化学実体を指す。いくつかの事例では、材料中のドーパントの存在は、その化学、磁気、電子、または光学特性等の材料の特性集合を改変することができる。
【００３４】
本明細書において使用されるように、用語「電子受容体」は、別の化学実体から電子を誘引する傾向を有する、化学実体を指す一方、用語「電子ドナー」は、別の化学実体に電子を提供する傾向を有する、化学実体を指す。いくつかの事例では、電子受容体は、電子ドナーから電子を誘引する傾向を有することができる。化学実体の電子誘引および電子提供特性は相対的であることを認識されたい。特に、一事例において、電子受容体として役割を果たす化学実体は、別の事例では、電子ドナーとしての役割を果たすことができる。電子受容体の実施例として、正電荷を持つ化学実体および比較的に高い電気陰性度を有する原子を含む化学実体が挙げられる。電子ドナーの実施例として、を含む負電荷を持つ化学実体および比較的に低い電気陰性度を有する原子を含む化学実体が挙げられる。
【００３５】
材料の特性の集合は、時として、温度に伴って変動することができる。本明細書に別様に規定されない限り、材料の特性は、３００Ｋまたは２７℃等の室温において規定することができる。
【００３６】
（発光材料）
本発明の実施形態は、いくつかの望ましい特性を有する発光材料に関する。特に、本発明のいくつかの実施形態による発光材料は、高い量子効率、狭いスペクトル幅、および望ましい波長範囲内に位置するピーク放出波長を有する光ルミネセンスを呈することができる。また、これらの光ルミネセンス特性は、広い範囲の励起波長にわたって比較的に低い感度であることができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、これらの独特のかつ望ましい特性は、少なくとも部分的に発光材料の特定のマイクロ構造から導出することができる。有利には、発光材料は、安価かつ容易に処理し、種々の製品を形成することができ、ひいては、ソーラーモジュールおよび他の用途において使用することができる。
【００３７】
望ましい発光材料として、式：
［ＡａＢｂＸｘ］［ドーパント］ （１）
を参照して表すことができる、半導体材料の種類が上げられる。
【００３８】
式（１）では、Ａは、ナトリウム（例えば、Ｎａ（Ｉ）またはＮａ＋１）、カリウム（例えば、Ｋ（Ｉ）またはＫ＋１）、ルビジウム（例えば、Ｒｂ（Ｉ）またはＲｂ＋１）、およびセシウム（例えば、Ｃｓ（Ｉ）またはＣｓ＋１）等のＩＡ族の元素から選択され、Ｂは、バナジウム（例えば、Ｖ（ＩＩＩ）またはＶ＋３）等のＶＡ族の元素、銅（例えば、Ｃｕ（Ｉ）またはＣｕ＋１）、銀（例えば、Ａｇ（Ｉ）またはＡｇ＋１）、および金（例えば、Ａｕ（Ｉ）またはＡｕ＋１）等のＩＢ族の元素、亜鉛（例えば、Ｚｎ（ＩＩ）またはＺｎ＋２）、カドミウム（例えば、Ｃｄ（ＩＩ）またはＣｄ＋２）、および水銀（例えば、Ｈｇ（ＩＩ）またはＨｇ＋２）等のＩＩＢ族の元素、ガリウム（例えば、Ｇａ（Ｉ）またはＧａ＋１）、インジウム（例えば、Ｉｎ（Ｉ）またはＩｎ＋１）、およびタリウム（例えば、Ｔｌ（Ｉ）またはＴｌ＋１）等のＩＩＩＢ族の元素、ゲルマニウム（例えば、Ｇｅ（ＩＩ）またはＧｅ＋２またはＧｅ（ＩＶ）またはＧｅ＋４）、錫（例えば、Ｓｎ（ＩＩ）またはＳｎ＋２またはＳｎ（ＩＶ）またはＳｎ＋４）、および鉛（例えば、Ｐｂ（ＩＩ）またはＰｂ＋２またはＰｂ（ＩＶ）またはＰｂ＋４）等のＩＶＢ族の元素、ならびにビスマス（例えば、Ｂｉ（ＩＩＩ）またはＢｉ＋３）等のＶＢ族の元素から選択され、Ｘは、フッ素（例えば、Ｆ−１）、塩素（例えば、Ｃｌ−１）、臭素（例えば、Ｂｒ−１）、およびヨウ素（例えば、Ｉ−１）等のＶＩＩＢ族の元素から選択される。依然として、式（１）を参照すると、ａは、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができる整数であって、ｂは、１から５または１から３等の１から８の範囲内であることができる整数であって、ｘは、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができる整数である。いくつかの事例では、ｘは、Ａ、Ｂ、およびＸの酸化状態が、それぞれ、＋１、＋２、および−１であるとき、荷電平衡の目的等のために、ａ＋２ｂと等しくあることができる。例えば、ａは、１と等しくあることができ、ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。また、ａ、ｂ、およびｘのうちの１つ以上は、そのそれぞれの範囲内の小さい数値を有することができることも想定される。また、式（１）の中のＸｘは、より一般的には、ＸｘＸ’ｘ’（または、ＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’）として表すことができ、式中、ＸおよびＸ’（または、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’）は、ＶＩＩＢ族の元素から独立して選択することができ、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができることも想定される。式（１）の一般化したものを参照すると、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。例えば、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、１＋２ｂと等しくあることができる。さらに、式（１）によって表される異なる発光材料の混成物または混合物を使用することができることも想定される。ドーパントは、随意に、式（１）によって表される発光材料内に含まれることができ、原子パーセントまたは元素組成の観点から、約１％未満または約０．１％から約１％等、約５％未満である量として存在することができる。ドーパントは、発光材料を形成するために使用される反応物から導出することができるか、あるいは発光材料の形成の際に存在する湿気、大気ガス、または他の化学実体から導出することができる。特に、ドーパントは、発光材料のマイクロ構造内に分散される電子受容体／電子ドナー対を形成し得る陽イオン、陰イオン、または両方を含むことができる。
【００３９】
式（１）によって表される発光材料の実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘ］［ドーパント］ （２）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４０】
式（２）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（２）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。望ましい特性を有するいくつかの発光材料は、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］として表すことができ、ＵＤ７００およびＵＤ９３０として指定される材料を含む。ＵＤ７００の場合、Ｘは、臭素であって、ＵＤ９３０の場合、Ｘは、ヨウ素である。ＵＤ７００は、約６９５ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈する一方、ＵＤ９３０は、約９５０ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈する。ＵＤ７００およびＵＤ９３０のスペクトル幅は、狭く（例えば、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｍｅＶ以下）、吸収スペクトルは、吸収端から遠紫外線まで実質的に平坦である。ＵＤ７００およびＵＤ９３０の光ルミネセンス放出は、広い波長範囲の太陽放射によって、ＵＤ７００の場合、約６９５ｎｍ、ＵＤ９３０の場合、約９５０ｎｍにおけるこれらの材料の吸収端まで誘導される。塩化物類似体、すなわち、ＣｓＳｎＣｌ３［ドーパント］は、約４５０ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈し、ある実装のために望ましくあることができる。約３００Ｋにおけるキセノンランプ源を使用して測定された、ＵＤ７００、ＵＤ９３０、および塩化物類似体の正規化された放出スペクトルは、本発明のある実施形態に従って、図１に例示される。望ましい特性を有する他の発光材料は、ＣｓＳｎ２Ｘ５［ドーパント］、Ｃｓ２ＳｎＸ４［ドーパント］、およびＣｓＳｎ３Ｘ７［ドーパント］、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］を有するか、または伴わないそれらの混合物、例えば、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］、ＣｓＳｎ２Ｘ５［ドーパント］、およびＣｓ２ＳｎＸ４［ドーパント］の混合物、ならびにセシウムの少なくとも一部が、ＣＨ３ＮＨ３＋等の同等サイズの別の一価イオンまたは他の多元素の一価イオンと置換される発光材料を含む。望ましい特性を有する付加的発光材料として、約７０５ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＲｂＳｎＩ３［ドーパント］、および約５４０ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＲｂＳｎＢｒ３［ドーパント］等のＲｂＳｎＸ３［ドーパント］が挙げられる。望ましい特性を有するさらなる発光材料として、約４６５ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＫＳｎＢｒ３［ドーパント］等のＫＳｎＸ３［ドーパント］が挙げられる。これらの発光材料はそれぞれ、単一層あるいは同一の発光材料または異なる発光材料から形成される他の層が散在する多重層内の薄膜として蒸着することができる。
【００４１】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＧｅｂＸｘ］［ドーパント］ （３）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４２】
式（３）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（３）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＧｅＩ３］［ドーパント］ （４）
を参照して表すことができる。
【００４３】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＰｂｂＸｘ］［ドーパント］ （５）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４４】
式（５）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（５）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＰｂＩ３］［ドーパント］ （６）
を参照して表すことができる。
【００４５】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’］［ドーパント］ （７）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４６】
式（７）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、ＸおよびＸ’は、異なり、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（７）を参照すると、ｘとｘ’との合計は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。望ましい光ルミネセンス特性を達成するために、ＸおよびＸ’のうちの少なくとも１つは、ハロゲン化物イオンの総数の少なくとも１／５、少なくとも１／４、少なくとも１／３、少なくとも１／２、または少なくとも２／３を構成し得る、ヨウ素であることができる。例えば、Ｘ’が、ヨウ素である場合、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５、≧１／４、≧１／３、≧１／２、または≧２／３である。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’との合計は、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、塩素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩ２］［ドーパント］ （８）
［ＣｓＳｎＣｌ２Ｉ］［ドーパント］ （９）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉ３］［ドーパント］ （１０）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３Ｉ２］［ドーパント］ （１１）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩ４］［ドーパント］ （１２）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ４Ｉ］［ドーパント］ （１３）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩ３］［ドーパント］ （１４）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２Ｉ２］［ドーパント］ （１５）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ３Ｉ］［ドーパント］ （１６）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、臭素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＢｒＩ２］［ドーパント］ （１７）
［ＣｓＳｎＢｒ２Ｉ］［ドーパント］ （１８）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ２Ｉ３］［ドーパント］ （１９）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ３Ｉ２］［ドーパント］ （２０）
［ＣｓＳｎ２ＢｒＩ４］［ドーパント］ （２１）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ４Ｉ］［ドーパント］ （２２）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒＩ３］［ドーパント］ （２３）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒ２Ｉ２］［ドーパント］ （２４）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒ３Ｉ］［ドーパント］ （２５）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、フッ素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＦＩ２］［ドーパント］ （２６）
［ＣｓＳｎＦ２Ｉ］［ドーパント］ （２７）
［ＣｓＳｎ２Ｆ２Ｉ３］［ドーパント］ （２８）
［ＣｓＳｎ２Ｆ３Ｉ２］［ドーパント］ （２９）
［ＣｓＳｎ２ＦＩ４］［ドーパント］ （３０）
［ＣｓＳｎ２Ｆ４Ｉ］［ドーパント］ （３１）
［Ｃｓ２ＳｎＦＩ３］［ドーパント］ （３２）
［Ｃｓ２ＳｎＦ２Ｉ２］［ドーパント］ （３３）
［Ｃｓ２ＳｎＦ３Ｉ］［ドーパント］ （３４）
のうちの１つを参照して表すことができる。
【００４７】
式（１）によって表される発光材料のさらなる実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］ （３５）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４８】
式（３５）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、異なり、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（３５）を参照すると、ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。望ましい光ルミネセンス特性を達成するために、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’のうちの少なくとも１つは、ハロゲン化物イオンの総数の少なくとも１／５、少なくとも１／４、少なくとも１／３、少なくとも１／２、または少なくとも２／３を構成し得る、ヨウ素であることができる。例えば、Ｘ’がヨウ素である場合、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５、≧１／４、≧１／３、≧１／２、または≧２／３である。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’とｘ’’との合計は、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａがセシウムであって、Ｘが塩素であって、Ｘ’がヨウ素であって、Ｘ’’が臭素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩＢｒ］［ドーパント］ （３６）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩｘ’Ｂｒ４−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１、２、または３ （３７）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉｘ’Ｂｒ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （３８）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３ＩＢｒ］［ドーパント］ （３９）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩｘ’Ｂｒ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４０）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２ＩＢｒ］［ドーパント］ （４１）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、塩素であって、Ｘ’が、ヨウ素であって、Ｘ’’が、フッ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩＦ］［ドーパント］ （４２）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩｘ’Ｆ４−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１、２、または３ （４３）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉｘ’Ｆ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４４）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３ＩＦ］［ドーパント］ （４５）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩｘ’Ｆ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４６）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２ＩＦ］［ドーパント］ （４７）
のうちの１つを参照して表すことができる。
【００４９】
式（１）によって表されるある発光材料は、ペロブスカイト系マイクロ構造を有することができる。このペロブスカイト系マイクロ構造は、特定の層内の比較的に強い化学結合および異なる層内の比較的に弱い化学結合とともに層化されることができる。特に、式（１）によって表されるある発光材料は、ペロブスカイト系結晶構造を有することができる。この構造は、異なる平面に沿ってＢＸ６の８面体単位網の形態として配設することができ、本発明のある実施形態に従って、図２に例示されるように、Ｂは各８面体単位の中心にあって、Ｘによって囲繞され、Ａは平面間の格子間にあって、Ｂは陽イオンであって、Ｘは一価の陰イオンであって、Ａは全電荷を平衡化し、結晶構造を安定化させる役割を果たす陽イオンである。ペロブスカイト系マイクロ構造のある側面は、本発明のある実施形態に従って、ＵＤ９３０に対して、図３に例示されるようにＸ線回折（「ＸＲＤ」）データ内において観察することができる。
【００５０】
図２に戻って参照すると、ドーパントは、例えば、ドーパント集合を有する構造内に含まれる原子集合の置換によって明らかになるように、ペロブスカイト系結晶構造内に組み込むことができる。ＵＤ９３０の場合、例えば、Ｃｓ＋１およびＳｎ＋２の一方または両方とも、Ｓｎ（ＩＶ）またはＳｎ＋４等の陽イオンと置換することができ、およびＩ−１は、Ｆ−１、Ｃｌ−１、Ｂｒ−１、Ｏ−２、ＯＨ−１、またはＩ−１と比較してより小さい半径を有する他の陰イオン等の陰イオンと置換することができる。ドーパントの組み込みは、例えば、特定の平面に沿ったより短いＢ−Ｘ−Ｂ結合長および異なる平面間のより短いＢ−Ｘ−Ｂ結合長等、特定の平面に沿って、ならびに異なる平面間のより短い結合長によって明らかとなるように、ドーパントの不在の場合と比較して、ペロブスカイト系結晶構造を改変することができる。いくつかの事例では、Ｆ−１およびＣｌ−１の一方または両方とのＩ−１の置換は、特定の平面に沿う、および異なる平面間のＳｎ＋２に対して、より短く、およびより強い結合をもたらすことができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ドーパントの組み込みは、ペロブスカイト系結晶構造のさらなる安定性をもたらすことができ、望ましい光ルミネセンス特性は、少なくとも部分的に、これらのドーパントの存在から導出することができる。いくつかの事例では、他のハロゲン化物とのＩ−１の置換は、混合されたハロゲン化物の合金を形成するための最大約５０％のＩ−１等、典型的ドーピングレベルを上回るレベルであることができる。
【００５１】
式（１）によって表されるある発光材料は、サブミクロン範囲内のサイズを有する成分晶子または粒子を有する多結晶であることができる。粒子の構成は、準等方性、すなわち、粒子が、形状およびサイズが比較的に均一であって、比較的に均一な粒界配向を呈するものから、異方性、すなわち、粒子が、形状、サイズ、粒界配向、テクスチャ、またはそれらの組み合わせの観点から、比較的に大きい逸脱を呈するものまで、変動し得る。ＵＤ９３０の場合、例えば、粒子は、異方性様式において、および約２５０ｎｍから約３５０ｎｍ等の約２００ｎｍから約４００ｎｍの範囲内の平均サイズを伴って形成することができる。
【００５２】
式（１）によって表されるいくつかの発光材料は、ソーラーモジュールのための望ましい特性を有する。特に、発光材料は、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、または少なくとも約３５％等、約６％超の高い光量子効率を伴い、最大約４０％、約５０％、またはそれ以上であり得、および少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、または少なくとも約８５％等の約５０％超の高い内部量子効率を伴い、最大約９５％、約９９％、またはそれ以上であり得る光ルミネセンスを呈することができる。また、発光材料は、ＦＷＨＭにおいて、約１００ｎｍ未満または約８０ｎｍ未満等、ＦＷＨＭにおいて、約１２０ｎｍ未満である狭いスペクトル幅を有する光ルミネセンスを呈することができる。したがって、例えば、スペクトル幅は、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｎｍから約１２０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、または約５０ｎｍから約８０ｎｍ等、ＦＷＨＭにおいて、約２０ｎｍから約１２０ｎｍの範囲内であることができる。共振空洞導波路内への発光材料の組み込みはさらに、スペクトル幅を狭くすることができる。
【００５３】
加えて、発光材料は、使用される反応物および処理条件を調節することによって、望ましいレベルに調節可能であるバンドギャップエネルギーおよび抵抗率を有することができる。例えば、バンドギャップエネルギーは、例えば、セシウム、ルビジウム、カリウム、およびナトリウムに対応するバンドギャップエネルギーの増加順序に伴って、Ａと相関し得る。別の実施例として、バンドギャップエネルギーは、例えば、ヨウ素、臭素、塩素、およびフッ素に対応するバンドギャップエネルギーの増加順序に伴って、Ｘと相関し得る。このバンドギャップエネルギーの増加順序は、ピーク放出波長の減少順序に変換することができる。したがって、例えば、ヨウ素を含む発光材料は、時として、約９００ｎｍから約１μｍの範囲内のピーク放出波長を呈することができる一方、臭素または塩素を含む発光材料は、時として約７００ｎｍから約８００ｎｍの範囲内のピーク放出波長を呈することができる。バンドギャップエネルギーを調節することによって結果として生じる光ルミネセンスは、可視範囲または赤外線範囲等の望ましい波長範囲内に位置するピーク放出波長を有することができる。いくつかの事例では、ピーク放出波長は、約９００ｎｍから約１μｍ、約９１０ｎｍから約１μｍ、約９１０ｎｍから約９８０ｎｍ、または約９３０ｎｍから約９８０ｎｍ等、近赤外線範囲内に位置することができる。
【００５４】
さらに、前述の光ルミネセンス特性は、広範囲の励起波長にわたって、比較的に低い感度であることができる。実際、この独特の特性は、発光材料の励起スペクトルを参照して、励起スペクトルが、紫外線範囲、可視範囲、および赤外線範囲の部分を包含する励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であり得ることを理解することができる。いくつかの事例では、励起スペクトルは、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約２００ｎｍから約９５０ｎｍ等、約２００ｎｍから約１μｍの励起波長の範囲にわたって、実質的に平坦であることができる。同様に、発光材料の吸収スペクトルは、紫外線範囲、可視範囲、および赤外線範囲の部分を包含する励起波長の範囲にわたって、実質的に平坦であることができる。いくつかの事例では、吸収スペクトルは、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約２００ｎｍから約９５０ｎｍ等、約２００ｎｍから約１μｍの励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であることができる。また、発光材料の光量子効率は、約２００ｎｍから約１μｍ、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約４５０ｎｍから約９００ｎｍ等の励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であることができる。
【００５５】
例えば、ＵＤ９３０は、３００Ｋにおいて約１．３２ｅＶの値を有する直接バンドギャップを有する。このバンドギャップは、少なくとも部分的に格子ポテンシャル内の非調和性から生じる温度の低下に伴って減少し得る。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ＵＤ９３０（および、式（１）によって表されるある他の発光材料）に対する光ルミネセンスは、励起子放出を介して生じることができる。励起子は、光吸収の結果として形成され得る電子−正孔対に対応する。ほとんどの半導体材料は、比較的に小さい励起子結合エネルギーを有し、したがって、励起子は、典型的には、室温では存在しない。式（１）によって表されるある発光材料は、比較的に大きい励起子結合エネルギーを有することができ、共振空洞導波路内に組み込み、垂直方向における放出および空洞導波路の平面に沿って誘導放出の抑制をもたらすことができる。ストークスシフトまたは励起子結合エネルギーが大きいほど、空洞導波路は、不完全性に対して耐性が大きくなり得る。したがって、空洞導波路は、分子線エピタキシャル成長法（「ＭＢＥ」）等の技法に依存することなく、安価な様式で容易に形成することができる。
【００５６】
ＵＤ９３０の望ましい特性はさらに、本発明のある実施形態に従って、太陽スペクトルならびにＵＤ９３０の測定された吸収および放出スペクトルの組み合わせられた表現を例示する図４を参照して理解され得る。特に、図４は、地球の表面に入射する太陽放射を表す標準的太陽スペクトルである、ＡＭ１．５Ｇソーラースペクトル（（Ａ）と称される）を例示する。ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルは、大気吸収のため、９３０ｎｍの領域内に間隙を有する。ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルおよびシリコン系ＰＶ電池の特性に照らして、ＵＤ９３０の吸収スペクトル（（Ｂ）と称される）および放出スペクトル（（Ｃ）と称される）は、放出層内に組み込まれると、スペクトル集中に対してこの材料を特に効果的にする。特に、ＵＤ９３０の光ルミネセンスは、実質的に、ＡＭ１．５Ｇソーラースペクトルの間隙内に位置し、間隙内にある約９５０ｎｍのピーク放出波長を有する。これは、ひいては、反射体層を通過し、ＵＤ９３０に到達し得る入射太陽放射の大幅な減少を有することなく、放出放射を放出層に向かって後方反射するように調節される反射体層（例えば、放出層の上方および下方における）の使用を可能にする。また、ＵＤ９３０の吸収スペクトルは、実質的に平坦であって、約９５０ｎｍにおける吸収端から、ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルの大きな割合を通して、紫外線まで延在する。加えて、約９５０ｎｍ（または、約１．３２ｅＶ）のピーク放出波長は、シリコン系ＰＶ電池の吸収端に整合し、スペクトル幅は、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｍｅＶ（または、ＦＷＨＭにおいて、約３７ｎｍ）である。シリコンの吸収係数は、放出波長のこの範囲内において、約１０２ｃｍ−１であって、ＰＶ電池内の接合は、放出放射を効率的に吸収し、放射を電子−正孔対に変換するように設計することができる。その結果、ＵＤ９３０は、入射太陽放射からの広い波長範囲を広く吸収することができる一方、シリコンと整合する狭い波長範囲を放出し、電気への入射太陽放射の高い変換効率を可能にする。さらに、ＵＤ９３０の吸収スペクトルおよび放出スペクトルは、低い程度に重複し、それによって、そうでなければ変換効率の低下をもたらすであろう自己吸収の事例を低減させる。
【００５７】
（発光材料の形成方法）
式（１）によって表される発光材料は、高い収率ならびに適度な温度および圧力において、反応物または前駆体集合の反応を介して形成することができる。反応は、式：
源（Ｂ）＋源（Ａ、Ｘ） → 発光材料 （４８）
を参照して表すことができる。
【００５８】
式（４８）において、源（Ｂ）は、Ｂの源としての役割を果たし、いくつかの事例では、源（Ｂ）はまた、ドーパントまたはハロゲン化物イオン源としての役割を果たすこともできる。例えば、Ｂが、ゲルマニウム、錫、または鉛の場合、源（Ｂ）は、形態ＢＹ、ＢＹ２、Ｂ３Ｙ２、およびＢ２ＹのＢ（ＩＩ）化合物ならびに形態ＢＹ４Ｂ（ＩＶ）化合物から選択される１つ以上の種類のＢ含有化合物を含むことができ、式中、Ｙは、酸素（例えば、Ｏ−２）等のＶＩＢ族の元素、フッ素（例えば、Ｆ−１）、塩素（例えば、Ｃｌ−１）、臭素（例えば、Ｂｒ−１）、およびヨウ素（例えば、Ｉ−１）等のＶＩＩＢ族の元素、ならびに硝酸（すなわち、ＮＯ３−１）、チオシアン酸（すなわち、ＳＣＮ−１）、次亜塩素酸（すなわち、ＯＣｌ−１）、硫酸（すなわち、ＳＯ４−２）、オルトリン酸（すなわち、ＰＯ４−３）、メタリン酸（すなわち、ＰＯ３−１）、シュウ酸（すなわち、Ｃ２Ｏ４−２）、メタンスルホン酸（すなわち、ＣＨ３ＳＯ３−１）、トリフルオロメタンスルホン酸（すなわち、ＣＦ３ＳＯ３−１）、およびピロリン酸（すなわち、Ｐ２Ｏ７−４）等の多元素化学実体から選択することができる。錫（ＩＩ）化合物の実施例として、フッ化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＦ２）、塩化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＣｌ２）、塩化錫（ＩＩ）二水和物（すなわち、ＳｎＣｌ２．２Ｈ２Ｏ）、臭化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＢｒ２）、ヨウ化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＩ２）、酸化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＯ）、硫化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＳＯ４）、オルトリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ３（ＰＯ４）２）、メタリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＰＯ３）２）、シュウ酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（Ｃ２Ｏ４））、メタンスルホン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＣＨ３ＳＯ３）２）、ピロリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ２Ｐ２Ｏ７）、およびトリフルオロメタンスルホン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＣＦ３ＳＯ３）２）が挙げられる。錫（ＩＶ）化合物の実施例として、塩化錫（ＩＶ）（すなわち、ＳｎＣｌ４）および塩化錫（ＩＶ）五水和物（すなわち、ＳｎＣｌ４．５Ｈ２Ｏ）が挙げられる。ＢおよびＢ’が、ＩＶＢ族の元素から独立して選択される、源（Ｂ）および源（Ｂ’）、またはＢ、Ｂ’、およびＢ’’が、ＩＶＢ族の元素から独立して選択される、源（Ｂ）、源（Ｂ’）、および源（Ｂ’’）等、異なる種類の源（Ｂ）を使用することができることが想定される。
【００５９】
依然として、式（４８）を参照すると、源（Ａ、Ｘ）は、ＡおよびＸの源としての役割を果たし、いくつかの事例では、源（Ａ、Ｘ）はまた、ドーパント源としての役割を果たすことができる。源（Ａ、Ｘ）の実施例として、形態ＡＸのアルカリハロゲン化物が挙げられる。例えば、Ａが、セシウム、カリウム、またはルビジウムである場合、源（Ａ、Ｘ）は、フッ化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＦ）、塩化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＣｌ）、臭化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＢｒ）、ヨウ化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＩ）、フッ化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＦ）、塩化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＣｌ）、臭化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＢｒ）、ヨウ化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＩ）、フッ化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＦ）、塩化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＣｌ）、臭化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＢｒ）、およびヨウ化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＩ）等の１つ以上の種類のＡ（Ｉ）ハロゲン化物を含むことができる。ＡおよびＡ’が、ＩＡ族の元素から独立して選択され、ＸおよびＸ’が、ＶＩＩＢ族の元素からから独立して選択される、源（Ａ、Ｘ）および源（Ａ’、Ｘ’）、またはＡ、Ａ’、およびＡ’’が、ＩＡ族の元素から独立して選択され、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’が、ＶＩＩＢ族の元素から独立して選択される、源（Ａ、Ｘ）、源（Ａ’、Ｘ’）、および源（Ａ’’、Ｘ’’）等、異なる種類の源（Ａ、Ｘ）を使用することができることが想定される。
【００６０】
式（４８）によって表される反応は、源（Ｂ）を源（Ａ、Ｘ）と組み合わせるか、混合するか、または別様に接触させ、次いで、ある形態のエネルギーを印加することによって実行することができる。いくつかの実施形態の場合、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に蒸着され、薄膜または層集合を形成することができる。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に同時に蒸着され、薄膜を形成することができるか、または連続的に蒸着され、隣接して薄膜を形成することができる。好適な蒸着技法の実施例として、真空蒸着（例えば、熱蒸発または電子ビーム蒸着）、物理的蒸着（「ＰＶＤ」）、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、原子層蒸着（「ＡＬＤ」）、スパッタリング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、ウェブコーティング、ウェットコーティング、およびスピンコーティングが挙げられる。他の実施形態の場合、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、乾燥形態において、溶液中において、または任意の他の好適な混合技法に従って、混合することができる。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、粉末形態で提供されることができ、任意の好適な乾燥混合技法を使用して混合することができる。別の実施例として、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、反応媒体中に分散され、反応混合物を形成することができ、反応媒体は、溶媒または溶媒の混合物を含むことができる。源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）が、好適に組み合わせられると、ある形態のエネルギーが印加され、音響または振動エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギー、機械的エネルギー、光エネルギー、あるいは熱エネルギーの形態等において発光材料の形成を促進する。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に蒸着されることができ、結果として生じる薄膜集合は、好適な温度に加熱され、発光材料を形成することができる。加熱は、好適な時間周期の間、空気、不活性雰囲気（例えば、窒素雰囲気）、または還元性雰囲気中において行うことができる。また、多重形態のエネルギーが、同時または連続的に印加されることができることも想定される。
【００６１】
結果として生じる発光材料は、主要元素成分としてのＡ、Ｂ、およびＸ、ならびにＹから導出されるか、またはそれに対応する元素成分を含むことができる。また、発光材料は、元素組成の観点から、約５％未満または約１％未満の量として存在し得る、炭素、塩素、水素、および酸素等の付加的元素成分、さらに、元素組成の観点から、約０．１％未満の微量として存在し得るナトリウム、硫酸、リン、およびカリウム等の元素成分を含むことができる。
【００６２】
式（４８）によって表される反応の実施例として、式：
ＢＹ２＋ＡＸ → 発光材料 （４９）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００６３】
式（４９）において、Ｂは、ゲルマニウム、錫、および鉛から選択され、Ｙは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（２６）を参照すると、ＢＹ２は、より一般的には、ＢＹ２およびＢ’Ｙ’２（または、ＢＹ２、Ｂ’Ｙ’２、およびＢ’’Ｙ’’２）として表すことができ、式中、ＢおよびＢ’（または、Ｂ、Ｂ’、およびＢ’’）は、ゲルマニウム、錫、および鉛から独立して選択され、ＹおよびＹ’（または、Ｙ、Ｙ’、およびＹ’’）は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から独立して選択されることが想定される。例えば、Ｂが、錫である場合、ＢＹ２は、ＳｎＹ２として表すことができる、またはより一般的には、ＳｎＹ２およびＳｎＹ’２（または、ＳｎＹ２、ＳｎＹ’２、およびＳｎＹ’’２）として表すことができ、式中、ＹおよびＹ’（または、Ｙ、Ｙ’、およびＹ’’）は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から独立して選択される。
【００６４】
例えば、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、ＣｓＩと反応し、ＵＤ９３０等、約９５０ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＣｓＢｒと反応し、ＵＤ７００等、約６９５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＫＢｒと反応し、約４６５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＩ２は、ＲｂＩと反応し、約７０５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。さらなる実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＲｂＢｒと反応し、約５４０ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。
【００６５】
次に、本発明のいくつかの実施形態に従って、発光材料を形成するための製造方法を例示する図５から図８を参照する。
【００６６】
最初に図５を参照すると、基板５００が提供される。基板５００は、製造作業の際、支持構造としての役割を果たし、および結果として生じる発光材料を環境条件から保護する役割を果たす。基板５００は、剛性または可撓性であることができ、多孔性または非多孔性であることができ、光学的に透明、半透明、または不透明であることができ、およびガラス、金属、セラミック、ポリマー、または別の好適な材料から形成することができる。いくつかの実装の場合、基板５００は、底基板と、底基板に隣接して形成され、後続製造作業のための蒸着表面を提供する、およびコーティングまたは薄膜集合とを含むことができる。好適なコーティング材料の実施例として、シリカ（すなわち、ＳｉＯ２またはα−ＳｉＯ２）、アルミナ（すなわち、Ａｌ２Ｏ３）、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ならびに他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。
【００６７】
基板効果は、時として、結果として生じる光ルミネセンス特性に関連して生じ得る。例えば、ある他の材料から形成される基板と比較して、アルミナ系セラミック基板の場合、約５倍から約１０倍等、光ルミネセンス強度の約３倍以上の向上が生じ得る。特定の理論によって拘束されるわけではないが、そのような向上は、少なくとも部分的に、Ｒ１Ｒ２放出プロセス、アルミナ系セラミック基板の表面粗度、およびアルミナ系セラミック基板高反射率（発光材料に向かって、入射反射の後方反射を促進することができる）のうちの１つまたはそれらの組み合わせから導出することができる。
【００６８】
次に、図５に例示されるように、反応物集合（発光材料の前駆体）が、基板５００に隣接して蒸着される。例示される実施形態において、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、真空蒸着に曝され、それによって、基板５００に隣接して前駆体層５０２を形成する。蒸着は、約１×１０−４トル未満、約１×１０−５トル未満、および約１×１０−６トル以下まで、圧力を真空にする真空蒸着システムを使用して実行することができる。別の好適な蒸着技法が、真空蒸着の代わりに、またはそれと併用して使用することができることが想定される。
【００６９】
源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）の蒸着は、同一真空蒸着技法または異なる真空蒸着技法に従って、連続的に実行することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸは、合計２つの層から１６層、または合計２つの層から６つの層等、合計２つの層から３０以上の層の連続層として蒸着することができ、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約９９：１から約１：９９のＢＹ２対ＡＸの重量またはモル比を有する。より低い融点Ｔｍ１を有する、ＢＹ２およびＡＸのうちの特定の一方は、蒸発槽内に定置され、熱蒸発によって蒸着されることができる一方、より高い融点Ｔｍ２を有するＢＹ２およびＡＸのうちの他方は、別の蒸発槽内に定置され、熱蒸発または電子ビーム蒸着によって蒸着されることができる。融点約３１８℃を有するＳｎＩ２（または、融点約２４６℃を有するＳｎＣｌ２）および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、熱蒸発によって蒸着されることができる一方、ＣｓＩは、熱蒸発または電子ビーム蒸着によって蒸着されることができる。各個々のＢＹ２含有層または各個々のＡＸ含有層の厚さは、約１０ｎｍから約１μｍまたは約１０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内であることができ、全層に対する総厚は、約４０ｎｍから約２０μｍまたは約５０ｎｍから約５μｍ等、約２０ｎｍから約４５μｍの範囲内である。
【００７０】
源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）はまた、特定の真空蒸着技法に従って、同時に蒸着することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸは、単一層または多重層を形成するように同時に蒸着することができ、ＢＹ２対ＡＸの重量またはモル比は、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約１０：１から約１：１０であって、総厚は、約１０ｎｍから約１μｍまたは約１０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内である。特に、ＢＹ２およびＡＸは、蒸発槽内において混合され、次いで、熱蒸発によって蒸着することができる。ＢＹ２とＡＸとの混合は、粉末形態中において、またはＢＹ２およびＡＸの前溶融物を形成することによって実行することができる。ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）およびＣｓＩの場合、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、ＣｓＩより低い温度で蒸発することができ、したがって、蒸発槽の温度は、混合物中のＣｓＩの相対的量が増加するのに伴って徐々に上昇することができる。
【００７１】
異なる種類の源（Ｂ）を使用することができ、源（Ａ、Ｘ）によって同時に蒸着されるか、または源（Ａ、Ｘ）によって連続的に蒸着されることができる。例えば、ＢＹ２およびＢ’Ｙ’２は、蒸発槽内において混合され、熱蒸発によって蒸着された後に、ＡＸの蒸着等が続くことができる。ＢＹ２とＢ’Ｙ’２との混合は、粉末形態中において、またはＢＹ２およびＢ’Ｙ’２の前溶融物を形成することによって実行することができ、ＢＹ２対Ｂ’Ｙ’２の重量またはモル比は、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約９９：１から約１：９９である。別の実施例として、ＢＹ２、Ｂ’Ｙ’２、およびＢ’’Ｙ’’２は、蒸発槽内において混合され、熱蒸発によって蒸着された後に、ＡＸの蒸着等が続くことができる。同様に、異なる種類の源（Ａ、Ｘ）を使用することができ、源（Ｂ）によって同時に蒸着されるか、または源（Ｂ）によって連続的に蒸着されることができる。
【００７２】
依然として図５を参照すると、次に、封入材料が蒸着され、それによって、前駆体層５０２に隣接して封入層５０４を形成する。封入層５０４は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減し、それによって、結果として生じる光ルミネセンス特性の安定性を向上させる役割を果たす。好適な封入材料の実施例として、シリカ、アルミナ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ＳｉＯｘＮ２−ｘ等の窒化物、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＺｎＦ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ２等のフッ化物、ＨｆＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ／Ａｌ２Ｏ３、およびＡｌＴｉＯ等のナノ積層体、ならびに他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。好適な封入材料の付加的実施例として、ホウケイ酸ガラス（例えば、ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）ガラスおよびＤ２６３ＴＭガラス）、リン酸ガラス、および他の低融点ガラス等のガラスが挙げられる。封入層５０４の厚さは、約５０ｎｍから約５００ｎｍまたは約５０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内にあることができる。ガラスの蒸着された層の場合、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、またはイリジウム等、好適な金属が、ガラスの層に隣接して蒸着され、気密を提供することができる。電子ビーム蒸着等の真空蒸着は、層のアセンブリの他の層とともに、封入層５０４を形成するために使用することができる。代替として、スパッタリング等の別の好適な蒸着技法を使用することができる。
【００７３】
次に、層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層５０２を式（１）に従う発光材料を含む放出層に変換する。アニーリングは、ホットプレート、オーブン、抵抗加熱、またはランプ加熱を使用して、層のアセンブリを加熱する等によって、伝導、対流、または放射加熱を介して、熱エネルギーを印加するための任意の好適な加熱技法を使用して実行することができる。また、熱エネルギーは、高速加熱サイクルに従って印加され、高速熱アニーリングをもたらすことができることが想定される。
【００７４】
結果として生じる光ルミネセンス特性は、アニーリング温度およびアニーリング時間周期に依存し得る。したがって、アニーリング温度およびアニーリング時間周期は、より高い光ルミネセンス強度をもたらすように最適化することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸのうちの特定の一方は、より低い融点Ｔｍ１を有することができ、ＢＹ２およびＡＸの他方は、より高い融点Ｔｍ２を有することができ、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、Ｔｍ１超かつより低い融点とより高い融点との間の最大４／３点（すなわち、（Ｔｍ１＋３Ｔｍ２）／４）または中間点（すなわち、（Ｔｍ１＋Ｔｍ２）／２）等、Ｔｍ１超かつＴｍ２未満であることができるが、アニーリングはまた、より高いまたはより低い温度で実行することができる。融点約３１８℃を有するＳｎＩ２および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、約３４０℃から約４２０℃または約３５０℃から約４１０℃等、約３１８℃超かつ約６２０℃未満であることができる。融点約２４６℃を有するＳｎＣｌ２および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、約２４６℃超かつ約６２０℃未満であることができる。いくつかの事例では、初期溶融は、ＳｎＣｌ２とＳｎＣｌ２およびＣｓＩの反応生成物との間の共晶混合物の形成から生じることができる。最適アニーリング時間期間は、約５秒から約１０分または約５秒から約１分等、約１秒から約１時間の範囲内であることができるが、アニーリングはまた、より長いかまたはより短い時間期間の間に実行することができる。アニーリング温度およびアニーリング時間期間の最適値はまた、例えば、使用される特定の試薬、前駆体層５０２内の個々の層の厚さ、または前駆体層５０２の総厚に応じて好適に調節することができる。いくつかの事例では、反応物の層間の反応は、固体状態反応によって反応物の融点温度を大幅に下回る温度によって生じることができる。特に、層は、拡散が、例えば、数百ナノメートル以下、および数秒から数分の時間期間内において生じるように十分に薄くあることができ、それによって、反応物を反応させて、発光材料を形成することが可能となる。
【００７５】
次に図６を参照すると、基板６００が提供され、前駆体層６０４が、基板６００に隣接して形成される。図６の製造方法のある側面は、図５に対して前述のように、類似様式で実装することができ、したがって、本明細書ではさらに説明されない。
【００７６】
図６に例示されるように、反射体層６０２が、最初に基板６００に隣接して形成された後に、反射体層６０２に隣接して前駆体層６０４の形成、および前駆体層６０４に隣接して別の反射体層６０６の形成が続く。対の反射体層６０２および６０６は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。加えて、対の反射体層６０２および６０６は、放出放射の損失を低減し、側方方向に沿って放出放射の誘導を促進する役割を果たす。
【００７７】
例示される実施形態において、反射体層６０２および６０６の形成は、ＡＬＤまたは別の好適な蒸着技法を使用して、誘電材料集合を蒸着することによって実行される。特に、反射体層６０２および６０６はそれぞれ、多重誘電層を含む誘電スタックとして実装され、誘電層の数は、２から１００の範囲内、３０から９０の範囲内、または３０から８０の範囲内等、２から１，０００の範囲内である。各個々の誘電層は、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内の厚さを有することができる。反射体層６０２および６０６を形成する誘電層の数に応じて、反射体層６０２および６０６のそれぞれの総厚は、約１μｍから約１５μｍまたは約１μｍから約１０μｍ等、約１００ｎｍから約２０μｍの範囲内であることができる。ある実装の場合、誘電スタックは、異なる誘電材料から形成される多重層を含むことができる。異なる材料から形成される層は、交互様式等の周期的様式において、または非周期的様式において、配設することができる。反射体層６０２および６０６を形成するために使用することができる誘電材料の実施例として、シリカ、アルミナ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ＳｉＯｘＮ２−ｘ等の窒化物、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＺｎＦ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ２等のフッ化物、ナノ積層体、ＨｆＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ／Ａｌ２Ｏ３、およびＡｌＴｉＯ、および他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。望ましくは、誘電スタックを形成する異なる材料は、誘電スタック内に組み入れられる高い屈折率の層集合および低い屈折率の層集合を形成するように、異なる屈折率を有する。ある実装の場合、約０．３から約１の範囲内または約０．３から約２の範囲内の屈折率差が、望ましくあり得る。例えば、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２が、誘電スタックの交互層内に含まれ、層間に比較的に大きな屈折率差を提供することができる。より大きな屈折率差は、放出放射に対してより大きなストップバンドをもたらし、それによって、理想的全方向反射体の性能に近づくことができる。加えて、より大きな屈折率差は、入射太陽放射に対する反射率に対してより大きな角度公差をもたらし、垂直方向からのより大きな角度において放出放射の漏出を低減させることができる。
【００７８】
次いで、図６に例示される層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層６０４を反射体層６０２と６０６との間に狭入される放出層に変換する。
【００７９】
次に図７を参照すると、反射体層７０２が、基板７００に隣接して形成され、前駆体層７０４が、反射体層７０２に隣接して形成される。図７の製造方法のある側面は、図５および図６に対して前述のように、類似様式において実装することができ、したがって、本明細書には、さらに説明されない。
【００８０】
図７に例示されるように、次に、スペーサ層７０６が、前駆体層７０４に隣接して形成された後に、スペーサ層７０６に隣接して別の反射体層７０８の形成が続く。スペーサ層７０６および反射体層７０８は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。加えて、反射体層７０８は、放出放射の損失を低減させ、側方方向に沿って放出放射の誘導を促進する役割を果たす一方、スペーサ層７０６は、放出放射の低損失誘導のために、屈折率整合を提供する。前駆体層７０４に対する反射体層７０２と反射体層７０８との相対的位置は、他の実装のために切り替えることができ、スペーサ層７０６（または、別の類似スペーサ層）および反射体層７０８（または、別の類似反射体層）は、基板７００に隣接して形成することができ、スペーサ層７０６（または、別の類似スペーサ層）は、前駆体層７０４の形成のための蒸着表面を提供することが想定される。
【００８１】
例示される実施形態において、スペーサ層７０６および反射体層７０８の形成は、真空蒸着または別の好適な蒸着技法を使用して、材料集合を蒸着することによって、実行される。特に、反射体層７０８は、比較的に広い波長範囲にわたって全方向反射となるように実装され、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、またはイリジウム等の金属、金属合金、または広い範囲の反射率を有する別の好適な材料を蒸着することによって形成することができる。反射体層７０８の厚さは、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内であることができる。図７に例示されるように、スペーサ層７０６は、約２未満、約１．５未満、または約１．４未満である屈折率を有するもの等、好適な低い屈折率の材料を蒸着することによって形成することができる。好適な低い屈折率の材料の実施例として、ＭｇＦ２（屈折率約１．３７）、ＣａＦ２、シリカ、アルミナ、および他の好適な薄膜、低い屈折率、誘電材料が挙げられる。スペーサ層７０６の厚さは、約５０ｎｍから約３００ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００ｎｍ等、約１ｎｍから約５００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８２】
次いで、図７に例示される層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層７０４を反射体層７０２と７０８との間に狭入される放出層に変換する。
【００８３】
次に、図８を参照すると、底面基板８００が提供され、前駆体層８０２が、底面基板８００に隣接して形成される。図８に例示されないが、スペーサ層および反射体層の一方または両方とも、底面基板８００に隣接して形成されることができ、前駆体層８０２の形成のための蒸着表面を提供することができることが想定される。図８の製造方法のある側面は、図５から図７に対して前述のように、類似様式で実装することができ、したがって、本明細書においてさらに説明されない。
【００８４】
図８に例示されるように、次に、結合層８０４が、前駆体層８０２に隣接して形成された後に、結合層８０４に隣接して上基板８０６を位置付け、層のアセンブリの結合およびアニーリングが続く。結合層８０４および上基板８０６は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。結合層８０４（または、別の類似結合層）は、上基板８０６に隣接して形成され、次いで、前駆体層８０２に隣接して位置付けられて、結合を達成することができることが想定される。
【００８５】
例示される実施形態において、結合層８０４の形成は、任意の好適な蒸着技法を使用して、接着剤または結合材料を蒸着することによって実行される。特に、結合層８０４は、ガラス（例えば、スピンオンガラスまたは密閉ガラス）あるいはポリマー（例えば、ペルフルオロポリマーまたはエポキシ系ポリマー）等、熱硬化性接着剤もしくは結合材料を蒸着することによって形成することができる。結合層８０４の厚さは、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８６】
結合は、結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進するための熱エネルギーの印加とともに、流体圧力、機械的応力、または別の好適な結合技法を使用して達成することができる。また、熱硬化性接着剤または結合材料ではなく、紫外線光硬化性接着剤または結合材料を使用して、達成することができることが想定される。例えば、プレポリマー（または、モノマー集合）の薄いコーティングを表面集合に印加することができ、表面がともに圧着された後に、紫外線光曝露を表面の一方または両方を通して印加し、プレポリマー（または、モノマー）を硬化させることができる。
【００８７】
（ソーラーモジュール）
図９は、本発明のある実施形態に従って実装される、ソーラーモジュール９００を例示する。ソーラーモジュール９００は、結晶シリコンから形成されるｐ−ｎ接合素子であるＰＶ電池９０２を含む。しかしながら、ＰＶ電池９０２はまた、別の好適な光活性材料から形成することができる。図９に例示されるように、ＰＶ電池９０２は、結晶シリコンの薄いスライスまたは細片として実装される。シリコンの薄いスライスの使用は、シリコン消費を低減可能にし、ひいては、製造コストの削減を可能にする。マイクロ機械加工作業をシリコンウエハ上において行い、多数のシリコンスライスを形成することができ、シリコンスライスはそれぞれ、ＰＶ電池９０２等のＰＶ電池を形成するように、さらに処理されることができる。図９に例示されるように、ＰＶ電池９０２は、ＰＶ電池９０２の側面９０４に入射する放射を受容および吸収するように構成されるが、他のＰＶ電池９０２の表面もまた、関与することができる。
【００８８】
例示される実施形態において、ソーラーモジュール９００はまた、ＰＶ電池９０２の側面９０４に隣接する側面９０８を有するスラブとして形成されるスペクトル集光器９０６を含む。スペクトル集光器９０６は、放出層内に含まれ、比較的に広い範囲の太陽放射エネルギーを、ＰＶ電池９０２の吸収スペクトルに整合される比較的に狭い、実質的に単色であるエネルギーバンドに変換することができる、本明細書に説明されるような発光材料集合を含む。ソーラーモジュール９００の動作の際に、入射太陽放射は、スペクトル集光器９０６の上面９１０に衝突し、この入射太陽放射のうちのある割合が、上面９１０下に透過し、吸収され、実質的に単色である放出放射に変換される。この放出放射は、スペクトル集光器９０６内において側方に誘導され、この放出放射のある割合が、この放出放射を吸収し、電気に変換するＰＶ電池９０２の側面９０４に到達する。
【００８９】
事実上、スペクトル集光器９０６は、（１）入射太陽放射を収集するステップと、（２）入射太陽放射をＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギー近傍の実質的に単色である放出放射に変換するステップと、（３）放出放射をＰＶ電池９０２に伝達し、放出放射を有用な電気エネルギーに変換することができるステップとを含む動作集合を行う。スペクトル集光器９０６は、収集、変換、および伝達動作のそれぞれに対して、最適化、または別様に調節される個別構造を含むことができる。代替として、これらの動作のいくつかは、共通構造内に実装することができる。スペクトル集光器９０６によって行われるこれらの動作は、以下にさらに説明される。
【００９０】
収集は、放出放射への変換のための準備における入射太陽放射の捕捉または傍受を指す。スペクトル集光器９０６の収集効率は、スペクトル集光器９０６内の発光材料の量および分布に依存し得る。いくつかの事例では、発光材料は、入射太陽放射を傍受することができる発光中心集合と見なすことができ、多量の発光中心は、典型的には、収集効率を増加させる。発光中心の分布に応じて、入射太陽放射の収集は、スペクトル集光器９０６全体を通して分布される様式において生じることができるか、またはスペクトル集光器９０６の１つ以上の領域内において生じることができる。収集効率はまた、入射太陽放射の各発光材料に到達する能力を含め、スペクトル集光器９０６の他の側面にも依存し得る。特に、収集効率は、典型的には、入射太陽放射の反射を低減させるための反射防止コーティングを介して等、入射太陽放射と発光材料との好適な光結合によって改善される。
【００９１】
変換は、入射太陽放射に応答した放出放射を指し、そのような変換の効率は、吸収された太陽光子が放出される光子に変換される確率を指す。スペクトル集光器９０６の変換効率は、その光量子効率またはその内部量子効率を含む発光材料の光ルミネセンス特性に依存し得るが、また、共振空洞効果を介することを含むその局所光環境との発光中心の相互作用に依存し得る。発光中心の分布に応じて、入射太陽放射の変換は、スペクトル集光器９０６全体を通して分布される様式において生じることができるか、またはスペクトル集光器９０６の１つ以上の領域内において生じることができる。また、使用される特定の発光材料に応じて、変換効率は、発光材料によって吸収される入射太陽放射の波長に依存し得る。
【００９２】
伝達は、ＰＶ電池９０２に向かっての放出放射の誘導または伝搬を指し、そのような伝達の効率は、放出される光子がＰＶ電池９０２に到達する確率を指す。スペクトル集光器９０６の伝達効率は、放出と吸収スペクトルとの間の重複度を含む、発光材料の光ルミネセンス特性に依存し得るが、また、共振空洞効果を介することを含む、その局所光環境との発光中心の相互作用に依存し得る。
【００９３】
これらの動作を行うことによって、スペクトル集光器９０６は、いくつかの効果を提供する。特に、ＰＶ電池９０２の代わりに収集動作を行うことによって、スペクトル集光器９０６は、シリコン消費を大幅に低減させることが可能であって、ひいては、製造コストの大幅削減を可能にする。いくつかの事例では、シリコン消費量は、約１０から約１，０００倍だけ削減することができる。また、スペクトル集光器９０６は、（１）集中効果および（２）単色効果の少なくとも２つの効果に基づいて太陽エネルギー変換効率を向上させる。
【００９４】
集中効果の観点から、スペクトル集光器９０６は、比較的に広い範囲の入射太陽放射エネルギーをＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギーに近い狭帯域のエネルギーに変換することによってスペクトル集中を行う。入射太陽放射は、スペクトル集光器９０６の上面９１０を介して収集され、放出放射は、ＰＶ電池９０２の側面９０４に向かって誘導される。例えば、スペクトル集光器９０６の上面９１０の面積によって表されるような太陽放射収集面積は、例えば、ＰＶ電池９０２の側面９０４の面積によって表されるようなＰＶ電池９０２の面積より遥かに大きくあり得る。ＰＶ電池９０２上への結果として生じる集中係数は、約１０から約１００および最大約１，０００以上の範囲内であることができる。例えば、集中係数は、約１０，０００を超えることができ、最大約６０，０００以上であることができる。ひいては、集中係数は、ソーラーモジュール９００の開回路電圧またはＶｏｃを増加させることができ、ＰＶ電池９０２に到達する放出放射内の各集中係数１０に対して、太陽エネルギー変換効率約２％（絶対値）または１０％（相対値）の増加をもたらすことができる。例えば、Ｖｏｃは、シリコンのバンドギャップエネルギーの約半分である典型的な値の約０．５５Ｖから、シリコンのバンドギャップエネルギーの約１．５倍である約１．６Ｖまで増加することができる。典型的な太陽放射エネルギー束または強度は、約１００ｍＷｃｍ−２であって、いくつかの事例では、最大１０６（または、それ以上）の集中係数が、収集、変換、および伝達動作に関して、スペクトル集光器９０６を最適化することによって達成することができる。
【００９５】
単色効果の観点から、スペクトル集光器９０６から放出される狭帯域放射は、その接合設計の観点から最適化され、この狭帯域放出放射に作用し得るＰＶ電池９０２によって効率的に吸収されることができる。加えて、放出放射のエネルギーをＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギーと整合させることによって、熱化は、ほとんどの場合、ＰＶ電池９０２内ではなく、スペクトル集光器９０６内において生じ得る。
【００９６】
空洞量子電磁力学の側面を使用して、マイクロ空洞または共振空洞導波路としてスペクトル集光器９０６を実装することができる。結果として生じる共振空洞効果は、いくつかの効果を提供することができる。例えば、共振空洞効果は、ＰＶ電池９０２に向かって放出放射の方向を制御するために利用することができ、したがって、ＰＶ電池９０２に到達する放出放射の割合を向上させる。この指向性制御は、非誘導方向における光学モードに対する放出の抑制を有する一方、ＰＶ電池９０２に向かって誘導された方向における光学モードに対する放出を可能にするか、または向上させることができる。そのような様式では、損失コーンを介した放出放射の損失を大幅に低減させることができる。また、共振空洞効果は、波長集合の放出を向上させること等によって、ある光学モードと関連付けられた放出特性を修正し、他の光学モードと関連付けられた別の波長集合の放出を抑制するために利用することができる。この放出特性の修正は、スペクトル牽引を介して、放出スペクトルと吸収スペクトルとの間の重複を低減することができ、自己吸収から生じる損失を低減させることができる。この放出特性の修正はまた、より大きな励起子結合エネルギーをもたらすことができる励起子放出を介して、ルミネセンスを促進することができる。加えて、共振空洞効果は、発光材料集合の吸収および放出特性を向上させることができ、間接的光学遷移または禁制光学遷移を有する半導体材料の使用を可能にする。この吸収および放出特性の向上は、パーセル効果等を介して光学利得ならびに増幅された自発放出を有することができる。いくつかの事例では、スペクトル集光器９０６内の高強度の放出放射は、誘導放出およびレージングをもたらすことができ、さらに、放出放射がＰＶ電池９０２に向かって誘導されることに伴って損失を低減させることができる。
【００９７】
例示される実施形態において、スペクトル集光器９０６内の光学状態の局所密度は、誘導光学モードおよび放射光学モードの両方を含むことができる。誘導光学モードは、スペクトル集光器９０６に沿った放出放射の伝搬に関与することができる一方、放射光学モードは、スペクトル集光器９０６からの放出放射の伝搬に関与することができる。比較的に低い程度の垂直閉じ込めの場合、光学状態の局所密度および放出特性は、比較的に低い程度に修正される。誘電スタックの誘電層間の屈折率差を増加させること等による、垂直閉じ込めの増加は、光学状態の局所密度内により大きな歪曲を導入し、指向性制御を含む放出特性の修正をもたらすことができる。また、垂直共振に対して、スペクトル集光器９０６内の放出層の厚さを調節することによって、放射光学モードを抑制することができる。この抑制は、スペクトル集光器９０６からの放出損失を低減させる一方、ＰＶ電池９０２に向かう方向に、スペクトル集光器９０６に沿って側方放出の確率を向上させることができる。ある実装の場合、放出層は、実質的に共振電磁波の波腹位置に中心が置かれるように、一対の反射体層間に配置することができ、対の反射体層は、約１０以上の波長に波長のある割合の範囲内の空洞長をもたらすように離間することができる。側方閉じ込めはまた、例えば、放射の伝達に関与しないスペクトル集光器９０６の側縁および表面に隣接して反射体層を形成することによって達成することができる。
【００９８】
共振空洞導波路として実装されると、スペクトル集光器９０６の性能は、低から高に変動し得るその質またはＱ値を参照して特徴付けることができる。比較的に低いＱ値は、効率に改良をもたらすのに十分であり得、Ｑ値が大きいほど、効率に付加的な改良もたらす。ある実装の場合、スペクトル集光器９０６は、少なくとも約１０または少なくとも約１００等、少なくとも約５、および最大約１０，０００または最大約１，０００等、最大約１０５以上であるＱ値を有することができる。高Ｑの共振空洞導波路の場合、スペクトル集光器９０６は、励起子が空洞光子と作用し、励起子ポラリトンと称される結合された励起子−光子準粒子を形成する励起子放出を呈し得る。スペクトル集光器９０６は、励起子と空洞光子との間の、または双励起子の場合、励起子間の結合の程度に応じて弱結合体制または強結合体制で動作することができる。
【００９９】
強結合体制において、スペクトル集光器９０６は、高い効率かつ高い強度放出および極端に低いレージング閾値をもたらし得るポラリトンレーザとして実装することができる。ポラリトンレーザは、実質的に、ゼロ損失および効率最大約１００％を有することができる。ポラリトンレーザはまた、時として、ゼロ閾値レーザと称され、殆どまたは全くレージング閾値が存在せず、レージングが、少なくとも部分的に励起子あるいは双励起子または励起子ポラリトン等の関連準粒子から導出される。準粒子の形成およびエネルギーレベルまたは状態の結果として生じる修正は、自己吸収から生じる損失を低減させることができる。従来のレーザとは対照的に、ポラリトンレーザは、反転分布を伴わずに、コヒーレントおよび実質的に単色の放射を放出することができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ポラリトンレーザの放出特性は、励起子ポラリトンが、共振空洞導波路内においてボーズ凝縮を受けると生じ得る。レージングはまた、弱結合体制においても生じ得るが、レージング閾値は、強結合体制の場合より高くあり得る。弱結合体制において、レージングは、励起子ポラリトンではなく、主に、励起子から導出され得る。
【０１００】
ポラリトンレーザの形態において、高Ｑの共振空洞導波路として実装することによって、スペクトル集光器９０６は、いくつかの望ましい特性を呈することができる。特に、レージングは、従来のレーザの場合よりも桁違いに小さい励起強度約２００ｍＷｃｍ−２未満、約１００ｍＷｃｍ−２未満、約５０ｍＷｃｍ−２未満、または約１０ｍＷｃｍ−２未満、かつ約１ｍＷｃｍ−２以下まで等、非常に低い閾値で達成することができる。典型的な太陽放射強度は約１００ｍＷｃｍ−２であるので、レージングは、殆どまたは全く集中を伴わずに通常の太陽光によって達成することができる。また、レージングは、約５００ピコ秒未満、約２００ピコ秒未満、約１００ピコ秒未満、または約５０ピコ秒未満、および約１ピコ秒以下まで等、短い放射寿命において生じることができ、非放射機構を介した緩和を回避または低減し得る。さらに、レージングは、共振空洞効果が実質的に不在である場合と比較して、少なくとも約１．５、少なくとも約２、または少なくとも約５、および最大約１０倍以上等、放出スペクトルのスペクトル幅を狭小化し、狭放出線を形成するステップを有することができる。例えば、ＵＤ９３０の場合、ＵＤ９３０が、高Ｑの共振空洞導波路内に組み込まれると、スペクトル幅は、約３ｎｍから約１０ｎｍ等、約２ｎｍから約１０ｎｍの範囲内の値まで狭小化することができる。レージングからの狭放出線は、単色効果の結果、太陽光変換効率を向上させることができる。そのような様式において、レージングおよび距離に有する低損失は、より高い強度の放出をＰＶ電池９０２に到達させ、より高い太陽光変換効率を可能にすることができる。ＰＶ電池９０２に向かって誘導される放出の損失は、殆どまたは全く測定され得ない。レージングによって、太陽エネルギー変換効率は、約２０％から約３０％の範囲内または約２８％から約３０％の範囲内等、最大約３０％以上となることができる。
【０１０１】
（実施例）
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態の具体的側面を説明し、当業者に説明を例示および提供する。実施例は、単に、本発明のいくつかの実施形態の理解および実践において有用である特定の方法論を提供するので、実施例は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【０１０２】
（実施例１）
（発光材料の形成−ＵＤ９３０）
ＵＤ９３０のサンプルを、２つのアプローチに従って、真空蒸着によって再現可能な様式で形成した。一方のアプローチに従って、ヨウ化錫（ＩＩ）およびヨウ化セシウム（Ｉ）を、連続層、典型的には、合計最大６つの層内に蒸着した。別のアプローチに従って、塩化錫（ＩＩ）およびヨウ化セシウム（Ｉ）を、連続層、典型的には、合計最大６つの層内に蒸着した。あるサンプルの場合、塩化錫（ＩＩ）含有層の厚さは、約９０ｎｍであって、ヨウ化セシウム（Ｉ）含有層の厚さは、約１７０ｎｍであった。ヨウ化錫（ＩＩ）（または、塩化錫（ＩＩ））を、熱蒸発によって蒸着した一方、ヨウ化セシウム（Ｉ）を、電子ビーム蒸着によって蒸着した。蒸着は、ガラス、セラミック、およびシリコンから形成されるものを含め、種々の基板上において、圧力約１０−５トル（または、それ以下）で実行した。
【０１０３】
蒸着後、結果として生じるサンプルを、乾燥した窒素雰囲気中のグローブボックス内においてアニーリングし、ヨウ化錫（ＩＩ）（または、塩化錫（ＩＩ））とヨウ化セシウム（Ｉ）との間の自己限定性化学反応をもたらした。塩化錫（ＩＩ）を使用して形成されたサンプルの場合、アニーリングはまた、時として、空気中において実行した。最適アニーリング温度は、特定のサンプルに応じて若干変動することが観察されたが、典型的には、約３１８℃におけるヨウ化錫（ＩＩ）の融点（または、約２４６℃における塩化錫（ＩＩ）の融点）を上回った。図１０は、本発明のある実施形態に従って、シリコン基板（天然ＳｉＯ２を有する）上に蒸着されたヨウ化錫（ＩＩ）／ヨウ化セシウム（Ｉ）に対するアニーリング温度の関数としてプロットされた、約９４３ｎｍにおいて測定された光ルミネセンス強度を例示する。ヨウ化錫（ＩＩ）の融点以下の温度におけるアニーリングは、弱光ルミネセンス強度をもたらすことが観察された一方、強帯域の光ルミネセンス強度は、ヨウ化錫（ＩＩ）の融点を上回る約５０℃の温度において、アニーリング後に観察された。最適アニーリング時間周期は、使用される特定のサンプルおよび特定の基板に応じて若干変動することが観察された。ガラス基板上に形成されるサンプルの場合、最適アニーリング時間周期は、典型的には、約１５秒であった。光ルミネセンスの安定性は、サンプルが乾燥した窒素雰囲気中に保管された場合、またはエポキシの層を使用して、ガラス基板に結合すること等によって封入される場合に向上された。
【０１０４】
（実施例２）
（発光材料の特性−ＵＤ９３０）
図１１（ａ）は、本発明のある実施形態に従って、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度において、ＵＤ９３０に対して観察された励起スペクトルを例示し、図１１（ｂ）は、同一温度範囲内において、ＵＤ９３０に対して得られた放出スペクトルを例示する。理解され得るように、温度に有するピーク位置の変動は、励起および放出スペクトルに対して類似する。
【０１０５】
当業者は、本明細書に説明される発光材料を開発する際に、付加的説明を必要としないが、それでもなお、２００７年３月２１日出願の同時係属および共有の米国特許出願第１１／６８９，３８１号（現米国特許第７，６４１，８１５号）（その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）を検証することによって、いくつかの有用なガイダンスを見出すであろう。
【０１０６】
本発明は、その具体的実施形態を参照して説明されたが、添付の請求項によって定義される発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更を行ってもよく、均等物と代用されてもよいことは、当業者によって理解されるはずである。加えて、多くの修正が、特定の状況、材料、物質の組成、方法、またはプロセスを、発明の目的、精神および範囲に適合するように成されてもよい。そのような修正はすべて、本明細書に添付の請求項の範囲内であることが意図される。特に、本明細書に開示される方法は、特定の順序で行われる特定の動作を参照して説明されたが、これらの動作は、本発明の教示から逸脱することなく、同等方法を形成するように組み合わせられるか、再分割されるか、または並べ替えられてもよいことが理解されるであろう。故に、本明細書に具体的に意図されない限り、動作の順序および群化は本発明の制限ではない。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／２６７，７５６号（２００９年１２月８日出願）の利益を主張し、この出願の開示は、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、発光材料に関する。より具体的には、本発明は、可視範囲または近赤外線範囲において光を放出する発光材料、およびそのような材料を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソーラーモジュールは、太陽放射エネルギーを、外部負荷に送達され、有用な作用を果たす電気に変換するように動作する。ソーラーモジュールは、典型的には、並列、直列、またはそれらの組み合わせで接続することができる太陽（「ＰＶ」）電池集合を含む。最も一般的な種類のＰＶ電池は、結晶シリコン系のｐ−ｎ接合素子である。他の種類のＰＶ電池は、非結晶シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、有機材料、およびガリウムヒ素等のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系であり得る。
【０００４】
既存のソーラーモジュールの動作の際に、入射太陽放射は、ＰＶ電池の表面下に透過し、ＰＶ電池内に吸収される。太陽放射が、表面下に透過する深度は、ＰＶ電池の吸収係数に依存し得る。シリコン系ＰＶ電池の場合、シリコンの吸収係数は、太陽放射の波長に伴って変動する。例えば、９００ｎｍにおける太陽放射の場合、シリコンは、吸収係数約１００ｃｍ−１を有し、太陽放射は、深度約１００μｍまで透過することができる。対照的に、４５０ｎｍにおける太陽放射の場合、吸収係数は、約１０４ｃｍ−１を上回り、太陽放射は、深度約１μｍまで透過することができる。ＰＶ電池内の特定の深度において、太陽放射の吸収は、電子−正孔対の形態として、電荷キャリアを産生する。電子は、一方の電極を通して、ＰＶ電池から出射する一方、正孔は、別の電極を通して、ＰＶ電池から出射する。正味効果として、入射太陽放射によって駆動されるＰＶ電池を通る電流の流動をもたらす。すべての入射太陽放射を有用な電気エネルギーに変換不能であることは、ソーラーモジュールの損失または非効率を表す。
【０００５】
現在のソーラーモジュールは、典型的には、入射太陽放射を有用な電気エネルギーに効率的に変換する能力に関して、いくつかの技術的制限に悩まされている。重大な損失機構のうちの１つは、典型的には、入射太陽スペクトルとＰＶ電池の吸収スペクトルとの間の不整合からもたらされる。シリコン系ＰＶ電池の場合、シリコンのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する光子は、過剰なエネルギーを有する光励起電子−正孔対の産生につながり得る。そのような過剰なエネルギーは、典型的には、電気エネルギーに変換されず、むしろ、典型的には、ホット電荷キャリア緩和または熱化を介して熱として損失される。この熱は、ＰＶ電池の温度を上昇させ、その結果、電子−正孔対を産生するその能力の観点から、ＰＶ電池の効率を低下させ得る。いくつかの事例では、ＰＶ電池の効率は、１℃温度が上昇する毎に約０．５％低下し得る。これらの熱化損失と併せて、シリコンのバンドギャップエネルギー未満のエネルギーを有する光子は、典型的には、吸収されず、したがって、典型的には、電気エネルギーへの変換に寄与しない。その結果、シリコンのバンドギャップエネルギー近傍の小範囲の入射太陽スペクトルが、有用な電気エネルギーに効率的に変換することができる。
【０００６】
また、ＰＶ電池の接合設計に従って、電子−正孔対の電荷分離は、典型的には、厚さ約１μｍに限定され得る空乏領域に閉じ込められる。空乏領域からの拡散またはドリフト距離より遠くにおいて産生される、電子−正孔対は、典型的には、電荷分離せず、したがって、典型的には、電気エネルギーへの変換に寄与しない。空乏領域は、典型的には、ＰＶ電池の表面下の特定の深度において、ＰＶ電池内に位置付けられる。入射太陽スペクトルにわたるシリコンの吸収係数の変動は、空乏領域の深度および他の特性に関して妥協を課し、ＰＶ電池の効率を低下させ得る。例えば、空乏領域の特定の深度が、ある波長における太陽放射に望ましい可能性があるが、同一深度は、より短い波長における太陽放射に望ましくない可能性がある。特に、より短い波長の太陽放射は、より少ない程度で、表面下に透過し得るため、生成される電子−正孔対は、空乏領域から遠過ぎて、電流に寄与することができない。
【０００７】
この背景に照らして、本明細書に説明される発光材料を開発する必要性が生じる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の種々の実施形態による発光材料は、いくつかの望ましい特性を呈することができる。いくつかの実施形態において、発光材料は、高い量子効率、狭いスペクトル幅、および可視範囲または近赤外線範囲等の望ましい範囲の波長内に位置するピーク放出波長を有する、光ルミネセンスを呈することができる。また、これらの光ルミネセンス特性は、広範囲の励起波長にわたって、比較的に低感度であることができる。発光材料は、そのバンドギャップエネルギーおよび導電性に関連する等の他の望ましい特性を有することができる。有利には、発光材料は、ソーラーモジュールおよび他の用途において使用するために、安価かつ容易に、形成することができる。
【０００９】
一実施形態において、発光材料は、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］
を有し、式中、
Ａは、一価の陽イオンとして発光材料内に含まれ、
Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、
ａは、１から５の範囲内にあり、
ｂは、１から３の範囲内にあり、
ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂであり、
少なくともＸ’は、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５であるようなヨウ素である。
【００１０】
別の実施形態において、発光材料を形成する方法は、（１）ＡおよびＸの源を提供するステップであって、Ａは、ＩＡ族元素のうちの少なくとも１つから選択され、およびＸは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ステップと、（２）Ｂの源を提供するステップであって、Ｂは、ＩＶＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ステップと、（３）ＡおよびＸの源ならびにＢの源を真空蒸着に曝し、基板に隣接して薄膜集合を形成するステップと、（４）薄膜集合を温度Ｔｈｅａｔまで加熱し、基板に隣接して発光材料を形成するステップであって、発光材料は、Ａ、Ｂ、およびＸを含み、ＡおよびＸの源ならびにＢの源のうちの１つは、より低い融点Ｔｍ１を有し、ＡおよびＸの源ならびにＢの源のうちの別の１つは、より高い融点Ｔｍ２を有し、Ｔｍ１、＜Ｔｈｅａｔ＜Ｔｍ２である、ステップとを含む。
【００１１】
本発明の他の側面および実施形態もまた、想定される。前述の発明の開示および以下の発明を実施するための形態は、本発明を任意の特定の実施形態に限定することを意味するものではなく、単に、本発明の種々の実施形態を説明することを意味する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態の性質および目的をより理解するために、添付図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による、発光材料集合の正規化された放出スペクトルを例示する。
【図２】図２は、本発明のある実施形態による、ある発光材料のペロブスカイト系マイクロ構造を例示する。
【図３】図３は、本発明のある実施形態による、ＵＤ９３０に対するＸ線回折データを例示する。
【図４】図４は、本発明のある実施形態による、入射太陽スペクトルならびにＵＤ９３０の測定された吸収および放出スペクトルの組み合わせられた表現を例示する。
【図５】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図６】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図７】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図８】図５から８は、発光材料、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、発光材料を形成するための製造方法を例示する。
【図９】図９は、本発明のある実施形態に従って実装される、ソーラーモジュールを例示する。
【図１０】図１０は、本発明のある実施形態による、ＵＤ９３０に対するアニーリング温度の関数としてプロットされた、測定された光ルミネセンス強度を例示する。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明のある実施形態による、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度における、ＵＤ９３０に対する励起スペクトルを例示する。図１１（ｂ）は、本発明のある実施形態による、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度における、ＵＤ９３０に対する放出スペクトルを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（定義）
本明細書において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって、別様に明示されない限り、複数参照を含む。したがって、例えば、発光材料の言及は、文脈によって、別様に明示されない限り、複数の発光材料を含むことができる。
【００１５】
本明細書において使用されるように、用語「集合」は、一連の１つ以上の要素を指す。したがって、例えば、層集合は、単一層または多重層を含むことができる。要素集合はまた、部材集合と称され得る。要素集合は、同一または異なることができる。いくつかの事例では、要素集合は、１つ以上の共通特性を共有することができる。
【００１６】
本明細書において使用されるように、用語「隣接する」は、近傍にある、または接していることを指す。隣接する要素は、相互から離間することができる、あるいは実際または直接、相互に接触することができる。いくつかの事例では、隣接する要素は、相互に接続することができる、または相互に一体的に形成することができる。
【００１７】
本明細書において使用されるように、用語「実質的に」および「実質的」は、相当な程度または範囲を指す。ある事象または状況と併用されると、この用語は、その事象または状況が、まさに生じる事例、ならびにその事象または状況が、本明細書に説明される実施形態の典型的許容値レベルを考慮して等、近似値として生じる事例を指すことができる。
【００１８】
本明細書において使用されるように、用語「随意の」および「随意に」は、続いて説明される事象または状況が、生じてもよく、または生じなくてもよく、説明が、その事象または状況が生じる事例および生じない事例を含むことを意味する。
【００１９】
本明細書において使用されるように、用語「サイズ」は、物体の特徴的寸法を指す。したがって、例えば、球状である物体のサイズは、物体の直径を指すことができる。非球状である物体の場合は、非球状物体のサイズは、対応する球状物体の直径を指すことができ、対応する球状物体は、非球状物体のものと実質的に同一である、特定の導出可能または測定可能な特性集合を呈する、あるいは有する。代替として、または併せて、非球状物体のサイズは、物体の種々の直交寸法の平均を指すことができる。したがって、例えば、回転楕円体である物体のサイズは、物体の長軸および短軸の平均を指すことができる。特定のサイズを有する物体集合を参照するとき、物体は、特定のサイズの周囲のサイズ分布を有することが想定される。したがって、本明細書において使用されるように、物体集合のサイズは、平均サイズ、中間サイズ、またはピークサイズ等のサイズ分布の典型的サイズを指すことができる。
【００２０】
本明細書において使用されるように、用語「サブミクロン範囲」は、約１μｍ未満または約１，０００ｎｍ未満、例えば、約９９９ｎｍ未満、約９００ｎｍ未満、約８００ｎｍ未満、約７００ｎｍ未満、約６００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約４００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、または約２００ｎｍ未満、および約１ｎｍ以下の一般的範囲の寸法を指す。いくつかの事例では、この用語は、一般的範囲内の特定の部分範囲、例えば、約１ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約２００ｎｍ、約２００ｎｍから約３００ｎｍ、約３００ｎｍから約４００ｎｍ、約４００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約６００ｎｍ、約６００ｎｍから約７００ｎｍ、約７００ｎｍから約８００ｎｍ、約８００ｎｍから約９００ｎｍ、または約９００ｎｍから約９９９ｎｍを指すことができる。
【００２１】
本明細書において使用されるように、用語「紫外線範囲」は、波長範囲約５ｎｍから約４００ｎｍを指す。
【００２２】
本明細書において使用されるように、用語「可視範囲」は、波長範囲約４００ｎｍから約７００ｎｍを指す。
【００２３】
本明細書において使用されるように、用語「赤外線範囲」は、波長範囲約７００ｎｍから約２ｍｍを指す。赤外線範囲は、波長範囲約７００ｎｍから約５μｍを指す「近赤外線範囲」、波長範囲約５μｍから約３０μｍを指す「中赤外線範囲」、および波長範囲約３０μｍから約２ｍｍを指す「遠赤外線範囲」を含む。
【００２４】
本明細書において使用されるように、用語「反射」、「反射する」、および「反射性」は、光の屈曲または偏向を指し、用語「反射体」は、そのような屈曲または偏向を生じさせる、誘発する、または別様に関与する、要素を指す。光の屈曲または偏向は、鏡面反射の場合等のように、実質的に、単一方向であることができる、あるいは乱反射または散乱の場合等のように、多方向であることができる。一般に、材料に入射する光および材料から反射する光は、同一または異なる波長を有することができる。
【００２５】
本明細書において使用されるように、用語「ルミネセンス」、「発光」、および「発光性」は、エネルギー励起に応答した光の放出を指す。ルミネセンスは、原子または分子の励起された電子状態からの緩和に基づいて生じることができ、例えば、化学ルミネセンス、電気ルミネセンス、光ルミネセンス、熱ルミネセンス、摩擦ルミネセンス、およびそれらの組み合わせを含むことができる。ルミネセンスはまた、励起子、双励起子、および励起子ポラリトン等の準粒子の励起された状態からの緩和に基づいて生じることができる。例えば、蛍光およびリン光を含むことができる、光ルミネセンスの場合、励起された状態は、光の吸収等の光励起に基づいて産生することができる。一般に、材料に入射する光および材料によって放出される光は、同一または異なる波長を有することができる。
【００２６】
本明細書において使用されるように、用語「光量子効率」または「ＯＱＥ」は、光ルミネセンス材料によって放出される光子の数と、光ルミネセンス材料によって吸収される光子の数の比率を指す。いくつかの事例では、光量子効率は、ＯＱＥ＝η１η２として表すことができ、式中、η１は、励起子の励起された状態等、励起された状態の形成につながる吸収された光子の割合に対応し、およびη２は、「内部量子効率」、すなわち、放出される光子をもたらす放射崩壊を受ける励起された状態の割合に対応する。
【００２７】
本明細書において使用されるように、用語「吸収スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の吸収の表現を指す。いくつかの事例では、吸収スペクトルは、材料に入射する光の波長の関数として、材料の吸光度（または、透過率）のプロットを指すことができる。
【００２８】
本明細書において使用されるように、用語「放出スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の放出の表現を指す。いくつかの事例では、放出スペクトルは、放出される光の波長の関数として、材料によって放出される光の強度のプロットを指すことができる。
【００２９】
本明細書において使用されるように、用語「励起スペクトル」は、ある波長範囲にわたる光の放出の別の表現を指す。いくつかの事例では、励起スペクトルは、材料に入射する光の波長の関数として、材料によって放出される光の強度のプロットを指すことができる。
【００３０】
本明細書において使用されるように、用語「半値全幅」または「ＦＷＨＭ」は、スペクトル幅の測定を指す。いくつかの事例では、ＦＷＨＭは、ピーク強度値の半分におけるスペクトルの幅を指すことができる。
【００３１】
光ルミネセンス特性に関して、本明細書において使用されるように、用語「実質的に平坦」は、波長の変化に対して、実質的に不変であることを指す。いくつかの事例では、光ルミネセンス特性は、ある波長範囲内の特性の値が、１０％未満または５％未満等の平均値に対して、２０％未満の標準偏差を呈する場合、その波長範囲にわたって、実質的に平坦であると称することができる。
【００３２】
放出スペクトルに関して、本明細書において使用されるように、用語「実質的に単色」は、狭波長範囲にわたる光の放出を指す。いくつかの事例では、放出スペクトルは、スペクトル幅が、ＦＷＨＭにおいて１００ｎｍ未満、ＦＷＨＭにおいて８０ｎｍ未満、またはＦＷＨＭにおいて５０ｎｍ未満等、ＦＷＨＭにおいて１２０ｎｍ未満である場合、実質的に単色であると称することができる。
【００３３】
本明細書において使用されるように、用語「ドーパント」は、添加剤または不純物等の材料中に存在する、化学実体を指す。いくつかの事例では、材料中のドーパントの存在は、その化学、磁気、電子、または光学特性等の材料の特性集合を改変することができる。
【００３４】
本明細書において使用されるように、用語「電子受容体」は、別の化学実体から電子を誘引する傾向を有する、化学実体を指す一方、用語「電子ドナー」は、別の化学実体に電子を提供する傾向を有する、化学実体を指す。いくつかの事例では、電子受容体は、電子ドナーから電子を誘引する傾向を有することができる。化学実体の電子誘引および電子提供特性は相対的であることを認識されたい。特に、一事例において、電子受容体として役割を果たす化学実体は、別の事例では、電子ドナーとしての役割を果たすことができる。電子受容体の実施例として、正電荷を持つ化学実体および比較的に高い電気陰性度を有する原子を含む化学実体が挙げられる。電子ドナーの実施例として、を含む負電荷を持つ化学実体および比較的に低い電気陰性度を有する原子を含む化学実体が挙げられる。
【００３５】
材料の特性の集合は、時として、温度に伴って変動することができる。本明細書に別様に規定されない限り、材料の特性は、３００Ｋまたは２７℃等の室温において規定することができる。
【００３６】
（発光材料）
本発明の実施形態は、いくつかの望ましい特性を有する発光材料に関する。特に、本発明のいくつかの実施形態による発光材料は、高い量子効率、狭いスペクトル幅、および望ましい波長範囲内に位置するピーク放出波長を有する光ルミネセンスを呈することができる。また、これらの光ルミネセンス特性は、広い範囲の励起波長にわたって比較的に低い感度であることができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、これらの独特のかつ望ましい特性は、少なくとも部分的に発光材料の特定のマイクロ構造から導出することができる。有利には、発光材料は、安価かつ容易に処理し、種々の製品を形成することができ、ひいては、ソーラーモジュールおよび他の用途において使用することができる。
【００３７】
望ましい発光材料として、式：
［ＡａＢｂＸｘ］［ドーパント］ （１）
を参照して表すことができる、半導体材料の種類が上げられる。
【００３８】
式（１）では、Ａは、ナトリウム（例えば、Ｎａ（Ｉ）またはＮａ＋１）、カリウム（例えば、Ｋ（Ｉ）またはＫ＋１）、ルビジウム（例えば、Ｒｂ（Ｉ）またはＲｂ＋１）、およびセシウム（例えば、Ｃｓ（Ｉ）またはＣｓ＋１）等のＩＡ族の元素から選択され、Ｂは、バナジウム（例えば、Ｖ（ＩＩＩ）またはＶ＋３）等のＶＡ族の元素、銅（例えば、Ｃｕ（Ｉ）またはＣｕ＋１）、銀（例えば、Ａｇ（Ｉ）またはＡｇ＋１）、および金（例えば、Ａｕ（Ｉ）またはＡｕ＋１）等のＩＢ族の元素、亜鉛（例えば、Ｚｎ（ＩＩ）またはＺｎ＋２）、カドミウム（例えば、Ｃｄ（ＩＩ）またはＣｄ＋２）、および水銀（例えば、Ｈｇ（ＩＩ）またはＨｇ＋２）等のＩＩＢ族の元素、ガリウム（例えば、Ｇａ（Ｉ）またはＧａ＋１）、インジウム（例えば、Ｉｎ（Ｉ）またはＩｎ＋１）、およびタリウム（例えば、Ｔｌ（Ｉ）またはＴｌ＋１）等のＩＩＩＢ族の元素、ゲルマニウム（例えば、Ｇｅ（ＩＩ）またはＧｅ＋２またはＧｅ（ＩＶ）またはＧｅ＋４）、錫（例えば、Ｓｎ（ＩＩ）またはＳｎ＋２またはＳｎ（ＩＶ）またはＳｎ＋４）、および鉛（例えば、Ｐｂ（ＩＩ）またはＰｂ＋２またはＰｂ（ＩＶ）またはＰｂ＋４）等のＩＶＢ族の元素、ならびにビスマス（例えば、Ｂｉ（ＩＩＩ）またはＢｉ＋３）等のＶＢ族の元素から選択され、Ｘは、フッ素（例えば、Ｆ−１）、塩素（例えば、Ｃｌ−１）、臭素（例えば、Ｂｒ−１）、およびヨウ素（例えば、Ｉ−１）等のＶＩＩＢ族の元素から選択される。依然として、式（１）を参照すると、ａは、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができる整数であって、ｂは、１から５または１から３等の１から８の範囲内であることができる整数であって、ｘは、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができる整数である。いくつかの事例では、ｘは、Ａ、Ｂ、およびＸの酸化状態が、それぞれ、＋１、＋２、および−１であるとき、荷電平衡の目的等のために、ａ＋２ｂと等しくあることができる。例えば、ａは、１と等しくあることができ、ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。また、ａ、ｂ、およびｘのうちの１つ以上は、そのそれぞれの範囲内の小さい数値を有することができることも想定される。また、式（１）の中のＸｘは、より一般的には、ＸｘＸ’ｘ’（または、ＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’）として表すことができ、式中、ＸおよびＸ’（または、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’）は、ＶＩＩＢ族の元素から独立して選択することができ、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、１から９または１から５等の１から１２の範囲内であることができることも想定される。式（１）の一般化したものを参照すると、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。例えば、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’との合計（または、ｘとｘ’とｘ’’との合計）は、１＋２ｂと等しくあることができる。さらに、式（１）によって表される異なる発光材料の混成物または混合物を使用することができることも想定される。ドーパントは、随意に、式（１）によって表される発光材料内に含まれることができ、原子パーセントまたは元素組成の観点から、約１％未満または約０．１％から約１％等、約５％未満である量として存在することができる。ドーパントは、発光材料を形成するために使用される反応物から導出することができるか、あるいは発光材料の形成の際に存在する湿気、大気ガス、または他の化学実体から導出することができる。特に、ドーパントは、発光材料のマイクロ構造内に分散される電子受容体／電子ドナー対を形成し得る陽イオン、陰イオン、または両方を含むことができる。
【００３９】
式（１）によって表される発光材料の実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘ］［ドーパント］ （２）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４０】
式（２）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（２）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。望ましい特性を有するいくつかの発光材料は、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］として表すことができ、ＵＤ７００およびＵＤ９３０として指定される材料を含む。ＵＤ７００の場合、Ｘは、臭素であって、ＵＤ９３０の場合、Ｘは、ヨウ素である。ＵＤ７００は、約６９５ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈する一方、ＵＤ９３０は、約９５０ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈する。ＵＤ７００およびＵＤ９３０のスペクトル幅は、狭く（例えば、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｍｅＶ以下）、吸収スペクトルは、吸収端から遠紫外線まで実質的に平坦である。ＵＤ７００およびＵＤ９３０の光ルミネセンス放出は、広い波長範囲の太陽放射によって、ＵＤ７００の場合、約６９５ｎｍ、ＵＤ９３０の場合、約９５０ｎｍにおけるこれらの材料の吸収端まで誘導される。塩化物類似体、すなわち、ＣｓＳｎＣｌ３［ドーパント］は、約４５０ｎｍにおいて、ピーク放出波長を呈し、ある実装のために望ましくあることができる。約３００Ｋにおけるキセノンランプ源を使用して測定された、ＵＤ７００、ＵＤ９３０、および塩化物類似体の正規化された放出スペクトルは、本発明のある実施形態に従って、図１に例示される。望ましい特性を有する他の発光材料は、ＣｓＳｎ２Ｘ５［ドーパント］、Ｃｓ２ＳｎＸ４［ドーパント］、およびＣｓＳｎ３Ｘ７［ドーパント］、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］を有するか、または伴わないそれらの混合物、例えば、ＣｓＳｎＸ３［ドーパント］、ＣｓＳｎ２Ｘ５［ドーパント］、およびＣｓ２ＳｎＸ４［ドーパント］の混合物、ならびにセシウムの少なくとも一部が、ＣＨ３ＮＨ３＋等の同等サイズの別の一価イオンまたは他の多元素の一価イオンと置換される発光材料を含む。望ましい特性を有する付加的発光材料として、約７０５ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＲｂＳｎＩ３［ドーパント］、および約５４０ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＲｂＳｎＢｒ３［ドーパント］等のＲｂＳｎＸ３［ドーパント］が挙げられる。望ましい特性を有するさらなる発光材料として、約４６５ｎｍにおいてピーク放出波長を呈するＫＳｎＢｒ３［ドーパント］等のＫＳｎＸ３［ドーパント］が挙げられる。これらの発光材料はそれぞれ、単一層あるいは同一の発光材料または異なる発光材料から形成される他の層が散在する多重層内の薄膜として蒸着することができる。
【００４１】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＧｅｂＸｘ］［ドーパント］ （３）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４２】
式（３）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（３）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＧｅＩ３］［ドーパント］ （４）
を参照して表すことができる。
【００４３】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＰｂｂＸｘ］［ドーパント］ （５）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４４】
式（５）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（５）を参照すると、ｘは、ａ＋２ｂと等しくあることができる。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、Ｘは、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＰｂＩ３］［ドーパント］ （６）
を参照して表すことができる。
【００４５】
式（１）によって表される発光材料の付加的実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’］［ドーパント］ （７）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４６】
式（７）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、ＸおよびＸ’は、異なり、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（７）を参照すると、ｘとｘ’との合計は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。望ましい光ルミネセンス特性を達成するために、ＸおよびＸ’のうちの少なくとも１つは、ハロゲン化物イオンの総数の少なくとも１／５、少なくとも１／４、少なくとも１／３、少なくとも１／２、または少なくとも２／３を構成し得る、ヨウ素であることができる。例えば、Ｘ’が、ヨウ素である場合、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５、≧１／４、≧１／３、≧１／２、または≧２／３である。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’との合計は、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、塩素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩ２］［ドーパント］ （８）
［ＣｓＳｎＣｌ２Ｉ］［ドーパント］ （９）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉ３］［ドーパント］ （１０）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３Ｉ２］［ドーパント］ （１１）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩ４］［ドーパント］ （１２）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ４Ｉ］［ドーパント］ （１３）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩ３］［ドーパント］ （１４）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２Ｉ２］［ドーパント］ （１５）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ３Ｉ］［ドーパント］ （１６）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、臭素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＢｒＩ２］［ドーパント］ （１７）
［ＣｓＳｎＢｒ２Ｉ］［ドーパント］ （１８）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ２Ｉ３］［ドーパント］ （１９）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ３Ｉ２］［ドーパント］ （２０）
［ＣｓＳｎ２ＢｒＩ４］［ドーパント］ （２１）
［ＣｓＳｎ２Ｂｒ４Ｉ］［ドーパント］ （２２）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒＩ３］［ドーパント］ （２３）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒ２Ｉ２］［ドーパント］ （２４）
［Ｃｓ２ＳｎＢｒ３Ｉ］［ドーパント］ （２５）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、フッ素であって、Ｘ’が、ヨウ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＦＩ２］［ドーパント］ （２６）
［ＣｓＳｎＦ２Ｉ］［ドーパント］ （２７）
［ＣｓＳｎ２Ｆ２Ｉ３］［ドーパント］ （２８）
［ＣｓＳｎ２Ｆ３Ｉ２］［ドーパント］ （２９）
［ＣｓＳｎ２ＦＩ４］［ドーパント］ （３０）
［ＣｓＳｎ２Ｆ４Ｉ］［ドーパント］ （３１）
［Ｃｓ２ＳｎＦＩ３］［ドーパント］ （３２）
［Ｃｓ２ＳｎＦ２Ｉ２］［ドーパント］ （３３）
［Ｃｓ２ＳｎＦ３Ｉ］［ドーパント］ （３４）
のうちの１つを参照して表すことができる。
【００４７】
式（１）によって表される発光材料のさらなる実施例として、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］ （３５）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００４８】
式（３５）において、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、異なり、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（３５）を参照すると、ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂと等しくあることができる。望ましい光ルミネセンス特性を達成するために、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’のうちの少なくとも１つは、ハロゲン化物イオンの総数の少なくとも１／５、少なくとも１／４、少なくとも１／３、少なくとも１／２、または少なくとも２／３を構成し得る、ヨウ素であることができる。例えば、Ｘ’がヨウ素である場合、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５、≧１／４、≧１／３、≧１／２、または≧２／３である。いくつかの事例では、ａは、１と等しくあることができ、ｘとｘ’とｘ’’との合計は、１＋２ｂと等しくあることができる。例えば、Ａがセシウムであって、Ｘが塩素であって、Ｘ’がヨウ素であって、Ｘ’’が臭素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩＢｒ］［ドーパント］ （３６）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩｘ’Ｂｒ４−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１、２、または３ （３７）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉｘ’Ｂｒ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （３８）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３ＩＢｒ］［ドーパント］ （３９）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩｘ’Ｂｒ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４０）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２ＩＢｒ］［ドーパント］ （４１）
のうちの１つを参照して表すことができる。
また、例えば、Ａが、セシウムであって、Ｘが、塩素であって、Ｘ’が、ヨウ素であって、Ｘ’’が、フッ素である場合、発光材料は、時として、式：
［ＣｓＳｎＣｌＩＦ］［ドーパント］ （４２）
［ＣｓＳｎ２ＣｌＩｘ’Ｆ４−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１、２、または３ （４３）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ２Ｉｘ’Ｆ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４４）
［ＣｓＳｎ２Ｃｌ３ＩＦ］［ドーパント］ （４５）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌＩｘ’Ｆ３−ｘ’］［ドーパント］、ｘ’＝１または２ （４６）
［Ｃｓ２ＳｎＣｌ２ＩＦ］［ドーパント］ （４７）
のうちの１つを参照して表すことができる。
【００４９】
式（１）によって表されるある発光材料は、ペロブスカイト系マイクロ構造を有することができる。このペロブスカイト系マイクロ構造は、特定の層内の比較的に強い化学結合および異なる層内の比較的に弱い化学結合とともに層化されることができる。特に、式（１）によって表されるある発光材料は、ペロブスカイト系結晶構造を有することができる。この構造は、異なる平面に沿ってＢＸ６の８面体単位網の形態として配設することができ、本発明のある実施形態に従って、図２に例示されるように、Ｂは各８面体単位の中心にあって、Ｘによって囲繞され、Ａは平面間の格子間にあって、Ｂは陽イオンであって、Ｘは一価の陰イオンであって、Ａは全電荷を平衡化し、結晶構造を安定化させる役割を果たす陽イオンである。ペロブスカイト系マイクロ構造のある側面は、本発明のある実施形態に従って、ＵＤ９３０に対して、図３に例示されるようにＸ線回折（「ＸＲＤ」）データ内において観察することができる。
【００５０】
図２に戻って参照すると、ドーパントは、例えば、ドーパント集合を有する構造内に含まれる原子集合の置換によって明らかになるように、ペロブスカイト系結晶構造内に組み込むことができる。ＵＤ９３０の場合、例えば、Ｃｓ＋１およびＳｎ＋２の一方または両方とも、Ｓｎ（ＩＶ）またはＳｎ＋４等の陽イオンと置換することができ、およびＩ−１は、Ｆ−１、Ｃｌ−１、Ｂｒ−１、Ｏ−２、ＯＨ−１、またはＩ−１と比較してより小さい半径を有する他の陰イオン等の陰イオンと置換することができる。ドーパントの組み込みは、例えば、特定の平面に沿ったより短いＢ−Ｘ−Ｂ結合長および異なる平面間のより短いＢ−Ｘ−Ｂ結合長等、特定の平面に沿って、ならびに異なる平面間のより短い結合長によって明らかとなるように、ドーパントの不在の場合と比較して、ペロブスカイト系結晶構造を改変することができる。いくつかの事例では、Ｆ−１およびＣｌ−１の一方または両方とのＩ−１の置換は、特定の平面に沿う、および異なる平面間のＳｎ＋２に対して、より短く、およびより強い結合をもたらすことができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ドーパントの組み込みは、ペロブスカイト系結晶構造のさらなる安定性をもたらすことができ、望ましい光ルミネセンス特性は、少なくとも部分的に、これらのドーパントの存在から導出することができる。いくつかの事例では、他のハロゲン化物とのＩ−１の置換は、混合されたハロゲン化物の合金を形成するための最大約５０％のＩ−１等、典型的ドーピングレベルを上回るレベルであることができる。
【００５１】
式（１）によって表されるある発光材料は、サブミクロン範囲内のサイズを有する成分晶子または粒子を有する多結晶であることができる。粒子の構成は、準等方性、すなわち、粒子が、形状およびサイズが比較的に均一であって、比較的に均一な粒界配向を呈するものから、異方性、すなわち、粒子が、形状、サイズ、粒界配向、テクスチャ、またはそれらの組み合わせの観点から、比較的に大きい逸脱を呈するものまで、変動し得る。ＵＤ９３０の場合、例えば、粒子は、異方性様式において、および約２５０ｎｍから約３５０ｎｍ等の約２００ｎｍから約４００ｎｍの範囲内の平均サイズを伴って形成することができる。
【００５２】
式（１）によって表されるいくつかの発光材料は、ソーラーモジュールのための望ましい特性を有する。特に、発光材料は、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、または少なくとも約３５％等、約６％超の高い光量子効率を伴い、最大約４０％、約５０％、またはそれ以上であり得、および少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、または少なくとも約８５％等の約５０％超の高い内部量子効率を伴い、最大約９５％、約９９％、またはそれ以上であり得る光ルミネセンスを呈することができる。また、発光材料は、ＦＷＨＭにおいて、約１００ｎｍ未満または約８０ｎｍ未満等、ＦＷＨＭにおいて、約１２０ｎｍ未満である狭いスペクトル幅を有する光ルミネセンスを呈することができる。したがって、例えば、スペクトル幅は、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｎｍから約１２０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、または約５０ｎｍから約８０ｎｍ等、ＦＷＨＭにおいて、約２０ｎｍから約１２０ｎｍの範囲内であることができる。共振空洞導波路内への発光材料の組み込みはさらに、スペクトル幅を狭くすることができる。
【００５３】
加えて、発光材料は、使用される反応物および処理条件を調節することによって、望ましいレベルに調節可能であるバンドギャップエネルギーおよび抵抗率を有することができる。例えば、バンドギャップエネルギーは、例えば、セシウム、ルビジウム、カリウム、およびナトリウムに対応するバンドギャップエネルギーの増加順序に伴って、Ａと相関し得る。別の実施例として、バンドギャップエネルギーは、例えば、ヨウ素、臭素、塩素、およびフッ素に対応するバンドギャップエネルギーの増加順序に伴って、Ｘと相関し得る。このバンドギャップエネルギーの増加順序は、ピーク放出波長の減少順序に変換することができる。したがって、例えば、ヨウ素を含む発光材料は、時として、約９００ｎｍから約１μｍの範囲内のピーク放出波長を呈することができる一方、臭素または塩素を含む発光材料は、時として約７００ｎｍから約８００ｎｍの範囲内のピーク放出波長を呈することができる。バンドギャップエネルギーを調節することによって結果として生じる光ルミネセンスは、可視範囲または赤外線範囲等の望ましい波長範囲内に位置するピーク放出波長を有することができる。いくつかの事例では、ピーク放出波長は、約９００ｎｍから約１μｍ、約９１０ｎｍから約１μｍ、約９１０ｎｍから約９８０ｎｍ、または約９３０ｎｍから約９８０ｎｍ等、近赤外線範囲内に位置することができる。
【００５４】
さらに、前述の光ルミネセンス特性は、広範囲の励起波長にわたって、比較的に低い感度であることができる。実際、この独特の特性は、発光材料の励起スペクトルを参照して、励起スペクトルが、紫外線範囲、可視範囲、および赤外線範囲の部分を包含する励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であり得ることを理解することができる。いくつかの事例では、励起スペクトルは、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約２００ｎｍから約９５０ｎｍ等、約２００ｎｍから約１μｍの励起波長の範囲にわたって、実質的に平坦であることができる。同様に、発光材料の吸収スペクトルは、紫外線範囲、可視範囲、および赤外線範囲の部分を包含する励起波長の範囲にわたって、実質的に平坦であることができる。いくつかの事例では、吸収スペクトルは、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約２００ｎｍから約９５０ｎｍ等、約２００ｎｍから約１μｍの励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であることができる。また、発光材料の光量子効率は、約２００ｎｍから約１μｍ、約２００ｎｍから約９８０ｎｍまたは約４５０ｎｍから約９００ｎｍ等の励起波長の範囲にわたって実質的に平坦であることができる。
【００５５】
例えば、ＵＤ９３０は、３００Ｋにおいて約１．３２ｅＶの値を有する直接バンドギャップを有する。このバンドギャップは、少なくとも部分的に格子ポテンシャル内の非調和性から生じる温度の低下に伴って減少し得る。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ＵＤ９３０（および、式（１）によって表されるある他の発光材料）に対する光ルミネセンスは、励起子放出を介して生じることができる。励起子は、光吸収の結果として形成され得る電子−正孔対に対応する。ほとんどの半導体材料は、比較的に小さい励起子結合エネルギーを有し、したがって、励起子は、典型的には、室温では存在しない。式（１）によって表されるある発光材料は、比較的に大きい励起子結合エネルギーを有することができ、共振空洞導波路内に組み込み、垂直方向における放出および空洞導波路の平面に沿って誘導放出の抑制をもたらすことができる。ストークスシフトまたは励起子結合エネルギーが大きいほど、空洞導波路は、不完全性に対して耐性が大きくなり得る。したがって、空洞導波路は、分子線エピタキシャル成長法（「ＭＢＥ」）等の技法に依存することなく、安価な様式で容易に形成することができる。
【００５６】
ＵＤ９３０の望ましい特性はさらに、本発明のある実施形態に従って、太陽スペクトルならびにＵＤ９３０の測定された吸収および放出スペクトルの組み合わせられた表現を例示する図４を参照して理解され得る。特に、図４は、地球の表面に入射する太陽放射を表す標準的太陽スペクトルである、ＡＭ１．５Ｇソーラースペクトル（（Ａ）と称される）を例示する。ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルは、大気吸収のため、９３０ｎｍの領域内に間隙を有する。ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルおよびシリコン系ＰＶ電池の特性に照らして、ＵＤ９３０の吸収スペクトル（（Ｂ）と称される）および放出スペクトル（（Ｃ）と称される）は、放出層内に組み込まれると、スペクトル集中に対してこの材料を特に効果的にする。特に、ＵＤ９３０の光ルミネセンスは、実質的に、ＡＭ１．５Ｇソーラースペクトルの間隙内に位置し、間隙内にある約９５０ｎｍのピーク放出波長を有する。これは、ひいては、反射体層を通過し、ＵＤ９３０に到達し得る入射太陽放射の大幅な減少を有することなく、放出放射を放出層に向かって後方反射するように調節される反射体層（例えば、放出層の上方および下方における）の使用を可能にする。また、ＵＤ９３０の吸収スペクトルは、実質的に平坦であって、約９５０ｎｍにおける吸収端から、ＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルの大きな割合を通して、紫外線まで延在する。加えて、約９５０ｎｍ（または、約１．３２ｅＶ）のピーク放出波長は、シリコン系ＰＶ電池の吸収端に整合し、スペクトル幅は、ＦＷＨＭにおいて、約５０ｍｅＶ（または、ＦＷＨＭにおいて、約３７ｎｍ）である。シリコンの吸収係数は、放出波長のこの範囲内において、約１０２ｃｍ−１であって、ＰＶ電池内の接合は、放出放射を効率的に吸収し、放射を電子−正孔対に変換するように設計することができる。その結果、ＵＤ９３０は、入射太陽放射からの広い波長範囲を広く吸収することができる一方、シリコンと整合する狭い波長範囲を放出し、電気への入射太陽放射の高い変換効率を可能にする。さらに、ＵＤ９３０の吸収スペクトルおよび放出スペクトルは、低い程度に重複し、それによって、そうでなければ変換効率の低下をもたらすであろう自己吸収の事例を低減させる。
【００５７】
（発光材料の形成方法）
式（１）によって表される発光材料は、高い収率ならびに適度な温度および圧力において、反応物または前駆体集合の反応を介して形成することができる。反応は、式：
源（Ｂ）＋源（Ａ、Ｘ） → 発光材料 （４８）
を参照して表すことができる。
【００５８】
式（４８）において、源（Ｂ）は、Ｂの源としての役割を果たし、いくつかの事例では、源（Ｂ）はまた、ドーパントまたはハロゲン化物イオン源としての役割を果たすこともできる。例えば、Ｂが、ゲルマニウム、錫、または鉛の場合、源（Ｂ）は、形態ＢＹ、ＢＹ２、Ｂ３Ｙ２、およびＢ２ＹのＢ（ＩＩ）化合物ならびに形態ＢＹ４Ｂ（ＩＶ）化合物から選択される１つ以上の種類のＢ含有化合物を含むことができ、式中、Ｙは、酸素（例えば、Ｏ−２）等のＶＩＢ族の元素、フッ素（例えば、Ｆ−１）、塩素（例えば、Ｃｌ−１）、臭素（例えば、Ｂｒ−１）、およびヨウ素（例えば、Ｉ−１）等のＶＩＩＢ族の元素、ならびに硝酸（すなわち、ＮＯ３−１）、チオシアン酸（すなわち、ＳＣＮ−１）、次亜塩素酸（すなわち、ＯＣｌ−１）、硫酸（すなわち、ＳＯ４−２）、オルトリン酸（すなわち、ＰＯ４−３）、メタリン酸（すなわち、ＰＯ３−１）、シュウ酸（すなわち、Ｃ２Ｏ４−２）、メタンスルホン酸（すなわち、ＣＨ３ＳＯ３−１）、トリフルオロメタンスルホン酸（すなわち、ＣＦ３ＳＯ３−１）、およびピロリン酸（すなわち、Ｐ２Ｏ７−４）等の多元素化学実体から選択することができる。錫（ＩＩ）化合物の実施例として、フッ化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＦ２）、塩化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＣｌ２）、塩化錫（ＩＩ）二水和物（すなわち、ＳｎＣｌ２．２Ｈ２Ｏ）、臭化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＢｒ２）、ヨウ化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＩ２）、酸化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＯ）、硫化錫（ＩＩ）（すなわち、ＳｎＳＯ４）、オルトリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ３（ＰＯ４）２）、メタリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＰＯ３）２）、シュウ酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（Ｃ２Ｏ４））、メタンスルホン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＣＨ３ＳＯ３）２）、ピロリン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ２Ｐ２Ｏ７）、およびトリフルオロメタンスルホン酸錫（ＩＩ）（すなわち、Ｓｎ（ＣＦ３ＳＯ３）２）が挙げられる。錫（ＩＶ）化合物の実施例として、塩化錫（ＩＶ）（すなわち、ＳｎＣｌ４）および塩化錫（ＩＶ）五水和物（すなわち、ＳｎＣｌ４．５Ｈ２Ｏ）が挙げられる。ＢおよびＢ’が、ＩＶＢ族の元素から独立して選択される、源（Ｂ）および源（Ｂ’）、またはＢ、Ｂ’、およびＢ’’が、ＩＶＢ族の元素から独立して選択される、源（Ｂ）、源（Ｂ’）、および源（Ｂ’’）等、異なる種類の源（Ｂ）を使用することができることが想定される。
【００５９】
依然として、式（４８）を参照すると、源（Ａ、Ｘ）は、ＡおよびＸの源としての役割を果たし、いくつかの事例では、源（Ａ、Ｘ）はまた、ドーパント源としての役割を果たすことができる。源（Ａ、Ｘ）の実施例として、形態ＡＸのアルカリハロゲン化物が挙げられる。例えば、Ａが、セシウム、カリウム、またはルビジウムである場合、源（Ａ、Ｘ）は、フッ化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＦ）、塩化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＣｌ）、臭化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＢｒ）、ヨウ化セシウム（Ｉ）（すなわち、ＣｓＩ）、フッ化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＦ）、塩化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＣｌ）、臭化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＢｒ）、ヨウ化カリウム（Ｉ）（すなわち、ＫＩ）、フッ化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＦ）、塩化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＣｌ）、臭化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＢｒ）、およびヨウ化ルビジウム（Ｉ）（すなわち、ＲｂＩ）等の１つ以上の種類のＡ（Ｉ）ハロゲン化物を含むことができる。ＡおよびＡ’が、ＩＡ族の元素から独立して選択され、ＸおよびＸ’が、ＶＩＩＢ族の元素からから独立して選択される、源（Ａ、Ｘ）および源（Ａ’、Ｘ’）、またはＡ、Ａ’、およびＡ’’が、ＩＡ族の元素から独立して選択され、Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’が、ＶＩＩＢ族の元素から独立して選択される、源（Ａ、Ｘ）、源（Ａ’、Ｘ’）、および源（Ａ’’、Ｘ’’）等、異なる種類の源（Ａ、Ｘ）を使用することができることが想定される。
【００６０】
式（４８）によって表される反応は、源（Ｂ）を源（Ａ、Ｘ）と組み合わせるか、混合するか、または別様に接触させ、次いで、ある形態のエネルギーを印加することによって実行することができる。いくつかの実施形態の場合、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に蒸着され、薄膜または層集合を形成することができる。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に同時に蒸着され、薄膜を形成することができるか、または連続的に蒸着され、隣接して薄膜を形成することができる。好適な蒸着技法の実施例として、真空蒸着（例えば、熱蒸発または電子ビーム蒸着）、物理的蒸着（「ＰＶＤ」）、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、原子層蒸着（「ＡＬＤ」）、スパッタリング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、ウェブコーティング、ウェットコーティング、およびスピンコーティングが挙げられる。他の実施形態の場合、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、乾燥形態において、溶液中において、または任意の他の好適な混合技法に従って、混合することができる。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、粉末形態で提供されることができ、任意の好適な乾燥混合技法を使用して混合することができる。別の実施例として、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、反応媒体中に分散され、反応混合物を形成することができ、反応媒体は、溶媒または溶媒の混合物を含むことができる。源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）が、好適に組み合わせられると、ある形態のエネルギーが印加され、音響または振動エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギー、機械的エネルギー、光エネルギー、あるいは熱エネルギーの形態等において発光材料の形成を促進する。例えば、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、基板上に蒸着されることができ、結果として生じる薄膜集合は、好適な温度に加熱され、発光材料を形成することができる。加熱は、好適な時間周期の間、空気、不活性雰囲気（例えば、窒素雰囲気）、または還元性雰囲気中において行うことができる。また、多重形態のエネルギーが、同時または連続的に印加されることができることも想定される。
【００６１】
結果として生じる発光材料は、主要元素成分としてのＡ、Ｂ、およびＸ、ならびにＹから導出されるか、またはそれに対応する元素成分を含むことができる。また、発光材料は、元素組成の観点から、約５％未満または約１％未満の量として存在し得る、炭素、塩素、水素、および酸素等の付加的元素成分、さらに、元素組成の観点から、約０．１％未満の微量として存在し得るナトリウム、硫酸、リン、およびカリウム等の元素成分を含むことができる。
【００６２】
式（４８）によって表される反応の実施例として、式：
ＢＹ２＋ＡＸ → 発光材料 （４９）
を参照して表されるものが挙げられる。
【００６３】
式（４９）において、Ｂは、ゲルマニウム、錫、および鉛から選択され、Ｙは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択され、Ｘは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択される。依然として、式（２６）を参照すると、ＢＹ２は、より一般的には、ＢＹ２およびＢ’Ｙ’２（または、ＢＹ２、Ｂ’Ｙ’２、およびＢ’’Ｙ’’２）として表すことができ、式中、ＢおよびＢ’（または、Ｂ、Ｂ’、およびＢ’’）は、ゲルマニウム、錫、および鉛から独立して選択され、ＹおよびＹ’（または、Ｙ、Ｙ’、およびＹ’’）は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から独立して選択されることが想定される。例えば、Ｂが、錫である場合、ＢＹ２は、ＳｎＹ２として表すことができる、またはより一般的には、ＳｎＹ２およびＳｎＹ’２（または、ＳｎＹ２、ＳｎＹ’２、およびＳｎＹ’’２）として表すことができ、式中、ＹおよびＹ’（または、Ｙ、Ｙ’、およびＹ’’）は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から独立して選択される。
【００６４】
例えば、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、ＣｓＩと反応し、ＵＤ９３０等、約９５０ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＣｓＢｒと反応し、ＵＤ７００等、約６９５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＫＢｒと反応し、約４６５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。別の実施例として、ＳｎＩ２は、ＲｂＩと反応し、約７０５ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。さらなる実施例として、ＳｎＢｒ２は、ＲｂＢｒと反応し、約５４０ｎｍにおいてピーク放出波長を有する発光材料を形成することができる。
【００６５】
次に、本発明のいくつかの実施形態に従って、発光材料を形成するための製造方法を例示する図５から図８を参照する。
【００６６】
最初に図５を参照すると、基板５００が提供される。基板５００は、製造作業の際、支持構造としての役割を果たし、および結果として生じる発光材料を環境条件から保護する役割を果たす。基板５００は、剛性または可撓性であることができ、多孔性または非多孔性であることができ、光学的に透明、半透明、または不透明であることができ、およびガラス、金属、セラミック、ポリマー、または別の好適な材料から形成することができる。いくつかの実装の場合、基板５００は、底基板と、底基板に隣接して形成され、後続製造作業のための蒸着表面を提供する、およびコーティングまたは薄膜集合とを含むことができる。好適なコーティング材料の実施例として、シリカ（すなわち、ＳｉＯ２またはα−ＳｉＯ２）、アルミナ（すなわち、Ａｌ２Ｏ３）、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ならびに他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。
【００６７】
基板効果は、時として、結果として生じる光ルミネセンス特性に関連して生じ得る。例えば、ある他の材料から形成される基板と比較して、アルミナ系セラミック基板の場合、約５倍から約１０倍等、光ルミネセンス強度の約３倍以上の向上が生じ得る。特定の理論によって拘束されるわけではないが、そのような向上は、少なくとも部分的に、Ｒ１Ｒ２放出プロセス、アルミナ系セラミック基板の表面粗度、およびアルミナ系セラミック基板高反射率（発光材料に向かって、入射反射の後方反射を促進することができる）のうちの１つまたはそれらの組み合わせから導出することができる。
【００６８】
次に、図５に例示されるように、反応物集合（発光材料の前駆体）が、基板５００に隣接して蒸着される。例示される実施形態において、源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）は、真空蒸着に曝され、それによって、基板５００に隣接して前駆体層５０２を形成する。蒸着は、約１×１０−４トル未満、約１×１０−５トル未満、および約１×１０−６トル以下まで、圧力を真空にする真空蒸着システムを使用して実行することができる。別の好適な蒸着技法が、真空蒸着の代わりに、またはそれと併用して使用することができることが想定される。
【００６９】
源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）の蒸着は、同一真空蒸着技法または異なる真空蒸着技法に従って、連続的に実行することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸは、合計２つの層から１６層、または合計２つの層から６つの層等、合計２つの層から３０以上の層の連続層として蒸着することができ、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約９９：１から約１：９９のＢＹ２対ＡＸの重量またはモル比を有する。より低い融点Ｔｍ１を有する、ＢＹ２およびＡＸのうちの特定の一方は、蒸発槽内に定置され、熱蒸発によって蒸着されることができる一方、より高い融点Ｔｍ２を有するＢＹ２およびＡＸのうちの他方は、別の蒸発槽内に定置され、熱蒸発または電子ビーム蒸着によって蒸着されることができる。融点約３１８℃を有するＳｎＩ２（または、融点約２４６℃を有するＳｎＣｌ２）および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、熱蒸発によって蒸着されることができる一方、ＣｓＩは、熱蒸発または電子ビーム蒸着によって蒸着されることができる。各個々のＢＹ２含有層または各個々のＡＸ含有層の厚さは、約１０ｎｍから約１μｍまたは約１０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内であることができ、全層に対する総厚は、約４０ｎｍから約２０μｍまたは約５０ｎｍから約５μｍ等、約２０ｎｍから約４５μｍの範囲内である。
【００７０】
源（Ｂ）および源（Ａ、Ｘ）はまた、特定の真空蒸着技法に従って、同時に蒸着することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸは、単一層または多重層を形成するように同時に蒸着することができ、ＢＹ２対ＡＸの重量またはモル比は、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約１０：１から約１：１０であって、総厚は、約１０ｎｍから約１μｍまたは約１０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内である。特に、ＢＹ２およびＡＸは、蒸発槽内において混合され、次いで、熱蒸発によって蒸着することができる。ＢＹ２とＡＸとの混合は、粉末形態中において、またはＢＹ２およびＡＸの前溶融物を形成することによって実行することができる。ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）およびＣｓＩの場合、ＳｎＩ２（または、ＳｎＣｌ２）は、ＣｓＩより低い温度で蒸発することができ、したがって、蒸発槽の温度は、混合物中のＣｓＩの相対的量が増加するのに伴って徐々に上昇することができる。
【００７１】
異なる種類の源（Ｂ）を使用することができ、源（Ａ、Ｘ）によって同時に蒸着されるか、または源（Ａ、Ｘ）によって連続的に蒸着されることができる。例えば、ＢＹ２およびＢ’Ｙ’２は、蒸発槽内において混合され、熱蒸発によって蒸着された後に、ＡＸの蒸着等が続くことができる。ＢＹ２とＢ’Ｙ’２との混合は、粉末形態中において、またはＢＹ２およびＢ’Ｙ’２の前溶融物を形成することによって実行することができ、ＢＹ２対Ｂ’Ｙ’２の重量またはモル比は、約５：１から約１：５または約２：１から約１：２等、約９９：１から約１：９９である。別の実施例として、ＢＹ２、Ｂ’Ｙ’２、およびＢ’’Ｙ’’２は、蒸発槽内において混合され、熱蒸発によって蒸着された後に、ＡＸの蒸着等が続くことができる。同様に、異なる種類の源（Ａ、Ｘ）を使用することができ、源（Ｂ）によって同時に蒸着されるか、または源（Ｂ）によって連続的に蒸着されることができる。
【００７２】
依然として図５を参照すると、次に、封入材料が蒸着され、それによって、前駆体層５０２に隣接して封入層５０４を形成する。封入層５０４は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減し、それによって、結果として生じる光ルミネセンス特性の安定性を向上させる役割を果たす。好適な封入材料の実施例として、シリカ、アルミナ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ＳｉＯｘＮ２−ｘ等の窒化物、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＺｎＦ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ２等のフッ化物、ＨｆＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ／Ａｌ２Ｏ３、およびＡｌＴｉＯ等のナノ積層体、ならびに他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。好適な封入材料の付加的実施例として、ホウケイ酸ガラス（例えば、ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）ガラスおよびＤ２６３ＴＭガラス）、リン酸ガラス、および他の低融点ガラス等のガラスが挙げられる。封入層５０４の厚さは、約５０ｎｍから約５００ｎｍまたは約５０ｎｍから約３００ｎｍ等、約１０ｎｍから約１．５μｍの範囲内にあることができる。ガラスの蒸着された層の場合、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、またはイリジウム等、好適な金属が、ガラスの層に隣接して蒸着され、気密を提供することができる。電子ビーム蒸着等の真空蒸着は、層のアセンブリの他の層とともに、封入層５０４を形成するために使用することができる。代替として、スパッタリング等の別の好適な蒸着技法を使用することができる。
【００７３】
次に、層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層５０２を式（１）に従う発光材料を含む放出層に変換する。アニーリングは、ホットプレート、オーブン、抵抗加熱、またはランプ加熱を使用して、層のアセンブリを加熱する等によって、伝導、対流、または放射加熱を介して、熱エネルギーを印加するための任意の好適な加熱技法を使用して実行することができる。また、熱エネルギーは、高速加熱サイクルに従って印加され、高速熱アニーリングをもたらすことができることが想定される。
【００７４】
結果として生じる光ルミネセンス特性は、アニーリング温度およびアニーリング時間周期に依存し得る。したがって、アニーリング温度およびアニーリング時間周期は、より高い光ルミネセンス強度をもたらすように最適化することができる。例えば、ＢＹ２およびＡＸのうちの特定の一方は、より低い融点Ｔｍ１を有することができ、ＢＹ２およびＡＸの他方は、より高い融点Ｔｍ２を有することができ、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、Ｔｍ１超かつより低い融点とより高い融点との間の最大４／３点（すなわち、（Ｔｍ１＋３Ｔｍ２）／４）または中間点（すなわち、（Ｔｍ１＋Ｔｍ２）／２）等、Ｔｍ１超かつＴｍ２未満であることができるが、アニーリングはまた、より高いまたはより低い温度で実行することができる。融点約３１８℃を有するＳｎＩ２および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、約３４０℃から約４２０℃または約３５０℃から約４１０℃等、約３１８℃超かつ約６２０℃未満であることができる。融点約２４６℃を有するＳｎＣｌ２および融点約６２０℃を有するＣｓＩの場合、最適アニーリング温度Ｔｈｅａｔは、約２４６℃超かつ約６２０℃未満であることができる。いくつかの事例では、初期溶融は、ＳｎＣｌ２とＳｎＣｌ２およびＣｓＩの反応生成物との間の共晶混合物の形成から生じることができる。最適アニーリング時間期間は、約５秒から約１０分または約５秒から約１分等、約１秒から約１時間の範囲内であることができるが、アニーリングはまた、より長いかまたはより短い時間期間の間に実行することができる。アニーリング温度およびアニーリング時間期間の最適値はまた、例えば、使用される特定の試薬、前駆体層５０２内の個々の層の厚さ、または前駆体層５０２の総厚に応じて好適に調節することができる。いくつかの事例では、反応物の層間の反応は、固体状態反応によって反応物の融点温度を大幅に下回る温度によって生じることができる。特に、層は、拡散が、例えば、数百ナノメートル以下、および数秒から数分の時間期間内において生じるように十分に薄くあることができ、それによって、反応物を反応させて、発光材料を形成することが可能となる。
【００７５】
次に図６を参照すると、基板６００が提供され、前駆体層６０４が、基板６００に隣接して形成される。図６の製造方法のある側面は、図５に対して前述のように、類似様式で実装することができ、したがって、本明細書ではさらに説明されない。
【００７６】
図６に例示されるように、反射体層６０２が、最初に基板６００に隣接して形成された後に、反射体層６０２に隣接して前駆体層６０４の形成、および前駆体層６０４に隣接して別の反射体層６０６の形成が続く。対の反射体層６０２および６０６は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。加えて、対の反射体層６０２および６０６は、放出放射の損失を低減し、側方方向に沿って放出放射の誘導を促進する役割を果たす。
【００７７】
例示される実施形態において、反射体層６０２および６０６の形成は、ＡＬＤまたは別の好適な蒸着技法を使用して、誘電材料集合を蒸着することによって実行される。特に、反射体層６０２および６０６はそれぞれ、多重誘電層を含む誘電スタックとして実装され、誘電層の数は、２から１００の範囲内、３０から９０の範囲内、または３０から８０の範囲内等、２から１，０００の範囲内である。各個々の誘電層は、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内の厚さを有することができる。反射体層６０２および６０６を形成する誘電層の数に応じて、反射体層６０２および６０６のそれぞれの総厚は、約１μｍから約１５μｍまたは約１μｍから約１０μｍ等、約１００ｎｍから約２０μｍの範囲内であることができる。ある実装の場合、誘電スタックは、異なる誘電材料から形成される多重層を含むことができる。異なる材料から形成される層は、交互様式等の周期的様式において、または非周期的様式において、配設することができる。反射体層６０２および６０６を形成するために使用することができる誘電材料の実施例として、シリカ、アルミナ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、およびＩｎ２Ｏ３等の酸化物、ＳｉＯｘＮ２−ｘ等の窒化物、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＺｎＦ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ２等のフッ化物、ナノ積層体、ＨｆＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ／Ａｌ２Ｏ３、およびＡｌＴｉＯ、および他の好適な薄膜誘電材料が挙げられる。望ましくは、誘電スタックを形成する異なる材料は、誘電スタック内に組み入れられる高い屈折率の層集合および低い屈折率の層集合を形成するように、異なる屈折率を有する。ある実装の場合、約０．３から約１の範囲内または約０．３から約２の範囲内の屈折率差が、望ましくあり得る。例えば、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２が、誘電スタックの交互層内に含まれ、層間に比較的に大きな屈折率差を提供することができる。より大きな屈折率差は、放出放射に対してより大きなストップバンドをもたらし、それによって、理想的全方向反射体の性能に近づくことができる。加えて、より大きな屈折率差は、入射太陽放射に対する反射率に対してより大きな角度公差をもたらし、垂直方向からのより大きな角度において放出放射の漏出を低減させることができる。
【００７８】
次いで、図６に例示される層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層６０４を反射体層６０２と６０６との間に狭入される放出層に変換する。
【００７９】
次に図７を参照すると、反射体層７０２が、基板７００に隣接して形成され、前駆体層７０４が、反射体層７０２に隣接して形成される。図７の製造方法のある側面は、図５および図６に対して前述のように、類似様式において実装することができ、したがって、本明細書には、さらに説明されない。
【００８０】
図７に例示されるように、次に、スペーサ層７０６が、前駆体層７０４に隣接して形成された後に、スペーサ層７０６に隣接して別の反射体層７０８の形成が続く。スペーサ層７０６および反射体層７０８は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。加えて、反射体層７０８は、放出放射の損失を低減させ、側方方向に沿って放出放射の誘導を促進する役割を果たす一方、スペーサ層７０６は、放出放射の低損失誘導のために、屈折率整合を提供する。前駆体層７０４に対する反射体層７０２と反射体層７０８との相対的位置は、他の実装のために切り替えることができ、スペーサ層７０６（または、別の類似スペーサ層）および反射体層７０８（または、別の類似反射体層）は、基板７００に隣接して形成することができ、スペーサ層７０６（または、別の類似スペーサ層）は、前駆体層７０４の形成のための蒸着表面を提供することが想定される。
【００８１】
例示される実施形態において、スペーサ層７０６および反射体層７０８の形成は、真空蒸着または別の好適な蒸着技法を使用して、材料集合を蒸着することによって、実行される。特に、反射体層７０８は、比較的に広い波長範囲にわたって全方向反射となるように実装され、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、またはイリジウム等の金属、金属合金、または広い範囲の反射率を有する別の好適な材料を蒸着することによって形成することができる。反射体層７０８の厚さは、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内であることができる。図７に例示されるように、スペーサ層７０６は、約２未満、約１．５未満、または約１．４未満である屈折率を有するもの等、好適な低い屈折率の材料を蒸着することによって形成することができる。好適な低い屈折率の材料の実施例として、ＭｇＦ２（屈折率約１．３７）、ＣａＦ２、シリカ、アルミナ、および他の好適な薄膜、低い屈折率、誘電材料が挙げられる。スペーサ層７０６の厚さは、約５０ｎｍから約３００ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００ｎｍ等、約１ｎｍから約５００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８２】
次いで、図７に例示される層のアセンブリは、アニーリングに曝され、層間の結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進し、それによって、前駆体層７０４を反射体層７０２と７０８との間に狭入される放出層に変換する。
【００８３】
次に、図８を参照すると、底面基板８００が提供され、前駆体層８０２が、底面基板８００に隣接して形成される。図８に例示されないが、スペーサ層および反射体層の一方または両方とも、底面基板８００に隣接して形成されることができ、前駆体層８０２の形成のための蒸着表面を提供することができることが想定される。図８の製造方法のある側面は、図５から図７に対して前述のように、類似様式で実装することができ、したがって、本明細書においてさらに説明されない。
【００８４】
図８に例示されるように、次に、結合層８０４が、前駆体層８０２に隣接して形成された後に、結合層８０４に隣接して上基板８０６を位置付け、層のアセンブリの結合およびアニーリングが続く。結合層８０４および上基板８０６は、結果として生じる発光材料の保護および密閉を提供し、酸素、湿気、および他の汚染物質へのその曝露を低減する役割を果たす。結合層８０４（または、別の類似結合層）は、上基板８０６に隣接して形成され、次いで、前駆体層８０２に隣接して位置付けられて、結合を達成することができることが想定される。
【００８５】
例示される実施形態において、結合層８０４の形成は、任意の好適な蒸着技法を使用して、接着剤または結合材料を蒸着することによって実行される。特に、結合層８０４は、ガラス（例えば、スピンオンガラスまたは密閉ガラス）あるいはポリマー（例えば、ペルフルオロポリマーまたはエポキシ系ポリマー）等、熱硬化性接着剤もしくは結合材料を蒸着することによって形成することができる。結合層８０４の厚さは、約１０ｎｍから約１５０ｎｍまたは約１０ｎｍから約１００μｍ等、約１ｎｍから約２００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８６】
結合は、結合を促進し、式（４８）に従う反応を促進するための熱エネルギーの印加とともに、流体圧力、機械的応力、または別の好適な結合技法を使用して達成することができる。また、熱硬化性接着剤または結合材料ではなく、紫外線光硬化性接着剤または結合材料を使用して、達成することができることが想定される。例えば、プレポリマー（または、モノマー集合）の薄いコーティングを表面集合に印加することができ、表面がともに圧着された後に、紫外線光曝露を表面の一方または両方を通して印加し、プレポリマー（または、モノマー）を硬化させることができる。
【００８７】
（ソーラーモジュール）
図９は、本発明のある実施形態に従って実装される、ソーラーモジュール９００を例示する。ソーラーモジュール９００は、結晶シリコンから形成されるｐ−ｎ接合素子であるＰＶ電池９０２を含む。しかしながら、ＰＶ電池９０２はまた、別の好適な光活性材料から形成することができる。図９に例示されるように、ＰＶ電池９０２は、結晶シリコンの薄いスライスまたは細片として実装される。シリコンの薄いスライスの使用は、シリコン消費を低減可能にし、ひいては、製造コストの削減を可能にする。マイクロ機械加工作業をシリコンウエハ上において行い、多数のシリコンスライスを形成することができ、シリコンスライスはそれぞれ、ＰＶ電池９０２等のＰＶ電池を形成するように、さらに処理されることができる。図９に例示されるように、ＰＶ電池９０２は、ＰＶ電池９０２の側面９０４に入射する放射を受容および吸収するように構成されるが、他のＰＶ電池９０２の表面もまた、関与することができる。
【００８８】
例示される実施形態において、ソーラーモジュール９００はまた、ＰＶ電池９０２の側面９０４に隣接する側面９０８を有するスラブとして形成されるスペクトル集光器９０６を含む。スペクトル集光器９０６は、放出層内に含まれ、比較的に広い範囲の太陽放射エネルギーを、ＰＶ電池９０２の吸収スペクトルに整合される比較的に狭い、実質的に単色であるエネルギーバンドに変換することができる、本明細書に説明されるような発光材料集合を含む。ソーラーモジュール９００の動作の際に、入射太陽放射は、スペクトル集光器９０６の上面９１０に衝突し、この入射太陽放射のうちのある割合が、上面９１０下に透過し、吸収され、実質的に単色である放出放射に変換される。この放出放射は、スペクトル集光器９０６内において側方に誘導され、この放出放射のある割合が、この放出放射を吸収し、電気に変換するＰＶ電池９０２の側面９０４に到達する。
【００８９】
事実上、スペクトル集光器９０６は、（１）入射太陽放射を収集するステップと、（２）入射太陽放射をＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギー近傍の実質的に単色である放出放射に変換するステップと、（３）放出放射をＰＶ電池９０２に伝達し、放出放射を有用な電気エネルギーに変換することができるステップとを含む動作集合を行う。スペクトル集光器９０６は、収集、変換、および伝達動作のそれぞれに対して、最適化、または別様に調節される個別構造を含むことができる。代替として、これらの動作のいくつかは、共通構造内に実装することができる。スペクトル集光器９０６によって行われるこれらの動作は、以下にさらに説明される。
【００９０】
収集は、放出放射への変換のための準備における入射太陽放射の捕捉または傍受を指す。スペクトル集光器９０６の収集効率は、スペクトル集光器９０６内の発光材料の量および分布に依存し得る。いくつかの事例では、発光材料は、入射太陽放射を傍受することができる発光中心集合と見なすことができ、多量の発光中心は、典型的には、収集効率を増加させる。発光中心の分布に応じて、入射太陽放射の収集は、スペクトル集光器９０６全体を通して分布される様式において生じることができるか、またはスペクトル集光器９０６の１つ以上の領域内において生じることができる。収集効率はまた、入射太陽放射の各発光材料に到達する能力を含め、スペクトル集光器９０６の他の側面にも依存し得る。特に、収集効率は、典型的には、入射太陽放射の反射を低減させるための反射防止コーティングを介して等、入射太陽放射と発光材料との好適な光結合によって改善される。
【００９１】
変換は、入射太陽放射に応答した放出放射を指し、そのような変換の効率は、吸収された太陽光子が放出される光子に変換される確率を指す。スペクトル集光器９０６の変換効率は、その光量子効率またはその内部量子効率を含む発光材料の光ルミネセンス特性に依存し得るが、また、共振空洞効果を介することを含むその局所光環境との発光中心の相互作用に依存し得る。発光中心の分布に応じて、入射太陽放射の変換は、スペクトル集光器９０６全体を通して分布される様式において生じることができるか、またはスペクトル集光器９０６の１つ以上の領域内において生じることができる。また、使用される特定の発光材料に応じて、変換効率は、発光材料によって吸収される入射太陽放射の波長に依存し得る。
【００９２】
伝達は、ＰＶ電池９０２に向かっての放出放射の誘導または伝搬を指し、そのような伝達の効率は、放出される光子がＰＶ電池９０２に到達する確率を指す。スペクトル集光器９０６の伝達効率は、放出と吸収スペクトルとの間の重複度を含む、発光材料の光ルミネセンス特性に依存し得るが、また、共振空洞効果を介することを含む、その局所光環境との発光中心の相互作用に依存し得る。
【００９３】
これらの動作を行うことによって、スペクトル集光器９０６は、いくつかの効果を提供する。特に、ＰＶ電池９０２の代わりに収集動作を行うことによって、スペクトル集光器９０６は、シリコン消費を大幅に低減させることが可能であって、ひいては、製造コストの大幅削減を可能にする。いくつかの事例では、シリコン消費量は、約１０から約１，０００倍だけ削減することができる。また、スペクトル集光器９０６は、（１）集中効果および（２）単色効果の少なくとも２つの効果に基づいて太陽エネルギー変換効率を向上させる。
【００９４】
集中効果の観点から、スペクトル集光器９０６は、比較的に広い範囲の入射太陽放射エネルギーをＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギーに近い狭帯域のエネルギーに変換することによってスペクトル集中を行う。入射太陽放射は、スペクトル集光器９０６の上面９１０を介して収集され、放出放射は、ＰＶ電池９０２の側面９０４に向かって誘導される。例えば、スペクトル集光器９０６の上面９１０の面積によって表されるような太陽放射収集面積は、例えば、ＰＶ電池９０２の側面９０４の面積によって表されるようなＰＶ電池９０２の面積より遥かに大きくあり得る。ＰＶ電池９０２上への結果として生じる集中係数は、約１０から約１００および最大約１，０００以上の範囲内であることができる。例えば、集中係数は、約１０，０００を超えることができ、最大約６０，０００以上であることができる。ひいては、集中係数は、ソーラーモジュール９００の開回路電圧またはＶｏｃを増加させることができ、ＰＶ電池９０２に到達する放出放射内の各集中係数１０に対して、太陽エネルギー変換効率約２％（絶対値）または１０％（相対値）の増加をもたらすことができる。例えば、Ｖｏｃは、シリコンのバンドギャップエネルギーの約半分である典型的な値の約０．５５Ｖから、シリコンのバンドギャップエネルギーの約１．５倍である約１．６Ｖまで増加することができる。典型的な太陽放射エネルギー束または強度は、約１００ｍＷｃｍ−２であって、いくつかの事例では、最大１０６（または、それ以上）の集中係数が、収集、変換、および伝達動作に関して、スペクトル集光器９０６を最適化することによって達成することができる。
【００９５】
単色効果の観点から、スペクトル集光器９０６から放出される狭帯域放射は、その接合設計の観点から最適化され、この狭帯域放出放射に作用し得るＰＶ電池９０２によって効率的に吸収されることができる。加えて、放出放射のエネルギーをＰＶ電池９０２のバンドギャップエネルギーと整合させることによって、熱化は、ほとんどの場合、ＰＶ電池９０２内ではなく、スペクトル集光器９０６内において生じ得る。
【００９６】
空洞量子電磁力学の側面を使用して、マイクロ空洞または共振空洞導波路としてスペクトル集光器９０６を実装することができる。結果として生じる共振空洞効果は、いくつかの効果を提供することができる。例えば、共振空洞効果は、ＰＶ電池９０２に向かって放出放射の方向を制御するために利用することができ、したがって、ＰＶ電池９０２に到達する放出放射の割合を向上させる。この指向性制御は、非誘導方向における光学モードに対する放出の抑制を有する一方、ＰＶ電池９０２に向かって誘導された方向における光学モードに対する放出を可能にするか、または向上させることができる。そのような様式では、損失コーンを介した放出放射の損失を大幅に低減させることができる。また、共振空洞効果は、波長集合の放出を向上させること等によって、ある光学モードと関連付けられた放出特性を修正し、他の光学モードと関連付けられた別の波長集合の放出を抑制するために利用することができる。この放出特性の修正は、スペクトル牽引を介して、放出スペクトルと吸収スペクトルとの間の重複を低減することができ、自己吸収から生じる損失を低減させることができる。この放出特性の修正はまた、より大きな励起子結合エネルギーをもたらすことができる励起子放出を介して、ルミネセンスを促進することができる。加えて、共振空洞効果は、発光材料集合の吸収および放出特性を向上させることができ、間接的光学遷移または禁制光学遷移を有する半導体材料の使用を可能にする。この吸収および放出特性の向上は、パーセル効果等を介して光学利得ならびに増幅された自発放出を有することができる。いくつかの事例では、スペクトル集光器９０６内の高強度の放出放射は、誘導放出およびレージングをもたらすことができ、さらに、放出放射がＰＶ電池９０２に向かって誘導されることに伴って損失を低減させることができる。
【００９７】
例示される実施形態において、スペクトル集光器９０６内の光学状態の局所密度は、誘導光学モードおよび放射光学モードの両方を含むことができる。誘導光学モードは、スペクトル集光器９０６に沿った放出放射の伝搬に関与することができる一方、放射光学モードは、スペクトル集光器９０６からの放出放射の伝搬に関与することができる。比較的に低い程度の垂直閉じ込めの場合、光学状態の局所密度および放出特性は、比較的に低い程度に修正される。誘電スタックの誘電層間の屈折率差を増加させること等による、垂直閉じ込めの増加は、光学状態の局所密度内により大きな歪曲を導入し、指向性制御を含む放出特性の修正をもたらすことができる。また、垂直共振に対して、スペクトル集光器９０６内の放出層の厚さを調節することによって、放射光学モードを抑制することができる。この抑制は、スペクトル集光器９０６からの放出損失を低減させる一方、ＰＶ電池９０２に向かう方向に、スペクトル集光器９０６に沿って側方放出の確率を向上させることができる。ある実装の場合、放出層は、実質的に共振電磁波の波腹位置に中心が置かれるように、一対の反射体層間に配置することができ、対の反射体層は、約１０以上の波長に波長のある割合の範囲内の空洞長をもたらすように離間することができる。側方閉じ込めはまた、例えば、放射の伝達に関与しないスペクトル集光器９０６の側縁および表面に隣接して反射体層を形成することによって達成することができる。
【００９８】
共振空洞導波路として実装されると、スペクトル集光器９０６の性能は、低から高に変動し得るその質またはＱ値を参照して特徴付けることができる。比較的に低いＱ値は、効率に改良をもたらすのに十分であり得、Ｑ値が大きいほど、効率に付加的な改良もたらす。ある実装の場合、スペクトル集光器９０６は、少なくとも約１０または少なくとも約１００等、少なくとも約５、および最大約１０，０００または最大約１，０００等、最大約１０５以上であるＱ値を有することができる。高Ｑの共振空洞導波路の場合、スペクトル集光器９０６は、励起子が空洞光子と作用し、励起子ポラリトンと称される結合された励起子−光子準粒子を形成する励起子放出を呈し得る。スペクトル集光器９０６は、励起子と空洞光子との間の、または双励起子の場合、励起子間の結合の程度に応じて弱結合体制または強結合体制で動作することができる。
【００９９】
強結合体制において、スペクトル集光器９０６は、高い効率かつ高い強度放出および極端に低いレージング閾値をもたらし得るポラリトンレーザとして実装することができる。ポラリトンレーザは、実質的に、ゼロ損失および効率最大約１００％を有することができる。ポラリトンレーザはまた、時として、ゼロ閾値レーザと称され、殆どまたは全くレージング閾値が存在せず、レージングが、少なくとも部分的に励起子あるいは双励起子または励起子ポラリトン等の関連準粒子から導出される。準粒子の形成およびエネルギーレベルまたは状態の結果として生じる修正は、自己吸収から生じる損失を低減させることができる。従来のレーザとは対照的に、ポラリトンレーザは、反転分布を伴わずに、コヒーレントおよび実質的に単色の放射を放出することができる。特定の理論によって拘束されるわけではないが、ポラリトンレーザの放出特性は、励起子ポラリトンが、共振空洞導波路内においてボーズ凝縮を受けると生じ得る。レージングはまた、弱結合体制においても生じ得るが、レージング閾値は、強結合体制の場合より高くあり得る。弱結合体制において、レージングは、励起子ポラリトンではなく、主に、励起子から導出され得る。
【０１００】
ポラリトンレーザの形態において、高Ｑの共振空洞導波路として実装することによって、スペクトル集光器９０６は、いくつかの望ましい特性を呈することができる。特に、レージングは、従来のレーザの場合よりも桁違いに小さい励起強度約２００ｍＷｃｍ−２未満、約１００ｍＷｃｍ−２未満、約５０ｍＷｃｍ−２未満、または約１０ｍＷｃｍ−２未満、かつ約１ｍＷｃｍ−２以下まで等、非常に低い閾値で達成することができる。典型的な太陽放射強度は約１００ｍＷｃｍ−２であるので、レージングは、殆どまたは全く集中を伴わずに通常の太陽光によって達成することができる。また、レージングは、約５００ピコ秒未満、約２００ピコ秒未満、約１００ピコ秒未満、または約５０ピコ秒未満、および約１ピコ秒以下まで等、短い放射寿命において生じることができ、非放射機構を介した緩和を回避または低減し得る。さらに、レージングは、共振空洞効果が実質的に不在である場合と比較して、少なくとも約１．５、少なくとも約２、または少なくとも約５、および最大約１０倍以上等、放出スペクトルのスペクトル幅を狭小化し、狭放出線を形成するステップを有することができる。例えば、ＵＤ９３０の場合、ＵＤ９３０が、高Ｑの共振空洞導波路内に組み込まれると、スペクトル幅は、約３ｎｍから約１０ｎｍ等、約２ｎｍから約１０ｎｍの範囲内の値まで狭小化することができる。レージングからの狭放出線は、単色効果の結果、太陽光変換効率を向上させることができる。そのような様式において、レージングおよび距離に有する低損失は、より高い強度の放出をＰＶ電池９０２に到達させ、より高い太陽光変換効率を可能にすることができる。ＰＶ電池９０２に向かって誘導される放出の損失は、殆どまたは全く測定され得ない。レージングによって、太陽エネルギー変換効率は、約２０％から約３０％の範囲内または約２８％から約３０％の範囲内等、最大約３０％以上となることができる。
【０１０１】
（実施例）
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態の具体的側面を説明し、当業者に説明を例示および提供する。実施例は、単に、本発明のいくつかの実施形態の理解および実践において有用である特定の方法論を提供するので、実施例は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【０１０２】
（実施例１）
（発光材料の形成−ＵＤ９３０）
ＵＤ９３０のサンプルを、２つのアプローチに従って、真空蒸着によって再現可能な様式で形成した。一方のアプローチに従って、ヨウ化錫（ＩＩ）およびヨウ化セシウム（Ｉ）を、連続層、典型的には、合計最大６つの層内に蒸着した。別のアプローチに従って、塩化錫（ＩＩ）およびヨウ化セシウム（Ｉ）を、連続層、典型的には、合計最大６つの層内に蒸着した。あるサンプルの場合、塩化錫（ＩＩ）含有層の厚さは、約９０ｎｍであって、ヨウ化セシウム（Ｉ）含有層の厚さは、約１７０ｎｍであった。ヨウ化錫（ＩＩ）（または、塩化錫（ＩＩ））を、熱蒸発によって蒸着した一方、ヨウ化セシウム（Ｉ）を、電子ビーム蒸着によって蒸着した。蒸着は、ガラス、セラミック、およびシリコンから形成されるものを含め、種々の基板上において、圧力約１０−５トル（または、それ以下）で実行した。
【０１０３】
蒸着後、結果として生じるサンプルを、乾燥した窒素雰囲気中のグローブボックス内においてアニーリングし、ヨウ化錫（ＩＩ）（または、塩化錫（ＩＩ））とヨウ化セシウム（Ｉ）との間の自己限定性化学反応をもたらした。塩化錫（ＩＩ）を使用して形成されたサンプルの場合、アニーリングはまた、時として、空気中において実行した。最適アニーリング温度は、特定のサンプルに応じて若干変動することが観察されたが、典型的には、約３１８℃におけるヨウ化錫（ＩＩ）の融点（または、約２４６℃における塩化錫（ＩＩ）の融点）を上回った。図１０は、本発明のある実施形態に従って、シリコン基板（天然ＳｉＯ２を有する）上に蒸着されたヨウ化錫（ＩＩ）／ヨウ化セシウム（Ｉ）に対するアニーリング温度の関数としてプロットされた、約９４３ｎｍにおいて測定された光ルミネセンス強度を例示する。ヨウ化錫（ＩＩ）の融点以下の温度におけるアニーリングは、弱光ルミネセンス強度をもたらすことが観察された一方、強帯域の光ルミネセンス強度は、ヨウ化錫（ＩＩ）の融点を上回る約５０℃の温度において、アニーリング後に観察された。最適アニーリング時間周期は、使用される特定のサンプルおよび特定の基板に応じて若干変動することが観察された。ガラス基板上に形成されるサンプルの場合、最適アニーリング時間周期は、典型的には、約１５秒であった。光ルミネセンスの安定性は、サンプルが乾燥した窒素雰囲気中に保管された場合、またはエポキシの層を使用して、ガラス基板に結合すること等によって封入される場合に向上された。
【０１０４】
（実施例２）
（発光材料の特性−ＵＤ９３０）
図１１（ａ）は、本発明のある実施形態に従って、１２Ｋから３００Ｋの範囲内の温度において、ＵＤ９３０に対して観察された励起スペクトルを例示し、図１１（ｂ）は、同一温度範囲内において、ＵＤ９３０に対して得られた放出スペクトルを例示する。理解され得るように、温度に有するピーク位置の変動は、励起および放出スペクトルに対して類似する。
【０１０５】
当業者は、本明細書に説明される発光材料を開発する際に、付加的説明を必要としないが、それでもなお、２００７年３月２１日出願の同時係属および共有の米国特許出願第１１／６８９，３８１号（現米国特許第７，６４１，８１５号）（その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）を検証することによって、いくつかの有用なガイダンスを見出すであろう。
【０１０６】
本発明は、その具体的実施形態を参照して説明されたが、添付の請求項によって定義される発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更を行ってもよく、均等物と代用されてもよいことは、当業者によって理解されるはずである。加えて、多くの修正が、特定の状況、材料、物質の組成、方法、またはプロセスを、発明の目的、精神および範囲に適合するように成されてもよい。そのような修正はすべて、本明細書に添付の請求項の範囲内であることが意図される。特に、本明細書に開示される方法は、特定の順序で行われる特定の動作を参照して説明されたが、これらの動作は、本発明の教示から逸脱することなく、同等方法を形成するように組み合わせられるか、再分割されるか、または並べ替えられてもよいことが理解されるであろう。故に、本明細書に具体的に意図されない限り、動作の順序および群化は本発明の制限ではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光材料であって、該発光材料は、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］
を有し、式中、
Ａは、一価の陽イオンとして該発光材料内に含まれ、
Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、
ａは、１から５までの範囲内にあり、
ｂは、１から３までの範囲内にあり、
ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂであり、
少なくともＸ’は、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５であるようなヨウ素である、発光材料。
【請求項２】
Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択される、請求項１に記載の発光材料。
【請求項３】
Ａは、セシウムであり、ａは、１または２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項４】
ｂは、１または２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項５】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、フッ素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項６】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、塩素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項７】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、臭素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項８】
ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項９】
ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧２／３である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１０】
ａは、１であり、ｂは、１である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１１】
ａは、１であり、ｂは、２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１２】
ａは、２であり、ｂは、１である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１３】
前記ドーパントは、元素組成に関して、５％未満の量で前記発光材料内に含まれる、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１４】
前記ドーパントは、元素組成に関して、０．１％から１％までの範囲内の量で前記発光材料内に含まれる、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１５】
前記ドーパントは、酸素を含む陰イオンを含む、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１６】
前記陰イオンは、Ｏ−２およびＯＨ−１のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の発光材料。
【請求項１７】
発光材料を形成する方法であって、
ＡおよびＸの源を提供することであって、Ａは、ＩＡ族元素のうちの少なくとも１つから選択され、Ｘは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ことと、
Ｂの源を提供することであって、Ｂは、ＩＶＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ことと、
該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源を真空蒸着に曝して、基板に隣接した薄膜集合を形成することと、
該薄膜集合を温度Ｔｈｅａｔまで加熱して、該基板に隣接した発光材料を形成することであって、該発光材料は、Ａ、Ｂ、およびＸを含み、該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源のうちの１つは、より低い融点Ｔｍ１を有し、該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源のうちの別の１つは、より高い融点Ｔｍ２を有し、Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜Ｔｍ２である、ことと
を含む、方法。
【請求項１８】
Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜（Ｔｍ１＋３Ｔｍ２）／４である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜（Ｔｍ１＋Ｔｍ２）／２である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＡおよびＸの源は、式ＡＸを有する化合物を含み、前記Ｂの源は、式ＢＹ２を有する化合物を含み、Ｙは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＡおよびＸの源ならびに前記Ｂの源を真空蒸着に曝すことは、
該ＡおよびＸの源を電子ビーム蒸着および熱蒸発のうちの少なくとも１つに曝すことと、
該Ｂの源を熱蒸発に曝すことと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＡおよびＸの源ならびに前記Ｂの源を真空蒸着に曝すことは、
該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源を混合して、混合物を形成することと、
該混合物を真空蒸着に曝して、前記基板に隣接した薄膜集合を形成することと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１】
発光材料であって、該発光材料は、式：
［ＡａＳｎｂＸｘＸ’ｘ’Ｘ’’ｘ’’］［ドーパント］
を有し、式中、
Ａは、一価の陽イオンとして該発光材料内に含まれ、
Ｘ、Ｘ’、およびＸ’’は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素から選択され、
ａは、１から５までの範囲内にあり、
ｂは、１から３までの範囲内にあり、
ｘとｘ’とｘ’’との合計は、ａ＋２ｂであり、
少なくともＸ’は、ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／５であるようなヨウ素である、発光材料。
【請求項２】
Ａは、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択される、請求項１に記載の発光材料。
【請求項３】
Ａは、セシウムであり、ａは、１または２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項４】
ｂは、１または２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項５】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、フッ素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項６】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、塩素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項７】
ＸおよびＸ’’のうちの少なくとも１つは、臭素である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項８】
ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧１／２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項９】
ｘ’／（ａ＋２ｂ）≧２／３である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１０】
ａは、１であり、ｂは、１である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１１】
ａは、１であり、ｂは、２である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１２】
ａは、２であり、ｂは、１である、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１３】
前記ドーパントは、元素組成に関して、５％未満の量で前記発光材料内に含まれる、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１４】
前記ドーパントは、元素組成に関して、０．１％から１％までの範囲内の量で前記発光材料内に含まれる、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１５】
前記ドーパントは、酸素を含む陰イオンを含む、請求項１に記載の発光材料。
【請求項１６】
前記陰イオンは、Ｏ−２およびＯＨ−１のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の発光材料。
【請求項１７】
発光材料を形成する方法であって、
ＡおよびＸの源を提供することであって、Ａは、ＩＡ族元素のうちの少なくとも１つから選択され、Ｘは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ことと、
Ｂの源を提供することであって、Ｂは、ＩＶＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、ことと、
該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源を真空蒸着に曝して、基板に隣接した薄膜集合を形成することと、
該薄膜集合を温度Ｔｈｅａｔまで加熱して、該基板に隣接した発光材料を形成することであって、該発光材料は、Ａ、Ｂ、およびＸを含み、該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源のうちの１つは、より低い融点Ｔｍ１を有し、該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源のうちの別の１つは、より高い融点Ｔｍ２を有し、Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜Ｔｍ２である、ことと
を含む、方法。
【請求項１８】
Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜（Ｔｍ１＋３Ｔｍ２）／４である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
Ｔｍ１＜Ｔｈｅａｔ＜（Ｔｍ１＋Ｔｍ２）／２である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＡおよびＸの源は、式ＡＸを有する化合物を含み、前記Ｂの源は、式ＢＹ２を有する化合物を含み、Ｙは、ＶＩＩＢ族元素のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＡおよびＸの源ならびに前記Ｂの源を真空蒸着に曝すことは、
該ＡおよびＸの源を電子ビーム蒸着および熱蒸発のうちの少なくとも１つに曝すことと、
該Ｂの源を熱蒸発に曝すことと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＡおよびＸの源ならびに前記Ｂの源を真空蒸着に曝すことは、
該ＡおよびＸの源ならびに該Ｂの源を混合して、混合物を形成することと、
該混合物を真空蒸着に曝して、前記基板に隣接した薄膜集合を形成することと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１３−５１３０１６（Ｐ２０１３−５１３０１６Ａ）
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４３１５７（Ｐ２０１２−５４３１５７）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８６６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７１７３８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５１２１４８７０２）オムニピーブイ， インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８６６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７１７３８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５１２１４８７０２）オムニピーブイ， インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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