太陽電池モジュール
【課題】光起電力セル同士の直列あるいは並列接続の相互接続に関する、接続方法の改良並びに低電気抵抗を目指した太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】相互接続を金属ステッチ、ステープル、グロメッと或いは金属テープ、ワイアなどにて、電気的に接続される太陽電池モジュール。
【解決手段】相互接続を金属ステッチ、ステープル、グロメッと或いは金属テープ、ワイアなどにて、電気的に接続される太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、太陽電池モジュール、ならびに関連する装置、方法、および部品に関する。
［関連出願の相互参照］
本件出願は、２００４年６月１日に出願された「導電性相互接続を有する光起電力セル（Photovoltaic Cells with Conductive Interconnects）」という名称の米国特許仮出願第６０／５７５，９７１号、２００４年７月２２日に出願された「太陽電池モジュール（Photovoltaic Modules）」という名称の米国特許仮出願第６０／５９０，３１２号、２００４年７月２２日に出願された「導電性メッシュ相互接続を有する光起電力セル（Photovoltaic Cells with Conductive Mesh Interconnects ）」という名称の米国特許仮出願第６０／５９０，３１３号、および２００５年３月２１日に出願された「太陽電池モジュール構成（Photovoltaic Module Architecture）」という名称の米国特許仮出願第６０／６６４，１１５号に対して米国特許法１１９条（ｅ）項の（１）の優先権を主張するが、これらの全ては参照により本明細書に援用されている。
【背景技術】
【０００２】
光起電力セルは、しばしば太陽電池と呼ばれ、太陽光などの光を電気エネルギーに変換することができる。典型的な光起電力セルは、光活性材料の層とカソード−アノード間に配設された電荷キャリア材料の層とを備える。入射光が光活性材料を励起すると、電子が解放される。これらの解放された電子は、電気エネルギーの形でカソード−アノード間に作られた電子回路内に捕捉される。
【０００３】
一般的に色素増感型太陽電池（ＤＳＳＣ）と呼ばれる、一タイプの光起電力セルにおいては、光活性材料は、一般的に、チタニアなどの半導体材料と、たとえば、色素などの光増感剤とを含む。一般的に、色素は動作波長帯域内（たとえば、太陽スペクトルの帯域内）の光子を吸収することができる。
【０００４】
ポリマー薄膜セルと一般に呼ばれる別のタイプの光起電力セルにおいては、使用される光活性材料は、一般的に、２つの構成要素、すなわち電子受容体と電子供与体を有する。電子受容体は、たとえば、ポリ（フェニレンビニレン）やポリ（３−ヘキシルチオフェン）などのｐ型ポリマー導体材料でよい。電子供与体は、たとえば、フレレンの誘導体（たとえば、ＰＣＢＭとして知られる１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−１−フェニル（６，６）Ｃ６１）などのナノ粒子材料でよい。
【０００５】
光起電力セルを電気的に直列および／または並列に接続して太陽電池モジュールを作製することができる。２つの光起電力セルは、一般的に、一方のセルのカソードと他方のセルのカソードとを電気的に接続し、一方のセルのアノードと他方のセルのアノードとを電気的に接続することによって並列に接続することができる。２つの光起電力セルは、一般的に、一方のセルのアノードと他方のセルのカソードとを電気的に接続することによって直列に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４２１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書は、一般的に、１つまたは複数の相互接続を用いて１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つ又は複数の隣接する光起電力セル）を電気的に接続および／または機械的に接続することによって形成される太陽電池モジュールに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、モジュールは、電極を有する第１光起電力セルと電極を有する第２光起電力セルとを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルの電極および第２光起電力セルの電極中に配設された相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【０００９】
別の態様では、モジュールは、電極を有する第１光起電力セルと電極を有する第２光起電力セルを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。この光起電力セルは、第１光起電力セルの電極の一部分と第２光起電力セルの電極の一部分が重なるように構成される。
【００１０】
さらに別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのカソードおよび第２光起電力セルのアノード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１１】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのカソードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのカソードおよび第２光起電力セルのカソード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１２】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのアノードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのアノードおよび第２光起電力セルのアノード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１３】
他の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１４】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電
力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのカソードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１５】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのアノードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１６】
他の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含み、第１および第２の光起電力セルが階段状構成に構成される。
さらなる態様では、光起電力セルを電気的に接続する方法は、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルの電極中および第２光起電力セルの電極中に相互接続（たとえば、導電性相互接続）を配設することを含む。
【００１７】
一態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。このモジュールは、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。この相互接続は、接着材料とこの接着材料中に部分的に配設されたメッシュとを備える。
【００１８】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。第１および第２の光起電力セルのそれぞれは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。これらの電気的に接続される電極は、カソード／アノード、カソード／カソード、またはアノード／アノードとすることができる。この相互接続は、接着材料とこの接着材料中に部分的に配設されたメッシュとを備える。
【００１９】
一態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、第１光起電力セルの電極に接続（たとえば、電気的に接続）する湾曲端部を有する電極を備える第２光起電力セルとを備える。
【００２０】
別の態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備える第２光起電力セルとを備える。第２光起電力セルの電極は、第１光起電力セルの電極に接続（たとえば、電気的に接続）する成形（たとえば、ディンプル加工）または湾曲部分を有する。
【００２１】
一態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備える第２光起電力セルと、導電性相互接続とを備える。第１光起電力セルの電極は第２光起電力セルの電極と重なる。この相互接続は、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを電気的に接続する。この相互接続は、第１および第２の光起電力セルを機械的に結合する。
【００２２】
別の態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備え、第１光起電力セルに重なって重なり領域を画定する第２光起電力セルと、第１および第２の光起電力セルを電気的かつ機械的に接続するための、重なり領域に隣接する相互接続とを備える。
【００２３】
他の態様では、太陽電池モジュールは、第１表面を有する電極を備える第１光起電力セルと、第２表面を有する電極を備える第２光起電力セルと、第１および第２の光起電力セルを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）とを備える。この相互接続は第１および第２の表面によって支えられる。
【００２４】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。このモジュールの変換効率（efficiency）は、これらの光起電力セルの１つの変換効率の少なくとも約８０％である。
【００２５】
さらなる態様では、方法は、１つまたは複数の先のモジュールを連続的なプロセスによって作製することを含む。
別の態様では、方法は、１つまたは複数の先のモジュールをロール・ツー・ロール法によって作製することを含む。
【００２６】
諸実施形態は以下の利点のうちの１つまたは複数を提供することができる。
いくつかの実施形態では、相互接続は、２つ以上の光起電力セルをオーム損をほとんど伴わずに接続（たとえば、直列に接続）することができる。これは、光起電力セルおよびモジュールからの電圧、アンペア数、および／またはパワー出力を最大にしようとするときに特に望ましくなり得る。
【００２７】
或る実施形態では、相互接続は、単一の光起電力セルに比べて曲線因子の増加をほとんど伴わず、または全く伴わずに、かつ、変換効率の低下をほとんど伴わず、または全く伴わずに、２つ以上の光起電力セルを一緒に接続（たとえば、直列に接続）することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、相互接続は、隣接する光起電力セルを機械的に一緒に接続し、それによって、太陽電池モジュール内のシール（たとえば、接着剤を含むシール）の使用を低減（たとえば、省略）することができる。このため、たとえば、光起電力セル内に含まれる１つまたは複数の成分と反応する恐れがある１つまたは複数の材料の量および／または存在を減少させること、かつ／あるいは、たとえば、モジュール中に存在するリーク経路を減少（たとえば、省略）させることによってモジュールの実用寿命を延ばすことができる。
【００２９】
或る実施形態では、相互接続は、第１光起電力セルの電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとの間に頑丈な機械的接続および／または導電性の高い接続をもたらすことができる。
【００３０】
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、この相互接続中のメッシュは各電極と複数の電気接点を形成することができる。電極間に複数の接点を有すると、相互接続によって電流が電極間を通過するためのより広い面積および体積がもたらされることによって電極間の電気伝導率を増大させることができる。代わりに、または追加的に、電極間に複数の接点を有すると、相互接続によって電極間の電子の流れの安定性を向上させることができる。たとえば、或る環境下では、モジュールが撓みまたは湾曲することがあるが、これは、一時的または永久に相互接続と電極の１つとの間の接点を破壊する恐れがある。この
結果生じる電極間の電気伝導率の低下は、複数の電気接点が存在すると軽減される。
【００３１】
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、このメッシュは大きな困難を伴わずに比較的微細な繊維で形成することができる。
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、金属メッシュの絶対高さを電極間の間隔／空間に設定することができ、この間隔／空間を比較的小さくすることが可能である。
【００３２】
接着剤を含む相互接続を含む実施形態では、この接着剤は、たとえば、モジュールの隣接する光起電力セル中の電極間に複数の接着剤ボンディング点をもたらすことによって、相互接続の機械的な一体性を高めることができる。代わりに、または追加的に、この接着剤は、電気接触することが望ましくない、モジュールの或る構成部品間に電気絶縁をもたらすこともできる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、モジュールは、電気的な連絡をもたらすための別個の相互接続無しで、隣接する光起電力セル中の電極間に良好な電気接点をもたらすことができる。このため、モジュールの製造に付随するコストおよび／または煩雑さを低減させることができる。たとえば、モジュールの製造プロセス中、カソード（および／またはアノード）の成形された（たとえば、ディンプル加工された）部分を形成することによって、モジュールの様々な部分を整列させる煩雑さを低下させることができる。
【００３４】
或る実施形態では、処理（たとえば、チタニアの焼結）中に、カソードの表面上に酸化膜を形成することができる。このような実施形態では、カソードの一部分を成形するプロセスは、この酸化膜を破ることができ、このため、カソード−アノード間の電気伝導率を高めることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、接着剤／基板ボンドの潜在的に可能な表面積は比較的高くなることができ、このため、光起電力セルのボンド強度および信頼性を高めることができる。
【００３６】
或る実施形態では、モジュールはより少ない構成部品を備えることができ、このため、信頼性を高め、かつ／またはコストを低下させることができる。
いくつかの実施形態では、相互接続を形成する１つまたは複数の材料は、モジュールの他の成分（たとえば、電解質）と実質的に化学作用を起こさない組成で市販されている。
【００３７】
或る実施形態では、モジュールは、電気的および機械的に結合して幅広い範囲での実施によく適した可撓性モジュールを形成する光起電力セルの可撓性基板を備えることができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、相互接続は、１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つまたは複数の隣接した光起電力セル）を電気的に相互接続および／または機械的に相互接続して、高安定性、高信頼性、光起電力セル（たとえば、隣接した光起電力セル）間の減少した不活性区域、および／または、光起電力セル（たとえば、隣接した光起電力セル）間の減少した不活性部体積を有する太陽電池モジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】２つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図２】太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図３】図２の太陽電池モジュールの底面図。
【図４】３つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図５】３つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図６】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図７】図６の太陽電池モジュールの一部分の断面図。
【図８】太陽電池モジュール中の相互接続の一部分の、図６および図７に示した断面に垂直な方向における断面図。
【図９】直列構成の３つのセルを備える太陽電池モジュールの側面図。
【図１０】図９の隣接するセル間の相互接続の詳細図。
【図１１】１つのセルのアノードと隣接するセルのカソードとの間に位置する相互接続ペーストを含む直列構成の７つのセルを備える太陽電池モジュールの側面図。
【図１２】ペーストが適所に押し込まれた図１１の側面図。
【図１３】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図１４】太陽電池モジュール中のカソードの、図１３の断面に垂直な方向における斜視図。
【図１５】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図１６】図１５に示した光起電力セルの一部分の断面図。
【図１７】太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図１８】太陽電池モジュール中のカソードの、図１７の断面に垂直な方向における斜視図。
【図１９】ＤＳＳＣの一実施形態の断面図。
【図２０】ＤＳＳＣの製造方法の一実施形態の概略図。
【図２１】ポリマー光起電力セルの断面図。
【図２２】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２３】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２４】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２５】２つの個々のセル、およびこれら２つのセルの合成物によって形成されたモジュールの変換効率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
特徴および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲に記載する。
様々な図面中同様の参照記号は同様の要素を示す。
本明細書は、一般的に、１つまたは複数の相互接続を用いて１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つ又は複数の隣接する光起電力セル）を電気的に接続および／または機械的に接続することによって形成される太陽電池モジュールに関する。このようなモジュールの諸実施形態を以下に説明する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、太陽電池モジュールの変換効率は、太陽電池モジュールに含まれる１つまたは複数の光起電力セルの変換効率の少なくとも約８０％（たとえば、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、および少なくとも約９８％）である。
【００４２】
本明細書では、光起電力セルの変換効率を以下のように測定する。光起電力セルをＡ．Ｍ．１．５（単位平方センチメートル当たり１００ｍＷ）光源（Oriel Solar Simulator ）で３０秒間露光する。光起電力セル内で発生した電流を測定し、電圧に対してプロットして光起電力セルの変換効率を決定する。
【００４３】
図１は、第１光起電力セル１１０を第２光起電力セル１１５に接続する導電性相互接続１０５を備える太陽電池モジュール１００の断面図を示す。この導電性相互接続１０５は、一例としてステッチ（st itch）を含むことができる。光起電力セル１１０は、カソー
ド１２０と、光活性層１２２と、電荷キャリア層１２４と、アノード１２６と、基板１２８とを備える。同様に光起電力セル１１５は、カソード１４０と、光活性層１４２と、電荷キャリア層１４４と、アノード１４６と、基板１４８とを備える。光起電力セル１１０
および１１５は、互いに対して階段状構成に位置して、光起電力セル１１０の一部分１５５が光起電力セル１１５の一部分１６０に重なり、それによって重なり領域１６５が形成されるようにする。導電性相互接続１０５は重なり領域１６５内に配設されて、カソード１２０からアノード１４６までの導電性経路をもたらす。
【００４４】
導電性相互接続１０５は、一般的に、カソード１２０からアノード１４６までの導電性のかつ連続的な経路を形成するような大きさにする。たとえば、いくつかの実施形態では、導電性相互接続１０５を、重なり領域１６５内でカソード１２０、基板１４８、およびアノード１４６を貫通して延びるような大きさにする。或る実施形態では、導電性相互接続１０５の長さは、少なくとも約３０ミクロンおよび／または最大で約５００ミクロン（たとえば、約１００ミクロン〜約２００ミクロン）である。
【００４５】
導電性相互接続１０５の幅は、一般的に、所望のように選択することができる。或る実施形態では、導電性相互接続１０５の幅を、重なり領域１６５の幅が相対的に小さくなるように選択する。たとえば、或る実施形態では、導電性相互接続１０５の幅は、約１５００ミクロン未満（たとえば、約１０００ミクロン未満、約５００ミクロン未満）である。一般的には、導電性相互接続１０５の幅は、少なくとも約１００ミクロンである。重なり領域１６５の幅の低減は、光起電力セル１１０および１１５内の利用可能な光活性区域の増加を図るとき特に望ましい。たとえば、重なり領域１６５の幅が減少するにつれて、モジュール１００の活性領域の面積が増大する。
【００４６】
導電性相互接続１０５は、一般的に、任意の導電性材料で作ることができる。本明細書では、導電性材料は、少なくとも２５℃で約１０（Ω−ｃｍ）−１の伝導率を有する。一般的に、導電性相互接続１０５を形成するために使用する材料（複数可）は、光起電力セル１１０を光起電力セル１１５に固定するように比較的強い。導電性相互接続１０５を形成するための例示的な材料は、たとえば、銅やチタンなどの金属、およびスチール、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス合金、鉛−ビスマス合金、スズ−ビスマス−鉛合金などの合金を含む。或る実施形態では、導電性相互接続１０５を、金属または合金で被覆された材料（たとえば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ケブラー繊維、オルロン（Orlon ）繊維などのポリマー繊維）で形成することができる。いくつかの実施形態では、導電性相互接続１０５を、たとえば、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス合金、鉛―ビスマス合金、またはスズ−ビスマス−鉛合金などの低温はんだで被覆された金属または合金で形成する。或る実施形態では、導電性相互接続を、たとえば、銀系エポキシなどのエポキシで被覆された金属または合金で形成する。
【００４７】
図２および図３を参照すると、導電性または電気絶縁性であり得る相互接続２００（たとえば、導電性および／または電気絶縁性のステッチ）を用いて、端子接点２０５（たとえば、金属テープ、金属箔、および金属ブレード）を太陽電池モジュール１００の端部（たとえば、アノード１２６およびカソード１４０）で電極に固定することができる。一般的に、端子接点２０５を太陽電池モジュールと電気デバイスの間の接続サイトとして用い、太陽電池モジュール内で発生した電気を用いて、接続された電気デバイスを駆動させることができるようにする。
【００４８】
一般的に、相互接続２００は、あらゆる所望の材料から作ることができる。一般的に、相互接続２００を、端子接点を所望の電極に固定するのに十分強固の材料で作る。相互接続２００を形成するために使用される例示的な材料は、導電性相互接続１０５に関して上記で述べたものおよびポリマーを含む。
【００４９】
太陽電池モジュール１００を２つの光起電力セルを備えるものとして説明してきたが、太陽電池モジュールは、２つ以上（たとえば、３、４、５、６、７）の光起電力セルを備
えることができる。たとえば、図４で示すように、太陽電池モジュール２００は、第１光起電力セル１８０と、第２光起電力セル１８５と、第３光起電力セル１９０とを備える。導電性相互接続１９２を用いて、光起電力セル１８０のカソードを光起電力セル１８５のアノードと接合し、第２導電性相互接続１９４を用いて、光起電力セル１８５のカソードを光起電力セル１９０のアノードと接合する。
【００５０】
光起電力セルを、階段状様式で互いに対して位置させて隣接するセルと重なり領域を形成してきたが、いくつかの実施形態では、太陽電池モジュール中の光起電力セルが異なる構成を有する。図５は、共通の基板２９０を共有する光起電力セル２１０、２１２、および２１４を備える太陽電池モジュール２２０を示す。光起電力セル２１０、２１２、および２１４は、それぞれカソード２７０とアノード２７５の間に配設される光活性層２８０と電荷キャリア層２８５を備える。（たとえば、接着剤で形成された）電気絶縁材料の領域２９５は、セル２１０と２１２の間、およびセル２１２と２１４の間に位置する。セル２１０のカソード２７０の一部分は、セル２１２のアノード２７５の一部分と重なって、導電性相互接続１０５が内部（基板２９０中、セル２１２のアノード２７５中、セル２１０と２１２の間の領域２９５中、セル２１０のカソード２７０中、および基板３００中）に位置する重なり領域２６５を形成する。同様に、セル２１２のカソード２７０の一部分は、セル２１４のアノード２７５の一部分と重なって、導電性相互接続１０５が内部（基板２９０中、セル２１４のアノード２７５中、セル２１２と２１４の間の領域２９５中、セル２１２のカソード２７０中、および基板３００中）に位置する重なり領域２６７を形成する。
【００５１】
図６は、共通の基板３４０および３４５を共有する光起電力セル３１０、３２０、および３３０を備えるモジュール３００を示す。各光起電力セルはカソード３５０と、光活性層３６０と、電荷キャリア層３７０と、アノード３８０とを備える。
【００５２】
図７および図８に示すように、相互接続３０１をメッシュ３０５および電気絶縁性材料３９０で形成する。メッシュ３０５は導電性領域３８５と開口領域３８７を有し、電気絶縁性材料３９０がメッシュ３０５の開口領域３８７中に配設される。メッシュ３０５の上面３９３はアノード３８０に接触し、メッシュ３０５の下面３９５はカソード３５０に接触する。この構成で、隣接するセル中の電極３５０および３８０を、メッシュ３０５の領域３８５によって電極３５０と３８０の間の方向に電気的に接続し、隣接する光起電力セルを垂直面内で接着材料３９７によって互いから電気的に絶縁する。
【００５３】
メッシュ３０５は様々な方法で準備することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５は拡張メッシュである。たとえば、材料（たとえば、金属や合金などの導電性材料）のシートから領域３８７（たとえば、レーザ除去、化学エッチング、打ち抜きによって）を除去し、その後でシートを伸ばす（たとえば、２次元的にシートを伸ばす）ことによって拡張金属メッシュを準備することができる。或る実施形態では、メッシュ３０５は、その後シートを引き伸ばさずに領域３８７を（たとえば、レーザ除去、化学エッチング、打ち抜きによって）除去することによって形成される金属シートである。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５は、中実領域３８５を形成する材料のワイアを編むことによって形成される編みメッシュである。たとえば、平織、畳織、綾織、綾畳織、またはそれらの組合せによって、ワイワを編むことができる。或る実施形態では、メッシュ３０５は溶接金網で形成される。
【００５４】
一般的に、中実領域３８５は全体を導電性材料で形成される（たとえば、領域３８５を導電性のほぼ均一な材料で形成する）。領域３８５に使用することができる導電性材料の例には、導電性金属、導電性合金、および導電性ポリマーを含む。例示的な導電性材料には、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、およびチタンを含む。例示的な導電性合
金には、ステンレス鋼（たとえば、３３２−ステンレス鋼、３１６−ステンレス鋼）、金合金、銀合金、銅合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金合金、およびチタン合金が含まれる。例示的な導電性ポリマーには、ポリチオフェン（たとえば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン（たとえば、ドープポリアニリン）、ポリピロール（たとえば、ドープポリピロール）を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料の組合せを使用する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、中実領域３８５を異なる材料を被覆した材料で（たとえば、メタライゼーション、気相成長を用いて）形成する。一般的に、内側の材料は任意の所望の材料（たとえば、電気絶縁性材料、導電性材料、または半導電性材料）で形成することができ、外側の材料は導電性材料である。内側材料を形成することができる電気絶縁性材料の例には、織物、光ファイバ材料、ポリマー材料（たとえば、ナイロン）、および天然材料（たとえば、亜麻、綿、羊毛、絹）を含む。外側材料を形成することができる導電性材料の例には、上記で開示した導電性材料を含む。材料を形成することができる半導電性材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化酸化スズ、酸化スズ、および酸化亜鉛を含む。いくつかの実施形態では、内側材料はファイバの形態であり、外側材料は内側材料に被覆される導電性材料である。或る実施形態では、内側材料はメッシュの形態であり（上記の説明を参照のこと）、それはメッシュに形成された後、外側材料で被覆される。例としては、内側材料は拡張金属メッシュであってもよく、外側材料はこの拡張金属メッシュに被覆されるＰＥＤＯＴであってもよい。
【００５６】
一般的に、基板３４０および３４５の表面にほぼ垂直な方向のメッシュ３０５の最大厚は、最小で約１０ミクロン（たとえば、最小で約１５ミクロン、最小で約２５ミクロン、最小で約５０ミクロン）であり、かつ／または最大で約２５０ミクロン（たとえば、最大で約２００ミクロン、最大で約１５０ミクロン、最大で約１００ミクロン、最大で約７５ミクロン）である。
【００５７】
図８に断面形状を示したが、開口領域３８７は、一般的に、あらゆる所望の形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、異形）を有することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５中の様々な開口領域３８７は様々な形状を有することができる。
【００５８】
図８にダイアモンド模様を形成する場合を示したが、中実領域３８５によって、一般的に、あらゆる所望の模様（たとえば、長方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、異形）を形成することができる。
【００５９】
図９および図１０は、互いに階段状構成に位置する光起電力セル５０５、５１０、および５１５を備える太陽電池モジュール５００を示す。光起電力セル５１５の一部分５２５は光起電力セル５１０の一部分５２０と重なる。同様に、光起電力セル５１０の一部分５３３は光起電力セル５０５の一部分５３５と重なる。アノード５４５の端部に導電性テープ５４７を巻き付けることによって、セル５０５のカソード５４０を隣接するセル５０５のアノード５４５に電気的に接続する。いくつかの実施形態では、テープ５４７をカソード５４０の裏面全体に接触するような大きさにすることができ、それによって、隣接するセル間を機械的に取り付け、またはカソード５４０の一部分のみを機械的に取り付ける。テープ５４７がカソード５４０の裏面を全ては覆わない実施形態では、隣接するセル５０５のアノード５４５への取り付けを補うように、随意に、カソード５４０の裏面の露出部分を非導電性接着剤で被覆することもできる。
【００６０】
要素５４７を導電性テープとして説明してきたが、より一般的には、要素５４７は説明した一般的な構造を有するあらゆる種類の導電性要素であってもよい。いくつかの実施形
態では、要素５４７は被覆の形態である。
【００６１】
図１１に、階段状構成に配置された７つの重なるセル５５５ａ〜５５５ｇを備える太陽電池モジュール５５０を示す。隣接するセル５５５ｂのカソード５７０に電気的かつ機械的に接続するために、アノード５６５ａに沿ってセル５５５ａの端部に平行に、相互接続５６０ａを付ける。同様に相互接続５６０ｂ〜５６０ｆは、重なり合うセル５５５ｂと５５５ｃ、５５５ｃと５５５ｄ、５５５ｄと５５５ｅ、５５５ｅと５５５ｆ、および５５５ｆと５５５ｇを接続する。図１２は、隣接するセルを接続するように適所に押し込まれた相互接続５６０を示す。一般的に、任意の適切な導電性材料で、相互接続５６０を形成することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の相互接続５６０を導電性ペーストのビードで形成することができる。随意に、１つまたは複数の相互接続５６０を熱可塑性導電リボン、はんだ、および／またはファイバで形成することもできる。このような実施形態では、一般的に、相互接続５６０を形成する材料を１つのセルの端部に平行に位置させて、適切な量の熱および圧力を加えた後で、相互接続が１つのセルのカソードおよび隣接するセルのアノードの上に分布するようにする。
【００６２】
熱または圧力の使用を伴わない方法（たとえば、インクジェット印刷、塗装／乾燥）によって、１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することができる。随意に、熱転写法を用いて１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することもできる。
【００６３】
或る実施形態では、本明細書に記載したようなメッシュ（たとえば、接着剤のメッシュ）で１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することもできる。
図１３は、共通基板３１４０および３１４５を共有する光起電力セル３１１０、３１２０、および３１３０を備える太陽電池モジュール３１００を示す。各光起電力セルは接着剤３１４７と、カソード３１５０と、光活性層３１６０と、電荷キャリア層３１７０と、アノード３１８０と、接着剤３１９０とを備える。カソード３１５０は、接着剤３１９０を貫通して延び、アノード３１８０と電気接触するように構成された（たとえば、ディンプル加工された、エンボス加工された）成形部３１５２を備える。図１４に示すように、カソード３１５０は、複数の成形部３１５２を有し、それらの間に非成形部がある。この構成では、カソード３１５０の成形部３１５２によって、別個の相互接続部品を使用せずにカソード３１５０とアノード３１８０間に電気接続が形成される。
【００６４】
図１４に円形として示してあるが、成形部３１５２は、より一般的には、あらゆる所望の形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、正弦波などの波形、異形）を有することができる。
【００６５】
カソード３１５０は、一般的に、比較的薄い導電層で形成される。いくつかの実施形態では、金属箔または（たとえば、チタンまたはインジウムの）合金箔でカソード３１５０を形成する。或る実施形態では、導電性材料（たとえば、金属、またはチタンやインジウムなどの合金）で被覆された表面を有するプラスチックの比較的薄い層でカソードを形成する（以下の、基板３１４０および３１４５に関する説明を参照のこと）。成形部３１５２は、標準的な箔のエンボス加工技法を含む様々な技法を用いて形成することができる。たとえば、或る実施形態では、先が丸いミシン針を有するミシンの下に箔３１５０を延在させることによって、成形部３１５２を形成することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、突起（たとえば、くぼみ）を有する回転ホイールの上に箔３１５０を通過させることによって、成形部３１５２を形成することができる。成形部３１５２を、モジュール３１００中に組み込む前に箔３１５０中に形成することができ、またはモジュール３１００が製造されるときに箔３１５０中に成形部３１５２を形成することもできる（以下の説明を参照のこと）。電極３１５０は、一般的に、エンボス加工部３１５２を除い
てほぼ平坦である。エンボス加工部３１５２は、一般的に、あらゆる所望の形状を有することができるが、一般的に（たとえば、エンボス加工部３１５２の形成が電極３１５０中への穴の形成によりもたらさないような）微小な半径を有する。
【００６６】
図１５および図１６は、光起電力セル８１００、８２００、８３００、および８４００を含む太陽電池モジュール８０００の部分分解図を示す。各セルはカソード側８０１０とアノード側８０２０を備える。各カソード側８０１０は、基板８０１２と、接着剤層８０１４（たとえば、０．０２５４ミリメートル（１ミル）厚の箔接着剤などの箔接着剤）と、導電層８０１６（たとえば、０．０５０８ミリメートル（２ミル）厚のチタン箔などの金属層）と、光活性層８０１８（たとえば、色素増感型チタニア層）とを備える。各アノード側は、基板８０２０と触媒層８０２２（たとえば、白金含有触媒層）を備える。層８０１６の各部分の領域８０１７はセル８１００、８２００、および８３００中に成形（たとえば、エンボス加工、ディンプル加工）され、隣接する光起電力セル中の層８０１６間にはギャップ８０１９が存在する。
【００６７】
モジュール８０００は、モジュール８０００のアセンブリングの後で対応する層８０１６の対応する部分８０１７と直接接触し、それによって電気接続をもたらす導電性架橋８０２６をさらに備える。架橋８０２６は、一般的に弾性的かつ導電性である。たとえば、導電性粒子を含有する弾性的なポリマーマトリックスで架橋８０２６を形成することができる（たとえば、充分な導電性を架橋８０２６に供与するのに充分な充填で）。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の架橋８０２６にチタンを（たとえば、チタン複合材の形態で）含有させることができる。図１５および図１６の分解図に別個の構成部品として示したが、いくつかの実施形態では、対応する層８０１６の対応する部分８０１７上に架橋８０２６を直接配設することができる。たとえば、対応する層８０１６の対応する部分８０１７上に架橋８０２６を印刷することができる。
【００６８】
モジュール８０００は、シール８０２８および８０２９も備える。シール８０２８および８０２９は、構成部品（たとえば、隣接するセル間）の漏れを低下させ、かつ／または（たとえば、水分が１つまたは複数のセル内に入る場合）構成部品の腐食を減少させる。モジュール８０００をアセンブリングするとき、シール８０２９の上端および下端はそれぞれ層８０１４および８０２２に接触し、シール８０２８の上端および下端はそれぞれ層８０２６および８０２２に接触する。シール８０２８および８０２９は、一般的に、本明細書に記載したような接着材料で形成され、随意に１つまたは複数の構造部品（たとえば、１つまたは複数のビード）を含むこともできる。シール８０２８および／または８０２９が１つまたは複数の構造部品を含有する実施形態では、構造部品は、一般的に、非導電性であり、かつ／または、シール８０２８および／または８０２９が非導電性になるように充分低い充填状態にある。
【００６９】
モジュール８０００は、さらに端部シール８０３０および８０３２（たとえば、接着性端部シール）を備える。
理論によって縛られることは望まないが、図１５および図１６に示す一般的な設計を有するモジュールは、依然として良好な電力および変換効率をもたらす比較的薄い太陽電池モジュールを可能にすることができると考えられている。複数の接着性層（たとえば、シール８０２８および８０２９）を使用することにより、接着剤を貫通して層の一部分を押し込まないでモジュールの構築が実現できるという点で、利点をもたらすことができると考えられている。これによって、電極の１つを引っかく可能性を低下させることもできるが、この引っかきにより、導電性の低下した局所的な区域が生じる恐れがある。
【００７０】
図１７は、カソード３３５０は、接着剤３１９０を貫通して延び、アノード３１８０と電気接触するように構成された湾曲端部３３５２を有する太陽電池モジュール４０００を
示す。図１８に示すように、湾曲端部３３５２は線を形成するカソードを形成する。この構成で、カソード３３５０の湾曲端部３３５２は、別個の相互接続部品を使用せずに、カソード３３５０とアノード３１８０の間の電気接続を形成する。
【００７１】
図１８に連続的なものとして示したが、いくつかの実施形態では、湾曲端部３３５２は非連続的であってもよい（たとえば、図１８に示すように見たとき、湾曲端部を有するカソード３３５０の交互に入れ替わる部分があり得る）。
【００７２】
さらに、カソードが或る材料で形成された箔で形成されると説明してきたが、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の主要な箔を異なる材料で形成することもできる。いくつかの実施形態では、これらのカソードを透明な導電性材料の箔で形成することができる。このような材料の例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、および酸化亜鉛などの或る金属酸化物が含まれる。
【００７３】
他の実施形態では、カソードは、導電メッシュなどの導電性材料の不連続層であってもよい。適切なメッシュ材料には、パラジウム、チタン、白金、ステンレス鋼およびそれらの合金などの金属を含む。このメッシュ材料は金属ワイアを含むことができる。この導電性メッシュ材料は、金属などの導電性材料で被覆された電気絶縁性材料を含むこともできる。この電気絶縁性材料は、編みファイバや光ファイバなどのファイバを含むことができる。編みファイバの例には、合成ポリマーファイバ（たとえば、ナイロン）と天然ファイバ（たとえば、亜麻、綿、羊毛、および絹）を含む。このメッシュ電極は、たとえば、連続的な製造プロセスによる光起電力セルの形成を促進するように可撓性であってもよい。
【００７４】
メッシュカソードは、たとえば、ワイア（またはファイバ）径、およびメッシュ密度（すなわち、メッシュの単位面積当たりのワイア（またはファイバ）数）に関して多種多様の形態をとり得る。メッシュは、たとえば、任意の数の開口形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、ダイアモンド形状、楕円形、台形、および／または、異形）を有した、規則的なもの、あるいは不規則なものであってもよい。たとえば、メッシュのワイア（またはファイバ）の電気伝導率、所望の光透過率、可撓性、および／または機械的強度に基づいて、メッシュ形状因子（たとえば、ワイア径、メッシュ密度など）を選択することができる。メッシュ電極は、一般的に、約１ミクロンから約４００ミクロンの範囲の平均ワイア（またはファイバ）径、および約６０％から約９５％の範囲のワイア（またはファイバ）間の平均開口面積を有するワイア（またはファイバ）メッシュを備える。たとえば、インクジェット印刷、リソグラフィ、および／またはアブレーション（たとえば、レーザアブレーション）などの様々な技法を用いてメッシュ電極を形成することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ電極を拡張金属メッシュで形成することができる。メッシュ電極は、２００３年３月２３日に出願された米国特許出願第１０／３９５，８２３号、および２００３年１１月２６日に出願された米国特許出願第１０／７２３，５５４号に論じられている。
【００７５】
接着剤３１４７および３１９０は、一般的に、任意の電気絶縁性接着剤で形成することができる。このような接着剤の例には、オレフィン、アクリレート、およびウレタンのコポリマー、ならびに他のホットメルト接着剤を含む。市販されている接着剤の例には、バイネル（登録商標）接着剤（デュポンから入手可）、熱ボンド接着剤（thermobond adhesive ）８４５（３Ｍから入手可）、およびダイニオン（商標）（３Ｍから入手可）を含む。
ＤＳＳＣ
いくつかの実施形態では、光起電力セルはＤＳＳＣである。図１９は、基板４３１０および４３７０と、導電性層（電極）４３２０および４３６０と、触媒層４３３０と、電荷キャリア層４３４０と、光活性層４３５０とを備えるＤＳＳＣ４３００の断面図である。
【００７６】
光活性層４３５０は、一般的に、１つまたは複数の色素とこの色素に関連する半導体材料とを含む。
色素の例には、黒色色素（たとえば、トリ（イソチオシアナート）ルテニウム（ＩＩ）２，２’：６’，２”テルピリジン−４，４’，４”トリカルボン酸、トリテトラブチルアンモニウム塩）と、橙色素（たとえば、トリ（２，２’ビピリジル４，４’ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ）ジクロライド）と、紫色色素（たとえば、シスビス（イソチオシアナート）ビス（２，２’ビピリジル−４，４’ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ））と、赤色色素（たとえば、エオシン）と、緑色色素（たとえば、メロシアニン）と、青色色素（たとえば、シアニン）とを含む。さらなる色素の例には、アントシアニン、ポルフィリン、フタロシアニン、スクアラート（squarates ）、および或る金属含有色素を含む。
【００７７】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、パターンを形成する複数の異なる色素を含むことができる。パターンの例には、迷彩パターン、瓦パターン、および屋根板パターンを含む。いくつかの実施形態では、このパターンは、携帯式電子デバイス（たとえば、ラップトップコンピュータ、携帯電話）の筺体のパターンを画定することができる。或る実施形態では、光起電力セルによってもたらされるパターンが自動車の車体上のパターンを画定することができる。パターン付き光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用されている、本願権利者が所有する同時係属中の、２００４年１２月２１日に出願された米国特許出願第６０／６３８，０７０号に開示されている。
【００７８】
半導体材料の例には、構造式ＭｘＯｙを有する材料を含み、式中Ｍは、たとえば、チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、またはスズであってもよく、ｘおよびｙは０より大きい整数である。他の適切な材料には、硫化物と、セレン化物と、テルル化物と、チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、スズ、またはそれらの組合せの酸化物とを含む。たとえば、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２、チタン酸ナトリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム、およびニオブ酸カリウムは適切な材料であり得る。
【００７９】
層４３５０内に含まれる半導体材料は、一般的に、ナノ粒子の形態である。いくつかの実施形態では、このナノ粒子の平均サイズは約２ｎｍ〜約１００ｎｍ（たとえば、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約２０ｎｍなど）である。ナノ粒子半導体材料の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の、米国特許出願第１０／３５１，２４９号に開示されている。
【００８０】
このナノ粒子を、たとえば、高温焼結、または反応性架橋剤によって相互接続することができる。
或る実施形態では、この架橋剤は、非ポリマー化合物であってもよい。この架橋剤は、半導体粒子と同様な電気伝導率を示すことができる。たとえば、ＴｉＯ２粒子の場合、この架橋剤は、チタンアルコキシド中に存在するもののようなＴｉ−Ｏ結合を含むことができる。理論によって縛られることは望まないが、チタンテトラアルコキシド粒子は、ＴｉＯ２粒子および基板上の導電性被覆と互いに反応して、この粒子を互いに接続させかつ導電性被覆（図示せず）と接続させるチタン酸化物架橋を形成することができると考えられる。その結果、この架橋剤は半導体層の安定性および完全性を高める。この架橋剤は、たとえば、金属アルコキシド、金属アセテート、または金属ハライドなどの有機金属類を含むことができる。いくつかの実施形態では、この架橋剤は、半導体中の金属と異なる金属を含むことができる。例示的な架橋ステップでは、ゾル−ゲル前駆体剤、たとえば、チタンテトラブトキシドなどのチタンテトラアルコキシドを、エタノール、プロパノール、ブ
タノール、あるいは、高次の１次、２次、または３次アルコールなどの溶媒と混合することによって、０〜１００％の重量比、たとえば、約５〜約２５％、または約２０％の重量比で、架橋剤溶液を調製することができる。溶媒は、一般的に、前駆体剤に対して安定な、たとえば、この前駆体剤と反応して金属酸化物（たとえば、ＴｉＯ２）を形成しないあらゆる材料であってもよい。この溶媒は、好ましくは、ほとんど水分を含まず、このため、ＴｉＯ２の沈殿を生じることができる。このような架橋剤は、たとえば、参照により本明細書に援用されている米国公開特許公報２００３−００５６８２１号に開示されている。
【００８１】
いくつかの実施形態では、架橋剤は、ポリ（ｎブチルチタネート）などのポリマー架橋剤であってもよい。ポリマー架橋剤の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１３号に開示されている。
【００８２】
架橋剤は、相互接続されたナノ粒子層の作製を、比較的低温（たとえば、約３００℃未満）、およびいくつかの実施形態では室温で可能にすることができる。この比較的低温での相互接続法は、ポリマー基板を用いる連続的な（たとえば、ロール・ツー・ロール）製造プロセスに適用することができる。
【００８３】
この相互接続されたナノ粒子は、一般的に、色素（複数可）によって光増感される。この色素は、入射光の電気への変換を促進して所望の光起電力効果を発生させる。色素は入射光を吸収して、色素中での電子の励起をもたらすと考えられている。次いで、励起電子のエネルギーは、色素の励起準位から相互接続されたナノ粒子の伝導帯内へ移動される。この電子エネルギー移動は、電荷の効果的な分離および所望の光起電力効果をもたらす。したがって、相互接続されたナノ粒子の伝導帯中の電子が、外部負荷を駆動させることができるようにされる。
【００８４】
色素（複数可）は、ナノ粒子上に吸着（たとえば、化学吸着および／または物理吸着）することができる。色素は、たとえば、動作波長帯域中（たとえば、可視スペクトル内）に光子を吸収する能力、ナノ粒子の伝導帯中に自由電子（または、正孔）を発生させる能力、ナノ粒子と複合材料を形成し、またはナノ粒子に吸着される能力、および／またはその色に基づいて選択することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、相互接続された半導体酸化物ナノ粒子材料の表面に増感色素で吸着される１つまたは複数の補助増感剤をさらに含むことができ、これにより、（たとえば、電荷移動効率を向上させ、かつ／または相互接続された半導体酸化物ナノ粒子材料から増感色素までの電子の逆移動を減少させることによって）ＤＳＳＣの変換効率を増大させることができる。光増感された相互接続ナノ粒子材料を形成するとき、これらの増感色素および補助増感剤を同時にまたは別個に加えることができる。この補助増感剤は、電子を受容体に供与して安定したカチオンラジカルを形成することができ、これにより、増感色素から半導体酸化物ナノ粒子材料までの電荷移動の変換効率を促進させ、かつ／または増感色素または補助増感剤までの電子の逆移動を減少させることができる。この補助増感剤は、（１）窒素原子が結合している芳香環の混成軌道を有する、窒素原子上の自由電子対の共役状態、および電子移動の後にこれらの混成軌道によってもたらされるカチオンラジカルの共鳴安定性、ならびに／または（２）補助増感剤を半導体酸化物にしっかり固定する働きをする、カルボキシやリン酸塩などの配位基を含むことができる。適切な補助増感剤の例には、芳香族アミン（たとえば、トリフェニルアミンおよびその誘導体などの色）、カルバゾール、ならびに他の縮合環類似体を含む。補助増感剤を含む光活性層の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１９号に開示されている。
【００８６】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、半導体材料のマクロ粒子をさらに含むことができ、この半導体材料では、少なくともいくつかの半導体マクロ粒子が互いに化学的に結合し、少なくともいくつかの半導体ナノ粒子が半導体マクロ粒子に付着されている。色素（複数可）は、この半導体材料上に吸着（たとえば、化学吸着および／または物理吸着）される。マクロ粒子は、平均粒子サイズが少なくとも約１００ｎｍ（たとえば、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ）の粒子の凝集体を指す。光活性層中にマクロ粒子を含む光起電力セルの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第６０／５８９，４２３号に開示されている。
【００８７】
或る実施形態では、ＤＳＳＣは、（たとえば、約３００℃未満などの比較的低い処理温度を用いて）光起電力材料の基材への接着を促進することができる被覆を含むことができる。このような光起電力セルおよび方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６０号に開示されている。
【００８８】
導電性層４３２０の組成および厚さは、一般的に、所望の電気伝導率、光学特性、および／または層の機械的特性に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、層４３２０は透明である。このような層を形成するのに適した透明材料の例には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズなどの或る金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、導電性層４３２０を箔（たとえば、チタン箔）で形成することができる。導電性層４３２０の厚さは、たとえば、約１００ｎｍ〜５００ｎｍ（たとえば、約１５０ｎｍ〜３００ｎｍ）であってもよい。
【００８９】
或る実施形態では、導電性層４３２０は、不透明（すなわち、そこに入射する可視スペクトルエネルギーの約１０％未満だけ透過できる）であってもよい。たとえば、層４３２０は、銅、アルミニウム、インジウム、または金などの不透明金属の連続層から形成することができる。いくつかの実施形態では、導電性層は、その上に形成された相互接続ナノ粒子材料を有することができる。そのような層は、たとえば、ストリップ（たとえば、第１および第２の可撓性基板間に制御された大きさおよび相対的な間隔を有する）の形態であってもよい。このようなＤＳＳＣの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２５１号に開示されている。
【００９０】
いくつかの実施形態では、導電性層４３２０は、導電性材料の不連続層を含むことができる。たとえば、導電性層４３２０は、導電性メッシュを含むことができる。適切なメッシュ材料には、パラジウム、チタン、白金、ステンレス鋼、およびそれらの合金などの金属を含む。いくつかの実施形態では、このメッシュ材料は金属ワイアを含む。この導電性メッシュ材料は、金属などの導電性材料で被覆された電気絶縁性材料を含むこともできる。この電気絶縁性材料は、織物ファイバやモノフィラメントなどのファイバを含むことができる。ファイバの例には、合成ポリマーファイバ（たとえば、ナイロン）、および天然ファイバ（たとえば、亜麻、綿、羊毛、絹）を含む。このメッシュ導電性層は、たとえば、連続的な製造プロセスによるＤＳＳＣの形成を促進させるために可撓性であってもよい。メッシュ導電性層を有する光起電力セルは、たとえば、それぞれ参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３９５，８２３号、１０／７２３，５５４号、および１０／４９４，５６０号に開示されている。
【００９１】
このメッシュ導電性層は、たとえば、線（またはファイバ）径およびメッシュ密度（すなわち、メッシュの単位面積当たりの線（またはファイバ）数）に関して、多種多様の形
態をとることができる。このメッシュは、任意の数の開口形状について、たとえば、規則的であってもよく、または不規則であってもよい。たとえば、メッシュの線（またはファイバ）の電気伝導率、所望の光透過率、可撓性、および／または機械的強度に基づいて、メッシュ形状因子（たとえば、ワイア径、メッシュ密度など）を選択することができる。メッシュ導電性層は、一般的に、約１ミクロン〜約４００ミクロンの範囲の平均ワイア（またはファイバ）径、および約６０％〜約９５％の範囲のワイア（またはファイバ）間の平均開口面積を有するワイア（またはファイバ）メッシュを備える。
【００９２】
触媒層４３３０は、一般的に、下に位置する電荷キャリア層中での酸化還元反応を触媒することができる材料で形成される。触媒層を形成することができる材料の例には、白金、ならびにポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、およびそれらの誘導体などのポリマーを含む。ポリチオフェン誘導体の例には、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＥＤＯＴ」）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ［３＿（４−オクチルフェニル）チオフェン］、ポリ（チエノ［３，４−ｂ］チオフェン）（「ＰＴ３４ｂＴ」）、およびポリ（チエノ［３，４−ｂ］チオフェン−コ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＴ３４ｂＴ−ＰＥＤＯＴ」）を含む。１つまたは複数のポリマーを含む触媒層の例は、たとえば、両方とも参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／８９７，２６８号、および６０／６３７，８４４号に開示されている。
【００９３】
基板４３１０は、可撓性ポリマーなどの機械的に可撓性材料、またはガラスなどの剛性材料から形成することができる。可撓性基板の形成に使用することができるポリマーの例には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、および／またはポリウレタンを含む。可撓性基板は、織物ベースの被覆および積層などの連続的な製造プロセスを促進させることができる。しかし、たとえば、参照により本明細書に援用されている、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６５号に開示されているような剛性基板材料を用いることもできる。
【００９４】
基板４３１０の厚さは、所望のように変えることができる。一般的に、基板厚およびその種類は、ＤＳＳＣが製造、配設、および使用の困難性に耐えるのに十分な機械的支持をもたらすように選択される。基板４３１０は、約６ミクロン〜約５０００ミクロン（たとえば、約６ミクロン〜約５０ミクロン、約５０ミクロン〜約５０００ミクロン、約１００ミクロン〜約１０００ミクロン）の厚さを有することができる。
【００９５】
導電性層４３２０が透明な実施形態では、基板４３１０が透明材料で形成される。基板４３１０を、たとえば、シリカ系ガラスなどの透明ガラス、または上記で挙げたポリマーなどのポリマーから形成することができる。このような実施形態では、導電性層４３２０も透明であってもよい。
【００９６】
基板４３７０および導電性層４３６０はそれぞれ、基板４３１０および導電性層４３２０に関して上記で説明したとおりであってもよい。たとえば、基板４３７０を、基板４３１０と同じ材料から形成し、基板４３１０と同じ厚さを有することができる。しかし、いくつかの実施形態では、基板４３７０が１つまたは複数の点で４３１０と異なることが望ましいことがある。たとえば、ＤＳＳＣを異なる応力を加えるプロセスを使用して異なる基板上に製造する場合、基板４３７０が基板４３１０よりいくらか機械的に頑丈であることが望ましい場合がある。したがって、基板４３７０は異なる材料から形成され、または基板４３１０と異なる厚さを有することがある。さらに、使用の際、１つの基板のみが照明源に曝されている実施形態では、基板および／または導電性層の両方が透明である必要はない。したがって、基板および／または対応する導電性層の一方は不透明であってもよ
い。
【００９７】
電荷キャリア層４３４０は、一般的に、接地電位または電流源から光活性層４３５０までの電荷移動を促進させる材料を含む。適切な電荷キャリア材料の一般的な種類には、溶媒系の液体電解質と、多価電解質と、ポリマー電解質と、固体電解質と、ｎ型およびｐ型の運搬物質（たとえば、導電ポリマー）と、ゲル電解質とを含む。ゲル電解質の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１２号に開示されている。電荷キャリア媒質の他の選択も可能である。たとえば、電荷キャリア層は、構造式ＬｉＸを有するリチウム塩を含むことができ、式中、Ｘは、ヨウ化物、臭化物、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸塩、トリフルオロメチルスルフォン酸塩、またはヘキサフルオロリン酸塩である。
【００９８】
電荷キャリア媒質は、一般的に、酸化還元システムを備える。適切な酸化還元システムは、有機および／または無機酸化還元システムを備え得る。これらのシステムの例には、セリウム（ＩＩＩ）サルフェート／セリウム（ＩＶ）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋、およびビオロゲンを含む。さらに、電解質溶液は、構造式ＭｉＸｊを有し、式中、ｉおよびｊは１以上であり、Ｘは陰イオン、Ｍはリチウム、銅、バリウム、亜鉛、ニッケル、ランタニド元素、コバルト、カルシウム、アルミニウム、またはマグネシウムである。適切な陰イオンには、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸塩、トリフルオロメチルスルフォン酸塩、およびヘキサフルオロリン酸塩を含む。
【００９９】
いくつかの実施形態では、電荷キャリア媒質はポリマー電解質を含む。たとえば、このポリマー電解質は、ポリ（ビニルハロゲン化イミダゾリウム）、ならびにヨウ化リチウムおよび／またはポリビニルピリジニウム塩を含むことができる。実施形態では、この電荷キャリア媒質は、ヨウ化リチウム、ヨウ化ピリジニウム、および／または置換ヨウ化イミダゾリウムを含むことができる。
【０１００】
この電荷キャリア媒質は、様々なタイプのポリマー多価電解質を含むことができる。たとえば、適切な多価電解質は、重量が約５％〜約９５％（たとえば、５〜６０％、５〜４０％、または５〜２０％）のポリマー（たとえば、イオン導電ポリマー）、および重量が約５％〜約９５％（たとえば、３５〜９５％、６０〜９５％、または８０〜９５％）の可塑剤と、約０．０５Ｍ〜約１０Ｍ（たとえば、約０．０５〜２Ｍ、０．０５〜１Ｍ、または０．０５〜０．５Ｍ）の、有機または無機ヨウ化物の酸化還元電解質と、約０．０１Ｍ〜約１Ｍ（たとえば、約０．０５〜０．５Ｍ、０．０５〜０．２Ｍ、または０．０５〜０．１Ｍ）のヨウ化物とを含むことができる。このイオン導電ポリマーは、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテル、およびポリフェノールを含むことができる。適切な可塑剤の例には、炭酸エチル、プロピレンカーボネート、炭酸塩の混合物、有機リン酸塩、ブチロラクトン、およびジアルキルフタレートを含む。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、電荷キャリア層４３４０は、１つまたは複数の両性化合物を含むことができる。１つまたは複数の両性化合物を含む電荷キャリア層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１１／０００，２７６号に開示されている。
【０１０２】
図２０は、基板５１００をローラ５１５０間に進めることによってＤＳＳＣを製造するためのプロセス（ロール・ツー・ロール法）５０００を示す。基板５１００は、製造稼働中、連続的、周期的、または不規則にローラ５１５０間に進めることができる。
【０１０３】
導電性層５２００（たとえば、チタン箔）を、基板５１００に隣接する位置５１２０に取り付ける。
次いで、相互接続ナノ粒子材料を導電性層に隣接する位置５１３０上に形成する。この相互接続ナノ粒子材料は、架橋剤（たとえば、ポリ（ｎ−ブチルチタネート）などのポリマー架橋剤）と、金属酸化物ナノ粒子（たとえば、チタニア）とを含有する溶液を塗布することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、これらのポリマー架橋剤および金属酸化物ナノ粒子を別個に塗布して相互接続ナノ粒子材料を形成する。これらのポリマー架橋剤および金属酸化物ナノ粒子を（たとえば、ロール・ツー・ロール法に使用される装置に存在するオーブン中で）加熱して、相互接続ナノ粒子材料を形成することができる。
【０１０４】
次いで、１つまたは複数の色素を相互接続ナノ粒子材料に隣接する位置５３５０に（たとえば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、またはグラビア印刷を用いて）塗布して光活性層を形成する。
【０１０５】
電荷キャリア層をパターン付光活性層に隣接する位置５１６０に堆積させる。この電荷キャリア層を上記で挙げたもののような既知の技法を用いて堆積させることができる。
導電性層５６００（たとえば、ＩＴＯ）を基板５７００に隣接する位置５１９０に取り付ける。
【０１０６】
触媒層前駆体を導電性層５６００に隣接する位置５１８０に堆積させる。この触媒層前駆体は、たとえば、電気化学セル中のヘキサクロロ白金酸を用いる電気化学析出、または白金化合物（たとえば、ヘキサクロロ白金酸）を含有する被覆の熱分解を用いて、導電性層５６００上に堆積させることができる。一般的に、触媒層前駆体を、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹き付けコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、スクリーンコーティング、および／またはインクジェット印刷などの既知のコーティング技法を用いて堆積させることができる。次いで、この触媒層前駆体を（たとえば、ロール・ツー・ロール法に使用される装置に存在するオーブン中で）加熱して触媒層を形成する。いくつかの実施形態では、導電性材料５６００を、先に進む基板５７００に取り付ける前に少なくとも部分的にこの触媒層で被覆することができる。或る実施形態では、触媒層を、導電性層５６００に（たとえば、前駆体の存在無しで）直接塗布する。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、この方法は、被覆を切断し第１被覆基材の少なくとも一部分を溶かすのに十分な高温で第１被覆基材の被覆に引っかき傷をつけ、かつ／または被覆を切断し第２被覆基材の少なくとも一部分を溶かすのに十分な高温で第２被覆基材の被覆に引っかき傷をつけること、および随意にこれらの第１および第２の基材を接合して太陽電池モジュールを形成することを含むことができる。金属箔付のＤＳＳＣおよびその製造方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６４号に開示されている。
【０１０８】
或る実施形態では、この方法は、光起電力セルおよび／またはモジュールの端部を切り取りかつ／またはシールする（たとえば、光活性部品を実質的に鈍感な環境で雰囲気に封止する）ために切断（たとえば、超音波切断）することを含むことができる。このような方法の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２５０号に開示されている。
ポリマー光起電力セル
或る実施形態では、光起電力セルはポリマー光起電力セルである。図２１は、基板６６１０および６６７０と、導電性層６６２０および６６６０と、正孔遮断層６６３０と、光活性層６６４０と、正孔キャリア層６６５０とを備えるポリマー光起電力セル６６００を
示す。
【０１０９】
一般的に、基板６６１０および／または基板６６７０は、ＤＳＳＣ中の基板に関して上記に記載したとおりであってもよい。例示的な材料には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、またはポリイミドを含む。ポリイミドの例は、カプトン（KAPTON）（登録商標）ポリイミド被膜（Ｅ．Ｉ．デュポン・ ド・ ヌムール社から入手可能）である。
【０１１０】
一般的に、導電性層６６２０および／または導電性層６６６０は、ＤＳＳＣ中の導電性層に関して上記に記載したとおりであってもよい。
一般的に、正孔遮断層６６３０は、光起電力セル６６００中で使用される厚さで、電子を導電性層６６２０へ輸送し正孔の導電性層６６２０への輸送をほぼ遮断する材料で形成される。層６６３０を形成することができる材料の例には、ＬｉＦ金属酸化物（たとえば、酸化亜鉛、酸化チタン）およびそれらの組み合わせを含む。層６６３０の厚さは、一般的に、所望のように変えることができるが、この厚さは一般的に最小で０．０２ミクロン（たとえば、最小で約０．０３ミクロン、最小で約０．０４ミクロン、最小で約０．０５ミクロン）の厚さ、および／または最大で約０．５ミクロン（たとえば、最大で約０．４ミクロン、最大で約０．３ミクロン、最大で約０．２ミクロン、最大で約０．１ミクロン）の厚さである。いくつかの実施形態では、この間隔は０．０１ミクロン〜約０．５ミクロンである。いくつかの実施形態では、層６６３０は薄いＬｉＦ層である。このような層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７０８号に開示されている。
【０１１１】
一般的に、正孔キャリア層６６５０は、光起電力セル６６００中で使用される厚さで、正孔を導電性層６６６０へ輸送し電子の導電性層６６６０への輸送をほぼ遮断する材料で形成される。層６６５０を形成することができる材料の例には、ポリチオフェン（たとえば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニレン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせを含む。層６６５０の厚さは、一般的に、所望のように変えることができるが、この厚さは一般的に最小で０．０１ミクロン（たとえば、最小で約０．０５ミクロン、最小で約０．１ミクロン、最小で約０．２ミクロン、最小で約０．３ミクロン、最小で約０．５ミクロン）、および／または最大で約５ミクロン（たとえば、最大で約３ミクロン、最大で約２ミクロン、最大で約１ミクロン）である。いくつかの実施形態では、この間隔は０．０１ミクロン〜約０．５ミクロンである。
【０１１２】
光活性層６６４０は、一般的に、電子受容体材料と電子供与体材料を含む。
電子受容体材料の例には、フラーレン、オキサジアゾール、カーボンナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（たとえば、酸化亜鉛、酸化タングステン、リン化インジウム、セレン化カドミウム、および／または硫化鉛で形成された無機ナノ粒子）、無機ナノロッド（たとえば、酸化亜鉛、酸化タングステン、リン化インジウム、セレン化カドミウム、および／または硫化鉛で形成された無機ナノロッド）、あるいは電子の受容または安定した陰イオンの形成が可能な残基を含むポリマー（たとえば、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ３基を含むポリマー）を含む。いくつかの実施形態では、電子受容体材料は置換フラーレン（たとえば、ＰＣＢＭ）である。いくつかの実施形態では、フラーレンを誘導体化できる。たとえば、フラーレン誘導体は、フラーレン（たとえば、ＰＣＢＧ）と、ペンダント基（たとえば、エポキシ、オキセタン、またはフランなどの環状エーテル）と、ペンダント基をフラーレンから離して配置する架橋基とを含むことができる。ペンダント基は、一般的に、充分に反応性が高いので、フラーレン誘導体が別の化合物（たとえば、別のフラーレン誘導体）と反応して反応生成物を調製することができる。誘導体化フラーレンを含む光活性層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有
する同時係属中の米国特許出願第６０／５７６，０３３号に開示されている。電子受容体材料の組合せを用いることもできる。
【０１１３】
電子供与体材料の例には、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、およびポリイソチアナフタレンを含む。いくつかの実施形態では、この電子供与体材料は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）である。或る実施形態では、光活性層６６４０は電子供与体材料の組合せを含むことができる。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、光活性層６６４０は、配向した電子供与体材料（たとえば、液晶（ＬＣ）材料）と、電子活性ポリマーバインダキャリア（たとえば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）材料）と、複数のナノ結晶体（たとえば、ＺｎＯ、ＷＯ３、またはＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む配向したナノロッド）とを含む。液晶（ＬＣ）材料は、たとえば、複数のディスコティックメソゲンユニットを含むディスコティックネマチックＬＣ材料であってもよい。各ユニットは、中心基と複数の電気活性なアームを備えることができる。この中心基は、少なくとも１つの芳香環（たとえば、アントラセン基）を含むことができる。電気活性な各アームは、複数のチオフェン残基と複数のアルキル残基を含むことができる。光活性層内部で、これらのユニットは層をなし列をなして整列することができる。隣接する列のユニットの電気活性アームは互いにかみ合ってユニット間の電子移動を促進させることができる。また、この電気活性なポリマーキャリアをＬＣ材料間に分配して、電子移動をさらに促進させることもできる。ナノ結晶体のそれぞれの表面は、複数の電気活性な界面活性剤基を含んで、ＬＣ材料およびポリマーキャリアからナノ結晶体までの電子移動を促進させることができる。各界面活性剤基は複数のチオフェン基を含むことができる。各界面活性剤を、たとえば、ホスホン端末基によってナノ結晶体に結合することができる。また、各界面活性剤基は複数のアルキル残基を含んで、ナノ結晶体の光活性層中への溶解度を高めることができる。光起電力セルの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第６０／６６４，３３６号に開示されている。
【０１１５】
或る実施形態では、層６６４０中のこれらの電子供与体材料および電子受容体材料を、電子供与体材料、電子受容体材料およびそれらの混合相が層６６４０中の少なくともいくつかの部分で５００ｎｍ未満の平均最大粒径を有するように選択することができる。このような実施形態では、層６６４０の調製は、分散剤（たとえば、クロロベンゼン）を電子供与体および電子受容体の両方にとっての溶媒として用いることを含むことができる。このような光活性層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７１３号に開示されている。
【０１１６】
一般的に、光活性層６６４０は、その上に衝突する光子を対応する電子および正孔を形成するように吸収することが比較的効率的なように十分厚く、かつ、これらの正孔および電子をデバイスの導電性層に移動させることが比較的効率的なように充分薄い。或る実施形態では、層６６４０の厚さは、最小で０．０５ミクロン（たとえば、最小で約０．１ミクロン、最小で約０．２ミクロン、最小で約０．３ミクロン）、および／または最大で約１ミクロン（たとえば、最大で約０．５ミクロン、最大で約０．４ミクロン）である。いくつかの実施形態では、層６６４０の厚さは、０．１ミクロン〜約０．２ミクロンである。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、光活性層６６４０の透過率は、層６６４０が曝される電場が変化するにつれて変化することができる。このような光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／４８６，１１６号に開示されている。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、セル６６００は、光活性層６６４０と導電性層６６２０の間の（たとえば、ドープポリ（３−アルキルチオフェン）などの共役ポリマーで形成された）さらなる層、および／または光活性層６６４０と導電性層６６６０の間の（たとえば、共役ポリマーで形成された）さらなる層をさらに含むことができる。これらのさらなる層（複数可）は、（たとえば、適切なドーピングによって実現される）１．８ｅＶのバンドギャップを有することができる。このような光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許第６，８１２，３９９号に開示されている。
【０１１９】
セル６６００は、随意に、光活性層６６４０と導電性層６６６０の間に薄いＬｉＦ層をさらに含むことができる。このような層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７０８号に開示されている。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、セル６６００を以下のように調製することができる。導電性層６６２０を、従来の技法を用いて基板６６１０上に形成することができる。導電性層６６２０を、外部負荷と電気接続可能になるように構成する。層６６３０を、たとえば、スロットコーティング、スピンコーティング、またはグラビアコーティングなどの溶液コーティング法を用いて、導電性層６６２０上に形成する。光活性層６６４０を、たとえば、溶液コーティング法を用いて層６６３０上に形成する。層６６５０を、たとえば、スロットコーティング、スピンコーティング、またはグラビアコーティングなどの溶液コーティング法を用いて光活性層６６４０上に形成する。導電性層６６２０を、たとえば、蒸着やスパッタリングなどの真空コーティング法を用いて層６６５０上に形成する。
【０１２１】
或る実施形態では、セル６６００の調製には、電子供与体材料の、所定の処理時間の間のガラス転移温度以上での熱処理を含むことができる。変換効率を向上させるために、処理時間の少なくとも一部分で、光起電力セルの導電性層に印加されその無負荷電圧より大きい界磁誘起電圧（field voltage ）によって誘導される電場の影響下で、光起電力セルの熱処理を実施することができる。このような方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／５０９，９３５号に開示されている。
【０１２２】
他の実施形態
或る実施形態を開示してきたが、他の実施形態も可能である。
例として、導電性相互接続がステッチである実施形態を説明してきたが、或る実施形態では、導電性相互接続はステープルまたはグロメットの形態であってもよい。ステープルおよび／またはグロメットを形成するために使用される適切な材料の例には、導電性ステッチ相互接続に関して上記で述べたものを含む。
【０１２３】
別の例として、隣接する光起電力セル間の重なり領域が１つの導電性相互接続で固定された実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、１を超える（たとえば、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上の）導電性相互接続を用いて重なり領域を固定することができる。
【０１２４】
他の例として、カソードがアノードとの電気接続を形成する成形部または湾曲部を有する実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、アノードがカソードとの電気接続を形成する湾曲部または成形部を有する。或る実施形態では、カソードとアノードが共にこのような湾曲部または成形部を有する。
【０１２５】
さらなる例として、いくつかの実施形態では、カソードの成形部または湾曲部とアノードの成形部または湾曲部との間に、電気伝導性接着剤などの導電性材料を配設することができる。
【０１２６】
他の例として、太陽電池モジュールは３つの光起電力セルを備えるとして説明してきたが、太陽電池モジュールは３を超える（たとえば、４、５、６，７）光起電力セルを含むことができる。
【０１２７】
別の例として、接着剤を、一般的に、任意の電気絶縁性接着剤で形成することができる。このような接着剤の例には、オレフィン、アクリレート、およびウレタンのコポリマー、ならびに他のホットメルト接着剤を含む。市販された接着剤の例には、バイネル（登録商標）接着剤（デュポンから入手可）、熱ボンド接着剤８４５（３Ｍから入手可）、およびダイニオン（商標）ＴＨＶ２２０フッ素ポリマー接着剤（３Ｍから入手可）を含む。
【０１２８】
さらなる例として、電荷キャリア層中の材料は光活性層を形成する材料とは異なるとして上記で説明してきたが、いくつかの実施形態では、電荷キャリア層内の１つまたは複数の材料を光活性層内に少なくとも部分的に配設する（たとえば、混ぜる）ことができる。或る実施形態では、電荷キャリア層内の材料および光活性層内の材料を結合して、複合層を形成することができる。
【０１２９】
他の例として、保護層を上部基板および／または下部基板に塗布することができる。保護層を、たとえば、汚染物質（たとえば、ごみ、水分、酸素、化学物質）を光起電力セルから締め出し、かつ／またはセルを機械的に強化するために使用することができる。保護層をポリマー（たとえば、フッ素化ポリマー）で形成することができる。
【０１３０】
さらなる例として、電荷キャリア層中の材料は光活性層を形成する材料とは異なるとして上記で説明してきたが、いくつかの実施形態では、電荷キャリア層内の１つまたは複数の材料を少なくとも部分的に光活性層内に配設する（たとえば、混ぜる）ことができる。或る実施形態では、電荷キャリア層内の材料および光活性層内の材料を結合して、複合層を形成することができる。
【０１３１】
他の例として、保護層を上部基板および／または下部基板に塗布することができる。保護層を、たとえば、汚染物質（たとえば、ごみ、水分、酸素、化学物質）を光起電力セルから締め出し、かつ／またはセルを機械的に強化するために使用することができる。保護層をポリマー（たとえば、フッ素化ポリマー）で形成することができる。
【０１３２】
別の例では、１つまたは複数の導電性相互接続が使用される実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、導電性ではない１つまたは複数の相互接続を使用することができる。或る実施形態では、導電性ではない相互接続（たとえば、１つ以上の相互接続、２つ以上の相互接続、３つ以上の相互接続、４つ以上の相互接続、５つ以上の相互接続、６つ以上の相互接続）のみが使用される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の導電性相互接続および１つまたは複数の導電性ではない相互接続を使用する。
【０１３３】
さらに、あるタイプの、相互接続を有する太陽電池モジュールを説明してきたが、相互接続を他のタイプのモジュールに用いることもできる。例には、アモルファスシリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化銅インジウム、および／またはヒ化銅インジウムガリウムで形成された活性材料を有する光起電力セルを備える太陽電池モジュールを含む。
【０１３４】
太陽電池モジュールは、一般的に、あらゆる所望の用途の構成部品として使用すること
ができる。図２２は、外壁パネルまたは波型構造に適合した外装内に援用された太陽電池モジュールを示す。図２３は、天幕内に援用された太陽電池モジュールを示す。図２４は、携帯型電子デバイスの充電器に援用された太陽電池モジュールを示す。他の用途には、たとえば、パッケージ標識、センサ、窓の日よけ、窓のブラインド、および／または窓（たとえば、不透明な窓、半透明な窓）を含む。
【０１３５】
以下の例は例示的なものであり、限定する意図はない。
実施例１
光起電力セルを以下のように調製した。
【０１３６】
厚５０ミクロンのチタン箔を切断して、光起電力セルのカソードを形成するために０．７ｃｍ×７ｃｍの大きさを有するようにした。光活性層の一部分を形成するためにスロットコーティングを用いて、厚１５ミクロンのＴｉＯ２の多孔質層をカソードの表面の１つに堆積させた。このＴｉＯ２層を３０〜５０ｍｇ／ｍ２の光増感剤で被覆して光活性層を完成させた。
【０１３７】
次いで、この光活性層に、酸化還元対Ｉ−／Ｉ３−を含む０．３〜１．０ｇ／ｍ２の電解質を吸収させて、光起電力セル層内に電荷キャリア層を形成した。
光起電力セルのアノードは、厚３００ｎｍのＩＴＯ層を長さ８ｃｍ、幅２ｃｍ、厚さ２００ミクロンのＰＥＮ基板の表面にスパッタリングすることによって調製した。次いで、厚１ｎｍ未満の白金層をＩＴＯ層の上面にスパッタリングして触媒層を形成した。ＴＨＶ接着剤（ダイニオンから入手可）を用いて、電解質を吸収した光活性層にこの触媒層を接合することによって光起電力セルを完成させた。
【０１３８】
同じプロセスを用いて別の光起電力セルを調製した。
２つの光起電力セルのそれぞれをＡ．Ｍ．１．５（単位平方センチメートル当たり１００ｍＷ）光源（Oriel Solar Simulator ）で３０秒間露光した。２つの光起電力セルそれぞれの内部に発生した電流を測定し、電圧に対してプロットした。得られた結果を図２５に示す。第１セルの変換効率は４．５７％であり、第２セルの変換効率は４．６２％であった。 第１セルの曲線因子は６０．４％であり、第２セルの曲線因子は５８．９％であった。
【０１３９】
次いで、これら２つの光起電力セルを結合して図５に示す設計（２ｍｍ幅の重なり領域）の太陽電池モジュールを作製した。スチールステープル（互いから約５ｍｍ離れた）をこの重なり領域を貫通して打ち込んで２つの光起電力セルを一緒に電気的に接続し、固定してモジュールを形成した。 このモジュールを上記で述べたのと同じ光源に同じ条件で３０秒間露光させた。モジュール内に発生した電流を測定し、電圧に対してプロットした。得られた電流と電圧の関係を図２５に示す。 モジュールの変換効率４．６７％は、上記で述べたようにして決定した。モジュール曲線因子は５８．７％であった。
【０１４０】
すなわち、モジュールの曲線因子は、それぞれのセルの曲線因子よりほんの少しだけ高く、モジュールの変換効率は、それぞれのセルの個々の変換効率よりほんの少しだけ低かった。
【０１４１】
他の実施形態は特許請求の範囲に記載される。
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、太陽電池モジュール、ならびに関連する装置、方法、および部品に関する。
［関連出願の相互参照］
本件出願は、２００４年６月１日に出願された「導電性相互接続を有する光起電力セル（Photovoltaic Cells with Conductive Interconnects）」という名称の米国特許仮出願第６０／５７５，９７１号、２００４年７月２２日に出願された「太陽電池モジュール（Photovoltaic Modules）」という名称の米国特許仮出願第６０／５９０，３１２号、２００４年７月２２日に出願された「導電性メッシュ相互接続を有する光起電力セル（Photovoltaic Cells with Conductive Mesh Interconnects ）」という名称の米国特許仮出願第６０／５９０，３１３号、および２００５年３月２１日に出願された「太陽電池モジュール構成（Photovoltaic Module Architecture）」という名称の米国特許仮出願第６０／６６４，１１５号に対して米国特許法１１９条（ｅ）項の（１）の優先権を主張するが、これらの全ては参照により本明細書に援用されている。
【背景技術】
【０００２】
光起電力セルは、しばしば太陽電池と呼ばれ、太陽光などの光を電気エネルギーに変換することができる。典型的な光起電力セルは、光活性材料の層とカソード−アノード間に配設された電荷キャリア材料の層とを備える。入射光が光活性材料を励起すると、電子が解放される。これらの解放された電子は、電気エネルギーの形でカソード−アノード間に作られた電子回路内に捕捉される。
【０００３】
一般的に色素増感型太陽電池（ＤＳＳＣ）と呼ばれる、一タイプの光起電力セルにおいては、光活性材料は、一般的に、チタニアなどの半導体材料と、たとえば、色素などの光増感剤とを含む。一般的に、色素は動作波長帯域内（たとえば、太陽スペクトルの帯域内）の光子を吸収することができる。
【０００４】
ポリマー薄膜セルと一般に呼ばれる別のタイプの光起電力セルにおいては、使用される光活性材料は、一般的に、２つの構成要素、すなわち電子受容体と電子供与体を有する。電子受容体は、たとえば、ポリ（フェニレンビニレン）やポリ（３−ヘキシルチオフェン）などのｐ型ポリマー導体材料でよい。電子供与体は、たとえば、フレレンの誘導体（たとえば、ＰＣＢＭとして知られる１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−１−フェニル（６，６）Ｃ６１）などのナノ粒子材料でよい。
【０００５】
光起電力セルを電気的に直列および／または並列に接続して太陽電池モジュールを作製することができる。２つの光起電力セルは、一般的に、一方のセルのカソードと他方のセルのカソードとを電気的に接続し、一方のセルのアノードと他方のセルのアノードとを電気的に接続することによって並列に接続することができる。２つの光起電力セルは、一般的に、一方のセルのアノードと他方のセルのカソードとを電気的に接続することによって直列に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４２１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書は、一般的に、１つまたは複数の相互接続を用いて１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つ又は複数の隣接する光起電力セル）を電気的に接続および／または機械的に接続することによって形成される太陽電池モジュールに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、モジュールは、電極を有する第１光起電力セルと電極を有する第２光起電力セルとを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルの電極および第２光起電力セルの電極中に配設された相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【０００９】
別の態様では、モジュールは、電極を有する第１光起電力セルと電極を有する第２光起電力セルを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。この光起電力セルは、第１光起電力セルの電極の一部分と第２光起電力セルの電極の一部分が重なるように構成される。
【００１０】
さらに別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのカソードおよび第２光起電力セルのアノード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１１】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのカソードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのカソードおよび第２光起電力セルのカソード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１２】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、さらに、第１光起電力セルのアノードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルのアノードおよび第２光起電力セルのアノード中に配設される相互接続（たとえば、導電性相互接続）を備える。
【００１３】
他の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１４】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電
力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのカソードと第２光起電力セルのカソードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１５】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含む。第１光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。第２光起電力セルのアノードの一部分は、第１光起電力セルのカソードの一部分と重なる。このモジュールは、第１光起電力セルのアノードと第２光起電力セルのアノードとを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。
【００１６】
他の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを含み、第１および第２の光起電力セルが階段状構成に構成される。
さらなる態様では、光起電力セルを電気的に接続する方法は、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）するように第１光起電力セルの電極中および第２光起電力セルの電極中に相互接続（たとえば、導電性相互接続）を配設することを含む。
【００１７】
一態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。このモジュールは、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。この相互接続は、接着材料とこの接着材料中に部分的に配設されたメッシュとを備える。
【００１８】
別の態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。第１および第２の光起電力セルのそれぞれは、カソードと、アノードと、カソード−アノード間の光活性材料とを備える。このモジュールは、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）も備える。これらの電気的に接続される電極は、カソード／アノード、カソード／カソード、またはアノード／アノードとすることができる。この相互接続は、接着材料とこの接着材料中に部分的に配設されたメッシュとを備える。
【００１９】
一態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、第１光起電力セルの電極に接続（たとえば、電気的に接続）する湾曲端部を有する電極を備える第２光起電力セルとを備える。
【００２０】
別の態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備える第２光起電力セルとを備える。第２光起電力セルの電極は、第１光起電力セルの電極に接続（たとえば、電気的に接続）する成形（たとえば、ディンプル加工）または湾曲部分を有する。
【００２１】
一態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備える第２光起電力セルと、導電性相互接続とを備える。第１光起電力セルの電極は第２光起電力セルの電極と重なる。この相互接続は、第１光起電力セルの電極と第２光起電力セルの電極とを電気的に接続する。この相互接続は、第１および第２の光起電力セルを機械的に結合する。
【００２２】
別の態様では、モジュールは、電極を備える第１光起電力セルと、電極を備え、第１光起電力セルに重なって重なり領域を画定する第２光起電力セルと、第１および第２の光起電力セルを電気的かつ機械的に接続するための、重なり領域に隣接する相互接続とを備える。
【００２３】
他の態様では、太陽電池モジュールは、第１表面を有する電極を備える第１光起電力セルと、第２表面を有する電極を備える第２光起電力セルと、第１および第２の光起電力セルを接続（たとえば、電気的に接続および／または機械的に接続）する相互接続（たとえば、導電性相互接続）とを備える。この相互接続は第１および第２の表面によって支えられる。
【００２４】
さらなる態様では、モジュールは、第１および第２の光起電力セルを備える。このモジュールの変換効率（efficiency）は、これらの光起電力セルの１つの変換効率の少なくとも約８０％である。
【００２５】
さらなる態様では、方法は、１つまたは複数の先のモジュールを連続的なプロセスによって作製することを含む。
別の態様では、方法は、１つまたは複数の先のモジュールをロール・ツー・ロール法によって作製することを含む。
【００２６】
諸実施形態は以下の利点のうちの１つまたは複数を提供することができる。
いくつかの実施形態では、相互接続は、２つ以上の光起電力セルをオーム損をほとんど伴わずに接続（たとえば、直列に接続）することができる。これは、光起電力セルおよびモジュールからの電圧、アンペア数、および／またはパワー出力を最大にしようとするときに特に望ましくなり得る。
【００２７】
或る実施形態では、相互接続は、単一の光起電力セルに比べて曲線因子の増加をほとんど伴わず、または全く伴わずに、かつ、変換効率の低下をほとんど伴わず、または全く伴わずに、２つ以上の光起電力セルを一緒に接続（たとえば、直列に接続）することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、相互接続は、隣接する光起電力セルを機械的に一緒に接続し、それによって、太陽電池モジュール内のシール（たとえば、接着剤を含むシール）の使用を低減（たとえば、省略）することができる。このため、たとえば、光起電力セル内に含まれる１つまたは複数の成分と反応する恐れがある１つまたは複数の材料の量および／または存在を減少させること、かつ／あるいは、たとえば、モジュール中に存在するリーク経路を減少（たとえば、省略）させることによってモジュールの実用寿命を延ばすことができる。
【００２９】
或る実施形態では、相互接続は、第１光起電力セルの電力セルのカソードと第２光起電力セルのアノードとの間に頑丈な機械的接続および／または導電性の高い接続をもたらすことができる。
【００３０】
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、この相互接続中のメッシュは各電極と複数の電気接点を形成することができる。電極間に複数の接点を有すると、相互接続によって電流が電極間を通過するためのより広い面積および体積がもたらされることによって電極間の電気伝導率を増大させることができる。代わりに、または追加的に、電極間に複数の接点を有すると、相互接続によって電極間の電子の流れの安定性を向上させることができる。たとえば、或る環境下では、モジュールが撓みまたは湾曲することがあるが、これは、一時的または永久に相互接続と電極の１つとの間の接点を破壊する恐れがある。この
結果生じる電極間の電気伝導率の低下は、複数の電気接点が存在すると軽減される。
【００３１】
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、このメッシュは大きな困難を伴わずに比較的微細な繊維で形成することができる。
メッシュ形状の相互接続を含む実施形態では、金属メッシュの絶対高さを電極間の間隔／空間に設定することができ、この間隔／空間を比較的小さくすることが可能である。
【００３２】
接着剤を含む相互接続を含む実施形態では、この接着剤は、たとえば、モジュールの隣接する光起電力セル中の電極間に複数の接着剤ボンディング点をもたらすことによって、相互接続の機械的な一体性を高めることができる。代わりに、または追加的に、この接着剤は、電気接触することが望ましくない、モジュールの或る構成部品間に電気絶縁をもたらすこともできる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、モジュールは、電気的な連絡をもたらすための別個の相互接続無しで、隣接する光起電力セル中の電極間に良好な電気接点をもたらすことができる。このため、モジュールの製造に付随するコストおよび／または煩雑さを低減させることができる。たとえば、モジュールの製造プロセス中、カソード（および／またはアノード）の成形された（たとえば、ディンプル加工された）部分を形成することによって、モジュールの様々な部分を整列させる煩雑さを低下させることができる。
【００３４】
或る実施形態では、処理（たとえば、チタニアの焼結）中に、カソードの表面上に酸化膜を形成することができる。このような実施形態では、カソードの一部分を成形するプロセスは、この酸化膜を破ることができ、このため、カソード−アノード間の電気伝導率を高めることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、接着剤／基板ボンドの潜在的に可能な表面積は比較的高くなることができ、このため、光起電力セルのボンド強度および信頼性を高めることができる。
【００３６】
或る実施形態では、モジュールはより少ない構成部品を備えることができ、このため、信頼性を高め、かつ／またはコストを低下させることができる。
いくつかの実施形態では、相互接続を形成する１つまたは複数の材料は、モジュールの他の成分（たとえば、電解質）と実質的に化学作用を起こさない組成で市販されている。
【００３７】
或る実施形態では、モジュールは、電気的および機械的に結合して幅広い範囲での実施によく適した可撓性モジュールを形成する光起電力セルの可撓性基板を備えることができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、相互接続は、１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つまたは複数の隣接した光起電力セル）を電気的に相互接続および／または機械的に相互接続して、高安定性、高信頼性、光起電力セル（たとえば、隣接した光起電力セル）間の減少した不活性区域、および／または、光起電力セル（たとえば、隣接した光起電力セル）間の減少した不活性部体積を有する太陽電池モジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】２つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図２】太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図３】図２の太陽電池モジュールの底面図。
【図４】３つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図５】３つの光起電力セルを備える太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図６】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図７】図６の太陽電池モジュールの一部分の断面図。
【図８】太陽電池モジュール中の相互接続の一部分の、図６および図７に示した断面に垂直な方向における断面図。
【図９】直列構成の３つのセルを備える太陽電池モジュールの側面図。
【図１０】図９の隣接するセル間の相互接続の詳細図。
【図１１】１つのセルのアノードと隣接するセルのカソードとの間に位置する相互接続ペーストを含む直列構成の７つのセルを備える太陽電池モジュールの側面図。
【図１２】ペーストが適所に押し込まれた図１１の側面図。
【図１３】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図１４】太陽電池モジュール中のカソードの、図１３の断面に垂直な方向における斜視図。
【図１５】太陽電池モジュールの一実施形態の断面図。
【図１６】図１５に示した光起電力セルの一部分の断面図。
【図１７】太陽電池モジュールの別の実施形態の断面図。
【図１８】太陽電池モジュール中のカソードの、図１７の断面に垂直な方向における斜視図。
【図１９】ＤＳＳＣの一実施形態の断面図。
【図２０】ＤＳＳＣの製造方法の一実施形態の概略図。
【図２１】ポリマー光起電力セルの断面図。
【図２２】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２３】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２４】太陽電池モジュールを備える構造を示す図。
【図２５】２つの個々のセル、およびこれら２つのセルの合成物によって形成されたモジュールの変換効率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
特徴および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲に記載する。
様々な図面中同様の参照記号は同様の要素を示す。
本明細書は、一般的に、１つまたは複数の相互接続を用いて１つまたは複数の光起電力セル（たとえば、１つ又は複数の隣接する光起電力セル）を電気的に接続および／または機械的に接続することによって形成される太陽電池モジュールに関する。このようなモジュールの諸実施形態を以下に説明する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、太陽電池モジュールの変換効率は、太陽電池モジュールに含まれる１つまたは複数の光起電力セルの変換効率の少なくとも約８０％（たとえば、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、および少なくとも約９８％）である。
【００４２】
本明細書では、光起電力セルの変換効率を以下のように測定する。光起電力セルをＡ．Ｍ．１．５（単位平方センチメートル当たり１００ｍＷ）光源（Oriel Solar Simulator ）で３０秒間露光する。光起電力セル内で発生した電流を測定し、電圧に対してプロットして光起電力セルの変換効率を決定する。
【００４３】
図１は、第１光起電力セル１１０を第２光起電力セル１１５に接続する導電性相互接続１０５を備える太陽電池モジュール１００の断面図を示す。この導電性相互接続１０５は、一例としてステッチ（st itch）を含むことができる。光起電力セル１１０は、カソー
ド１２０と、光活性層１２２と、電荷キャリア層１２４と、アノード１２６と、基板１２８とを備える。同様に光起電力セル１１５は、カソード１４０と、光活性層１４２と、電荷キャリア層１４４と、アノード１４６と、基板１４８とを備える。光起電力セル１１０
および１１５は、互いに対して階段状構成に位置して、光起電力セル１１０の一部分１５５が光起電力セル１１５の一部分１６０に重なり、それによって重なり領域１６５が形成されるようにする。導電性相互接続１０５は重なり領域１６５内に配設されて、カソード１２０からアノード１４６までの導電性経路をもたらす。
【００４４】
導電性相互接続１０５は、一般的に、カソード１２０からアノード１４６までの導電性のかつ連続的な経路を形成するような大きさにする。たとえば、いくつかの実施形態では、導電性相互接続１０５を、重なり領域１６５内でカソード１２０、基板１４８、およびアノード１４６を貫通して延びるような大きさにする。或る実施形態では、導電性相互接続１０５の長さは、少なくとも約３０ミクロンおよび／または最大で約５００ミクロン（たとえば、約１００ミクロン〜約２００ミクロン）である。
【００４５】
導電性相互接続１０５の幅は、一般的に、所望のように選択することができる。或る実施形態では、導電性相互接続１０５の幅を、重なり領域１６５の幅が相対的に小さくなるように選択する。たとえば、或る実施形態では、導電性相互接続１０５の幅は、約１５００ミクロン未満（たとえば、約１０００ミクロン未満、約５００ミクロン未満）である。一般的には、導電性相互接続１０５の幅は、少なくとも約１００ミクロンである。重なり領域１６５の幅の低減は、光起電力セル１１０および１１５内の利用可能な光活性区域の増加を図るとき特に望ましい。たとえば、重なり領域１６５の幅が減少するにつれて、モジュール１００の活性領域の面積が増大する。
【００４６】
導電性相互接続１０５は、一般的に、任意の導電性材料で作ることができる。本明細書では、導電性材料は、少なくとも２５℃で約１０（Ω−ｃｍ）−１の伝導率を有する。一般的に、導電性相互接続１０５を形成するために使用する材料（複数可）は、光起電力セル１１０を光起電力セル１１５に固定するように比較的強い。導電性相互接続１０５を形成するための例示的な材料は、たとえば、銅やチタンなどの金属、およびスチール、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス合金、鉛−ビスマス合金、スズ−ビスマス−鉛合金などの合金を含む。或る実施形態では、導電性相互接続１０５を、金属または合金で被覆された材料（たとえば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ケブラー繊維、オルロン（Orlon ）繊維などのポリマー繊維）で形成することができる。いくつかの実施形態では、導電性相互接続１０５を、たとえば、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス合金、鉛―ビスマス合金、またはスズ−ビスマス−鉛合金などの低温はんだで被覆された金属または合金で形成する。或る実施形態では、導電性相互接続を、たとえば、銀系エポキシなどのエポキシで被覆された金属または合金で形成する。
【００４７】
図２および図３を参照すると、導電性または電気絶縁性であり得る相互接続２００（たとえば、導電性および／または電気絶縁性のステッチ）を用いて、端子接点２０５（たとえば、金属テープ、金属箔、および金属ブレード）を太陽電池モジュール１００の端部（たとえば、アノード１２６およびカソード１４０）で電極に固定することができる。一般的に、端子接点２０５を太陽電池モジュールと電気デバイスの間の接続サイトとして用い、太陽電池モジュール内で発生した電気を用いて、接続された電気デバイスを駆動させることができるようにする。
【００４８】
一般的に、相互接続２００は、あらゆる所望の材料から作ることができる。一般的に、相互接続２００を、端子接点を所望の電極に固定するのに十分強固の材料で作る。相互接続２００を形成するために使用される例示的な材料は、導電性相互接続１０５に関して上記で述べたものおよびポリマーを含む。
【００４９】
太陽電池モジュール１００を２つの光起電力セルを備えるものとして説明してきたが、太陽電池モジュールは、２つ以上（たとえば、３、４、５、６、７）の光起電力セルを備
えることができる。たとえば、図４で示すように、太陽電池モジュール２００は、第１光起電力セル１８０と、第２光起電力セル１８５と、第３光起電力セル１９０とを備える。導電性相互接続１９２を用いて、光起電力セル１８０のカソードを光起電力セル１８５のアノードと接合し、第２導電性相互接続１９４を用いて、光起電力セル１８５のカソードを光起電力セル１９０のアノードと接合する。
【００５０】
光起電力セルを、階段状様式で互いに対して位置させて隣接するセルと重なり領域を形成してきたが、いくつかの実施形態では、太陽電池モジュール中の光起電力セルが異なる構成を有する。図５は、共通の基板２９０を共有する光起電力セル２１０、２１２、および２１４を備える太陽電池モジュール２２０を示す。光起電力セル２１０、２１２、および２１４は、それぞれカソード２７０とアノード２７５の間に配設される光活性層２８０と電荷キャリア層２８５を備える。（たとえば、接着剤で形成された）電気絶縁材料の領域２９５は、セル２１０と２１２の間、およびセル２１２と２１４の間に位置する。セル２１０のカソード２７０の一部分は、セル２１２のアノード２７５の一部分と重なって、導電性相互接続１０５が内部（基板２９０中、セル２１２のアノード２７５中、セル２１０と２１２の間の領域２９５中、セル２１０のカソード２７０中、および基板３００中）に位置する重なり領域２６５を形成する。同様に、セル２１２のカソード２７０の一部分は、セル２１４のアノード２７５の一部分と重なって、導電性相互接続１０５が内部（基板２９０中、セル２１４のアノード２７５中、セル２１２と２１４の間の領域２９５中、セル２１２のカソード２７０中、および基板３００中）に位置する重なり領域２６７を形成する。
【００５１】
図６は、共通の基板３４０および３４５を共有する光起電力セル３１０、３２０、および３３０を備えるモジュール３００を示す。各光起電力セルはカソード３５０と、光活性層３６０と、電荷キャリア層３７０と、アノード３８０とを備える。
【００５２】
図７および図８に示すように、相互接続３０１をメッシュ３０５および電気絶縁性材料３９０で形成する。メッシュ３０５は導電性領域３８５と開口領域３８７を有し、電気絶縁性材料３９０がメッシュ３０５の開口領域３８７中に配設される。メッシュ３０５の上面３９３はアノード３８０に接触し、メッシュ３０５の下面３９５はカソード３５０に接触する。この構成で、隣接するセル中の電極３５０および３８０を、メッシュ３０５の領域３８５によって電極３５０と３８０の間の方向に電気的に接続し、隣接する光起電力セルを垂直面内で接着材料３９７によって互いから電気的に絶縁する。
【００５３】
メッシュ３０５は様々な方法で準備することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５は拡張メッシュである。たとえば、材料（たとえば、金属や合金などの導電性材料）のシートから領域３８７（たとえば、レーザ除去、化学エッチング、打ち抜きによって）を除去し、その後でシートを伸ばす（たとえば、２次元的にシートを伸ばす）ことによって拡張金属メッシュを準備することができる。或る実施形態では、メッシュ３０５は、その後シートを引き伸ばさずに領域３８７を（たとえば、レーザ除去、化学エッチング、打ち抜きによって）除去することによって形成される金属シートである。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５は、中実領域３８５を形成する材料のワイアを編むことによって形成される編みメッシュである。たとえば、平織、畳織、綾織、綾畳織、またはそれらの組合せによって、ワイワを編むことができる。或る実施形態では、メッシュ３０５は溶接金網で形成される。
【００５４】
一般的に、中実領域３８５は全体を導電性材料で形成される（たとえば、領域３８５を導電性のほぼ均一な材料で形成する）。領域３８５に使用することができる導電性材料の例には、導電性金属、導電性合金、および導電性ポリマーを含む。例示的な導電性材料には、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、およびチタンを含む。例示的な導電性合
金には、ステンレス鋼（たとえば、３３２−ステンレス鋼、３１６−ステンレス鋼）、金合金、銀合金、銅合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金合金、およびチタン合金が含まれる。例示的な導電性ポリマーには、ポリチオフェン（たとえば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン（たとえば、ドープポリアニリン）、ポリピロール（たとえば、ドープポリピロール）を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料の組合せを使用する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、中実領域３８５を異なる材料を被覆した材料で（たとえば、メタライゼーション、気相成長を用いて）形成する。一般的に、内側の材料は任意の所望の材料（たとえば、電気絶縁性材料、導電性材料、または半導電性材料）で形成することができ、外側の材料は導電性材料である。内側材料を形成することができる電気絶縁性材料の例には、織物、光ファイバ材料、ポリマー材料（たとえば、ナイロン）、および天然材料（たとえば、亜麻、綿、羊毛、絹）を含む。外側材料を形成することができる導電性材料の例には、上記で開示した導電性材料を含む。材料を形成することができる半導電性材料の例には、インジウムスズ酸化物、フッ素化酸化スズ、酸化スズ、および酸化亜鉛を含む。いくつかの実施形態では、内側材料はファイバの形態であり、外側材料は内側材料に被覆される導電性材料である。或る実施形態では、内側材料はメッシュの形態であり（上記の説明を参照のこと）、それはメッシュに形成された後、外側材料で被覆される。例としては、内側材料は拡張金属メッシュであってもよく、外側材料はこの拡張金属メッシュに被覆されるＰＥＤＯＴであってもよい。
【００５６】
一般的に、基板３４０および３４５の表面にほぼ垂直な方向のメッシュ３０５の最大厚は、最小で約１０ミクロン（たとえば、最小で約１５ミクロン、最小で約２５ミクロン、最小で約５０ミクロン）であり、かつ／または最大で約２５０ミクロン（たとえば、最大で約２００ミクロン、最大で約１５０ミクロン、最大で約１００ミクロン、最大で約７５ミクロン）である。
【００５７】
図８に断面形状を示したが、開口領域３８７は、一般的に、あらゆる所望の形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、異形）を有することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ３０５中の様々な開口領域３８７は様々な形状を有することができる。
【００５８】
図８にダイアモンド模様を形成する場合を示したが、中実領域３８５によって、一般的に、あらゆる所望の模様（たとえば、長方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、異形）を形成することができる。
【００５９】
図９および図１０は、互いに階段状構成に位置する光起電力セル５０５、５１０、および５１５を備える太陽電池モジュール５００を示す。光起電力セル５１５の一部分５２５は光起電力セル５１０の一部分５２０と重なる。同様に、光起電力セル５１０の一部分５３３は光起電力セル５０５の一部分５３５と重なる。アノード５４５の端部に導電性テープ５４７を巻き付けることによって、セル５０５のカソード５４０を隣接するセル５０５のアノード５４５に電気的に接続する。いくつかの実施形態では、テープ５４７をカソード５４０の裏面全体に接触するような大きさにすることができ、それによって、隣接するセル間を機械的に取り付け、またはカソード５４０の一部分のみを機械的に取り付ける。テープ５４７がカソード５４０の裏面を全ては覆わない実施形態では、隣接するセル５０５のアノード５４５への取り付けを補うように、随意に、カソード５４０の裏面の露出部分を非導電性接着剤で被覆することもできる。
【００６０】
要素５４７を導電性テープとして説明してきたが、より一般的には、要素５４７は説明した一般的な構造を有するあらゆる種類の導電性要素であってもよい。いくつかの実施形
態では、要素５４７は被覆の形態である。
【００６１】
図１１に、階段状構成に配置された７つの重なるセル５５５ａ〜５５５ｇを備える太陽電池モジュール５５０を示す。隣接するセル５５５ｂのカソード５７０に電気的かつ機械的に接続するために、アノード５６５ａに沿ってセル５５５ａの端部に平行に、相互接続５６０ａを付ける。同様に相互接続５６０ｂ〜５６０ｆは、重なり合うセル５５５ｂと５５５ｃ、５５５ｃと５５５ｄ、５５５ｄと５５５ｅ、５５５ｅと５５５ｆ、および５５５ｆと５５５ｇを接続する。図１２は、隣接するセルを接続するように適所に押し込まれた相互接続５６０を示す。一般的に、任意の適切な導電性材料で、相互接続５６０を形成することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の相互接続５６０を導電性ペーストのビードで形成することができる。随意に、１つまたは複数の相互接続５６０を熱可塑性導電リボン、はんだ、および／またはファイバで形成することもできる。このような実施形態では、一般的に、相互接続５６０を形成する材料を１つのセルの端部に平行に位置させて、適切な量の熱および圧力を加えた後で、相互接続が１つのセルのカソードおよび隣接するセルのアノードの上に分布するようにする。
【００６２】
熱または圧力の使用を伴わない方法（たとえば、インクジェット印刷、塗装／乾燥）によって、１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することができる。随意に、熱転写法を用いて１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することもできる。
【００６３】
或る実施形態では、本明細書に記載したようなメッシュ（たとえば、接着剤のメッシュ）で１つまたは複数の相互接続５６０ａ〜５６０ｆを形成することもできる。
図１３は、共通基板３１４０および３１４５を共有する光起電力セル３１１０、３１２０、および３１３０を備える太陽電池モジュール３１００を示す。各光起電力セルは接着剤３１４７と、カソード３１５０と、光活性層３１６０と、電荷キャリア層３１７０と、アノード３１８０と、接着剤３１９０とを備える。カソード３１５０は、接着剤３１９０を貫通して延び、アノード３１８０と電気接触するように構成された（たとえば、ディンプル加工された、エンボス加工された）成形部３１５２を備える。図１４に示すように、カソード３１５０は、複数の成形部３１５２を有し、それらの間に非成形部がある。この構成では、カソード３１５０の成形部３１５２によって、別個の相互接続部品を使用せずにカソード３１５０とアノード３１８０間に電気接続が形成される。
【００６４】
図１４に円形として示してあるが、成形部３１５２は、より一般的には、あらゆる所望の形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、楕円形、台形、正弦波などの波形、異形）を有することができる。
【００６５】
カソード３１５０は、一般的に、比較的薄い導電層で形成される。いくつかの実施形態では、金属箔または（たとえば、チタンまたはインジウムの）合金箔でカソード３１５０を形成する。或る実施形態では、導電性材料（たとえば、金属、またはチタンやインジウムなどの合金）で被覆された表面を有するプラスチックの比較的薄い層でカソードを形成する（以下の、基板３１４０および３１４５に関する説明を参照のこと）。成形部３１５２は、標準的な箔のエンボス加工技法を含む様々な技法を用いて形成することができる。たとえば、或る実施形態では、先が丸いミシン針を有するミシンの下に箔３１５０を延在させることによって、成形部３１５２を形成することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、突起（たとえば、くぼみ）を有する回転ホイールの上に箔３１５０を通過させることによって、成形部３１５２を形成することができる。成形部３１５２を、モジュール３１００中に組み込む前に箔３１５０中に形成することができ、またはモジュール３１００が製造されるときに箔３１５０中に成形部３１５２を形成することもできる（以下の説明を参照のこと）。電極３１５０は、一般的に、エンボス加工部３１５２を除い
てほぼ平坦である。エンボス加工部３１５２は、一般的に、あらゆる所望の形状を有することができるが、一般的に（たとえば、エンボス加工部３１５２の形成が電極３１５０中への穴の形成によりもたらさないような）微小な半径を有する。
【００６６】
図１５および図１６は、光起電力セル８１００、８２００、８３００、および８４００を含む太陽電池モジュール８０００の部分分解図を示す。各セルはカソード側８０１０とアノード側８０２０を備える。各カソード側８０１０は、基板８０１２と、接着剤層８０１４（たとえば、０．０２５４ミリメートル（１ミル）厚の箔接着剤などの箔接着剤）と、導電層８０１６（たとえば、０．０５０８ミリメートル（２ミル）厚のチタン箔などの金属層）と、光活性層８０１８（たとえば、色素増感型チタニア層）とを備える。各アノード側は、基板８０２０と触媒層８０２２（たとえば、白金含有触媒層）を備える。層８０１６の各部分の領域８０１７はセル８１００、８２００、および８３００中に成形（たとえば、エンボス加工、ディンプル加工）され、隣接する光起電力セル中の層８０１６間にはギャップ８０１９が存在する。
【００６７】
モジュール８０００は、モジュール８０００のアセンブリングの後で対応する層８０１６の対応する部分８０１７と直接接触し、それによって電気接続をもたらす導電性架橋８０２６をさらに備える。架橋８０２６は、一般的に弾性的かつ導電性である。たとえば、導電性粒子を含有する弾性的なポリマーマトリックスで架橋８０２６を形成することができる（たとえば、充分な導電性を架橋８０２６に供与するのに充分な充填で）。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の架橋８０２６にチタンを（たとえば、チタン複合材の形態で）含有させることができる。図１５および図１６の分解図に別個の構成部品として示したが、いくつかの実施形態では、対応する層８０１６の対応する部分８０１７上に架橋８０２６を直接配設することができる。たとえば、対応する層８０１６の対応する部分８０１７上に架橋８０２６を印刷することができる。
【００６８】
モジュール８０００は、シール８０２８および８０２９も備える。シール８０２８および８０２９は、構成部品（たとえば、隣接するセル間）の漏れを低下させ、かつ／または（たとえば、水分が１つまたは複数のセル内に入る場合）構成部品の腐食を減少させる。モジュール８０００をアセンブリングするとき、シール８０２９の上端および下端はそれぞれ層８０１４および８０２２に接触し、シール８０２８の上端および下端はそれぞれ層８０２６および８０２２に接触する。シール８０２８および８０２９は、一般的に、本明細書に記載したような接着材料で形成され、随意に１つまたは複数の構造部品（たとえば、１つまたは複数のビード）を含むこともできる。シール８０２８および／または８０２９が１つまたは複数の構造部品を含有する実施形態では、構造部品は、一般的に、非導電性であり、かつ／または、シール８０２８および／または８０２９が非導電性になるように充分低い充填状態にある。
【００６９】
モジュール８０００は、さらに端部シール８０３０および８０３２（たとえば、接着性端部シール）を備える。
理論によって縛られることは望まないが、図１５および図１６に示す一般的な設計を有するモジュールは、依然として良好な電力および変換効率をもたらす比較的薄い太陽電池モジュールを可能にすることができると考えられている。複数の接着性層（たとえば、シール８０２８および８０２９）を使用することにより、接着剤を貫通して層の一部分を押し込まないでモジュールの構築が実現できるという点で、利点をもたらすことができると考えられている。これによって、電極の１つを引っかく可能性を低下させることもできるが、この引っかきにより、導電性の低下した局所的な区域が生じる恐れがある。
【００７０】
図１７は、カソード３３５０は、接着剤３１９０を貫通して延び、アノード３１８０と電気接触するように構成された湾曲端部３３５２を有する太陽電池モジュール４０００を
示す。図１８に示すように、湾曲端部３３５２は線を形成するカソードを形成する。この構成で、カソード３３５０の湾曲端部３３５２は、別個の相互接続部品を使用せずに、カソード３３５０とアノード３１８０の間の電気接続を形成する。
【００７１】
図１８に連続的なものとして示したが、いくつかの実施形態では、湾曲端部３３５２は非連続的であってもよい（たとえば、図１８に示すように見たとき、湾曲端部を有するカソード３３５０の交互に入れ替わる部分があり得る）。
【００７２】
さらに、カソードが或る材料で形成された箔で形成されると説明してきたが、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の主要な箔を異なる材料で形成することもできる。いくつかの実施形態では、これらのカソードを透明な導電性材料の箔で形成することができる。このような材料の例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、および酸化亜鉛などの或る金属酸化物が含まれる。
【００７３】
他の実施形態では、カソードは、導電メッシュなどの導電性材料の不連続層であってもよい。適切なメッシュ材料には、パラジウム、チタン、白金、ステンレス鋼およびそれらの合金などの金属を含む。このメッシュ材料は金属ワイアを含むことができる。この導電性メッシュ材料は、金属などの導電性材料で被覆された電気絶縁性材料を含むこともできる。この電気絶縁性材料は、編みファイバや光ファイバなどのファイバを含むことができる。編みファイバの例には、合成ポリマーファイバ（たとえば、ナイロン）と天然ファイバ（たとえば、亜麻、綿、羊毛、および絹）を含む。このメッシュ電極は、たとえば、連続的な製造プロセスによる光起電力セルの形成を促進するように可撓性であってもよい。
【００７４】
メッシュカソードは、たとえば、ワイア（またはファイバ）径、およびメッシュ密度（すなわち、メッシュの単位面積当たりのワイア（またはファイバ）数）に関して多種多様の形態をとり得る。メッシュは、たとえば、任意の数の開口形状（たとえば、正方形、円形、半円形、三角形、ダイアモンド形状、楕円形、台形、および／または、異形）を有した、規則的なもの、あるいは不規則なものであってもよい。たとえば、メッシュのワイア（またはファイバ）の電気伝導率、所望の光透過率、可撓性、および／または機械的強度に基づいて、メッシュ形状因子（たとえば、ワイア径、メッシュ密度など）を選択することができる。メッシュ電極は、一般的に、約１ミクロンから約４００ミクロンの範囲の平均ワイア（またはファイバ）径、および約６０％から約９５％の範囲のワイア（またはファイバ）間の平均開口面積を有するワイア（またはファイバ）メッシュを備える。たとえば、インクジェット印刷、リソグラフィ、および／またはアブレーション（たとえば、レーザアブレーション）などの様々な技法を用いてメッシュ電極を形成することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ電極を拡張金属メッシュで形成することができる。メッシュ電極は、２００３年３月２３日に出願された米国特許出願第１０／３９５，８２３号、および２００３年１１月２６日に出願された米国特許出願第１０／７２３，５５４号に論じられている。
【００７５】
接着剤３１４７および３１９０は、一般的に、任意の電気絶縁性接着剤で形成することができる。このような接着剤の例には、オレフィン、アクリレート、およびウレタンのコポリマー、ならびに他のホットメルト接着剤を含む。市販されている接着剤の例には、バイネル（登録商標）接着剤（デュポンから入手可）、熱ボンド接着剤（thermobond adhesive ）８４５（３Ｍから入手可）、およびダイニオン（商標）（３Ｍから入手可）を含む。
ＤＳＳＣ
いくつかの実施形態では、光起電力セルはＤＳＳＣである。図１９は、基板４３１０および４３７０と、導電性層（電極）４３２０および４３６０と、触媒層４３３０と、電荷キャリア層４３４０と、光活性層４３５０とを備えるＤＳＳＣ４３００の断面図である。
【００７６】
光活性層４３５０は、一般的に、１つまたは複数の色素とこの色素に関連する半導体材料とを含む。
色素の例には、黒色色素（たとえば、トリ（イソチオシアナート）ルテニウム（ＩＩ）２，２’：６’，２”テルピリジン−４，４’，４”トリカルボン酸、トリテトラブチルアンモニウム塩）と、橙色素（たとえば、トリ（２，２’ビピリジル４，４’ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ）ジクロライド）と、紫色色素（たとえば、シスビス（イソチオシアナート）ビス（２，２’ビピリジル−４，４’ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ））と、赤色色素（たとえば、エオシン）と、緑色色素（たとえば、メロシアニン）と、青色色素（たとえば、シアニン）とを含む。さらなる色素の例には、アントシアニン、ポルフィリン、フタロシアニン、スクアラート（squarates ）、および或る金属含有色素を含む。
【００７７】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、パターンを形成する複数の異なる色素を含むことができる。パターンの例には、迷彩パターン、瓦パターン、および屋根板パターンを含む。いくつかの実施形態では、このパターンは、携帯式電子デバイス（たとえば、ラップトップコンピュータ、携帯電話）の筺体のパターンを画定することができる。或る実施形態では、光起電力セルによってもたらされるパターンが自動車の車体上のパターンを画定することができる。パターン付き光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用されている、本願権利者が所有する同時係属中の、２００４年１２月２１日に出願された米国特許出願第６０／６３８，０７０号に開示されている。
【００７８】
半導体材料の例には、構造式ＭｘＯｙを有する材料を含み、式中Ｍは、たとえば、チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、またはスズであってもよく、ｘおよびｙは０より大きい整数である。他の適切な材料には、硫化物と、セレン化物と、テルル化物と、チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、ランタン、タンタル、テルビウム、スズ、またはそれらの組合せの酸化物とを含む。たとえば、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２、チタン酸ナトリウム、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム、およびニオブ酸カリウムは適切な材料であり得る。
【００７９】
層４３５０内に含まれる半導体材料は、一般的に、ナノ粒子の形態である。いくつかの実施形態では、このナノ粒子の平均サイズは約２ｎｍ〜約１００ｎｍ（たとえば、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約２０ｎｍなど）である。ナノ粒子半導体材料の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の、米国特許出願第１０／３５１，２４９号に開示されている。
【００８０】
このナノ粒子を、たとえば、高温焼結、または反応性架橋剤によって相互接続することができる。
或る実施形態では、この架橋剤は、非ポリマー化合物であってもよい。この架橋剤は、半導体粒子と同様な電気伝導率を示すことができる。たとえば、ＴｉＯ２粒子の場合、この架橋剤は、チタンアルコキシド中に存在するもののようなＴｉ−Ｏ結合を含むことができる。理論によって縛られることは望まないが、チタンテトラアルコキシド粒子は、ＴｉＯ２粒子および基板上の導電性被覆と互いに反応して、この粒子を互いに接続させかつ導電性被覆（図示せず）と接続させるチタン酸化物架橋を形成することができると考えられる。その結果、この架橋剤は半導体層の安定性および完全性を高める。この架橋剤は、たとえば、金属アルコキシド、金属アセテート、または金属ハライドなどの有機金属類を含むことができる。いくつかの実施形態では、この架橋剤は、半導体中の金属と異なる金属を含むことができる。例示的な架橋ステップでは、ゾル−ゲル前駆体剤、たとえば、チタンテトラブトキシドなどのチタンテトラアルコキシドを、エタノール、プロパノール、ブ
タノール、あるいは、高次の１次、２次、または３次アルコールなどの溶媒と混合することによって、０〜１００％の重量比、たとえば、約５〜約２５％、または約２０％の重量比で、架橋剤溶液を調製することができる。溶媒は、一般的に、前駆体剤に対して安定な、たとえば、この前駆体剤と反応して金属酸化物（たとえば、ＴｉＯ２）を形成しないあらゆる材料であってもよい。この溶媒は、好ましくは、ほとんど水分を含まず、このため、ＴｉＯ２の沈殿を生じることができる。このような架橋剤は、たとえば、参照により本明細書に援用されている米国公開特許公報２００３−００５６８２１号に開示されている。
【００８１】
いくつかの実施形態では、架橋剤は、ポリ（ｎブチルチタネート）などのポリマー架橋剤であってもよい。ポリマー架橋剤の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１３号に開示されている。
【００８２】
架橋剤は、相互接続されたナノ粒子層の作製を、比較的低温（たとえば、約３００℃未満）、およびいくつかの実施形態では室温で可能にすることができる。この比較的低温での相互接続法は、ポリマー基板を用いる連続的な（たとえば、ロール・ツー・ロール）製造プロセスに適用することができる。
【００８３】
この相互接続されたナノ粒子は、一般的に、色素（複数可）によって光増感される。この色素は、入射光の電気への変換を促進して所望の光起電力効果を発生させる。色素は入射光を吸収して、色素中での電子の励起をもたらすと考えられている。次いで、励起電子のエネルギーは、色素の励起準位から相互接続されたナノ粒子の伝導帯内へ移動される。この電子エネルギー移動は、電荷の効果的な分離および所望の光起電力効果をもたらす。したがって、相互接続されたナノ粒子の伝導帯中の電子が、外部負荷を駆動させることができるようにされる。
【００８４】
色素（複数可）は、ナノ粒子上に吸着（たとえば、化学吸着および／または物理吸着）することができる。色素は、たとえば、動作波長帯域中（たとえば、可視スペクトル内）に光子を吸収する能力、ナノ粒子の伝導帯中に自由電子（または、正孔）を発生させる能力、ナノ粒子と複合材料を形成し、またはナノ粒子に吸着される能力、および／またはその色に基づいて選択することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、相互接続された半導体酸化物ナノ粒子材料の表面に増感色素で吸着される１つまたは複数の補助増感剤をさらに含むことができ、これにより、（たとえば、電荷移動効率を向上させ、かつ／または相互接続された半導体酸化物ナノ粒子材料から増感色素までの電子の逆移動を減少させることによって）ＤＳＳＣの変換効率を増大させることができる。光増感された相互接続ナノ粒子材料を形成するとき、これらの増感色素および補助増感剤を同時にまたは別個に加えることができる。この補助増感剤は、電子を受容体に供与して安定したカチオンラジカルを形成することができ、これにより、増感色素から半導体酸化物ナノ粒子材料までの電荷移動の変換効率を促進させ、かつ／または増感色素または補助増感剤までの電子の逆移動を減少させることができる。この補助増感剤は、（１）窒素原子が結合している芳香環の混成軌道を有する、窒素原子上の自由電子対の共役状態、および電子移動の後にこれらの混成軌道によってもたらされるカチオンラジカルの共鳴安定性、ならびに／または（２）補助増感剤を半導体酸化物にしっかり固定する働きをする、カルボキシやリン酸塩などの配位基を含むことができる。適切な補助増感剤の例には、芳香族アミン（たとえば、トリフェニルアミンおよびその誘導体などの色）、カルバゾール、ならびに他の縮合環類似体を含む。補助増感剤を含む光活性層の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１９号に開示されている。
【００８６】
いくつかの実施形態では、光活性層４３５０は、半導体材料のマクロ粒子をさらに含むことができ、この半導体材料では、少なくともいくつかの半導体マクロ粒子が互いに化学的に結合し、少なくともいくつかの半導体ナノ粒子が半導体マクロ粒子に付着されている。色素（複数可）は、この半導体材料上に吸着（たとえば、化学吸着および／または物理吸着）される。マクロ粒子は、平均粒子サイズが少なくとも約１００ｎｍ（たとえば、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ）の粒子の凝集体を指す。光活性層中にマクロ粒子を含む光起電力セルの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第６０／５８９，４２３号に開示されている。
【００８７】
或る実施形態では、ＤＳＳＣは、（たとえば、約３００℃未満などの比較的低い処理温度を用いて）光起電力材料の基材への接着を促進することができる被覆を含むことができる。このような光起電力セルおよび方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６０号に開示されている。
【００８８】
導電性層４３２０の組成および厚さは、一般的に、所望の電気伝導率、光学特性、および／または層の機械的特性に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、層４３２０は透明である。このような層を形成するのに適した透明材料の例には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズなどの或る金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、導電性層４３２０を箔（たとえば、チタン箔）で形成することができる。導電性層４３２０の厚さは、たとえば、約１００ｎｍ〜５００ｎｍ（たとえば、約１５０ｎｍ〜３００ｎｍ）であってもよい。
【００８９】
或る実施形態では、導電性層４３２０は、不透明（すなわち、そこに入射する可視スペクトルエネルギーの約１０％未満だけ透過できる）であってもよい。たとえば、層４３２０は、銅、アルミニウム、インジウム、または金などの不透明金属の連続層から形成することができる。いくつかの実施形態では、導電性層は、その上に形成された相互接続ナノ粒子材料を有することができる。そのような層は、たとえば、ストリップ（たとえば、第１および第２の可撓性基板間に制御された大きさおよび相対的な間隔を有する）の形態であってもよい。このようなＤＳＳＣの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２５１号に開示されている。
【００９０】
いくつかの実施形態では、導電性層４３２０は、導電性材料の不連続層を含むことができる。たとえば、導電性層４３２０は、導電性メッシュを含むことができる。適切なメッシュ材料には、パラジウム、チタン、白金、ステンレス鋼、およびそれらの合金などの金属を含む。いくつかの実施形態では、このメッシュ材料は金属ワイアを含む。この導電性メッシュ材料は、金属などの導電性材料で被覆された電気絶縁性材料を含むこともできる。この電気絶縁性材料は、織物ファイバやモノフィラメントなどのファイバを含むことができる。ファイバの例には、合成ポリマーファイバ（たとえば、ナイロン）、および天然ファイバ（たとえば、亜麻、綿、羊毛、絹）を含む。このメッシュ導電性層は、たとえば、連続的な製造プロセスによるＤＳＳＣの形成を促進させるために可撓性であってもよい。メッシュ導電性層を有する光起電力セルは、たとえば、それぞれ参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３９５，８２３号、１０／７２３，５５４号、および１０／４９４，５６０号に開示されている。
【００９１】
このメッシュ導電性層は、たとえば、線（またはファイバ）径およびメッシュ密度（すなわち、メッシュの単位面積当たりの線（またはファイバ）数）に関して、多種多様の形
態をとることができる。このメッシュは、任意の数の開口形状について、たとえば、規則的であってもよく、または不規則であってもよい。たとえば、メッシュの線（またはファイバ）の電気伝導率、所望の光透過率、可撓性、および／または機械的強度に基づいて、メッシュ形状因子（たとえば、ワイア径、メッシュ密度など）を選択することができる。メッシュ導電性層は、一般的に、約１ミクロン〜約４００ミクロンの範囲の平均ワイア（またはファイバ）径、および約６０％〜約９５％の範囲のワイア（またはファイバ）間の平均開口面積を有するワイア（またはファイバ）メッシュを備える。
【００９２】
触媒層４３３０は、一般的に、下に位置する電荷キャリア層中での酸化還元反応を触媒することができる材料で形成される。触媒層を形成することができる材料の例には、白金、ならびにポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、およびそれらの誘導体などのポリマーを含む。ポリチオフェン誘導体の例には、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＥＤＯＴ」）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ［３＿（４−オクチルフェニル）チオフェン］、ポリ（チエノ［３，４−ｂ］チオフェン）（「ＰＴ３４ｂＴ」）、およびポリ（チエノ［３，４−ｂ］チオフェン−コ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＴ３４ｂＴ−ＰＥＤＯＴ」）を含む。１つまたは複数のポリマーを含む触媒層の例は、たとえば、両方とも参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／８９７，２６８号、および６０／６３７，８４４号に開示されている。
【００９３】
基板４３１０は、可撓性ポリマーなどの機械的に可撓性材料、またはガラスなどの剛性材料から形成することができる。可撓性基板の形成に使用することができるポリマーの例には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、および／またはポリウレタンを含む。可撓性基板は、織物ベースの被覆および積層などの連続的な製造プロセスを促進させることができる。しかし、たとえば、参照により本明細書に援用されている、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６５号に開示されているような剛性基板材料を用いることもできる。
【００９４】
基板４３１０の厚さは、所望のように変えることができる。一般的に、基板厚およびその種類は、ＤＳＳＣが製造、配設、および使用の困難性に耐えるのに十分な機械的支持をもたらすように選択される。基板４３１０は、約６ミクロン〜約５０００ミクロン（たとえば、約６ミクロン〜約５０ミクロン、約５０ミクロン〜約５０００ミクロン、約１００ミクロン〜約１０００ミクロン）の厚さを有することができる。
【００９５】
導電性層４３２０が透明な実施形態では、基板４３１０が透明材料で形成される。基板４３１０を、たとえば、シリカ系ガラスなどの透明ガラス、または上記で挙げたポリマーなどのポリマーから形成することができる。このような実施形態では、導電性層４３２０も透明であってもよい。
【００９６】
基板４３７０および導電性層４３６０はそれぞれ、基板４３１０および導電性層４３２０に関して上記で説明したとおりであってもよい。たとえば、基板４３７０を、基板４３１０と同じ材料から形成し、基板４３１０と同じ厚さを有することができる。しかし、いくつかの実施形態では、基板４３７０が１つまたは複数の点で４３１０と異なることが望ましいことがある。たとえば、ＤＳＳＣを異なる応力を加えるプロセスを使用して異なる基板上に製造する場合、基板４３７０が基板４３１０よりいくらか機械的に頑丈であることが望ましい場合がある。したがって、基板４３７０は異なる材料から形成され、または基板４３１０と異なる厚さを有することがある。さらに、使用の際、１つの基板のみが照明源に曝されている実施形態では、基板および／または導電性層の両方が透明である必要はない。したがって、基板および／または対応する導電性層の一方は不透明であってもよ
い。
【００９７】
電荷キャリア層４３４０は、一般的に、接地電位または電流源から光活性層４３５０までの電荷移動を促進させる材料を含む。適切な電荷キャリア材料の一般的な種類には、溶媒系の液体電解質と、多価電解質と、ポリマー電解質と、固体電解質と、ｎ型およびｐ型の運搬物質（たとえば、導電ポリマー）と、ゲル電解質とを含む。ゲル電解質の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５０，９１２号に開示されている。電荷キャリア媒質の他の選択も可能である。たとえば、電荷キャリア層は、構造式ＬｉＸを有するリチウム塩を含むことができ、式中、Ｘは、ヨウ化物、臭化物、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸塩、トリフルオロメチルスルフォン酸塩、またはヘキサフルオロリン酸塩である。
【００９８】
電荷キャリア媒質は、一般的に、酸化還元システムを備える。適切な酸化還元システムは、有機および／または無機酸化還元システムを備え得る。これらのシステムの例には、セリウム（ＩＩＩ）サルフェート／セリウム（ＩＶ）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋、およびビオロゲンを含む。さらに、電解質溶液は、構造式ＭｉＸｊを有し、式中、ｉおよびｊは１以上であり、Ｘは陰イオン、Ｍはリチウム、銅、バリウム、亜鉛、ニッケル、ランタニド元素、コバルト、カルシウム、アルミニウム、またはマグネシウムである。適切な陰イオンには、塩化物、過塩素酸塩、チオシアン酸塩、トリフルオロメチルスルフォン酸塩、およびヘキサフルオロリン酸塩を含む。
【００９９】
いくつかの実施形態では、電荷キャリア媒質はポリマー電解質を含む。たとえば、このポリマー電解質は、ポリ（ビニルハロゲン化イミダゾリウム）、ならびにヨウ化リチウムおよび／またはポリビニルピリジニウム塩を含むことができる。実施形態では、この電荷キャリア媒質は、ヨウ化リチウム、ヨウ化ピリジニウム、および／または置換ヨウ化イミダゾリウムを含むことができる。
【０１００】
この電荷キャリア媒質は、様々なタイプのポリマー多価電解質を含むことができる。たとえば、適切な多価電解質は、重量が約５％〜約９５％（たとえば、５〜６０％、５〜４０％、または５〜２０％）のポリマー（たとえば、イオン導電ポリマー）、および重量が約５％〜約９５％（たとえば、３５〜９５％、６０〜９５％、または８０〜９５％）の可塑剤と、約０．０５Ｍ〜約１０Ｍ（たとえば、約０．０５〜２Ｍ、０．０５〜１Ｍ、または０．０５〜０．５Ｍ）の、有機または無機ヨウ化物の酸化還元電解質と、約０．０１Ｍ〜約１Ｍ（たとえば、約０．０５〜０．５Ｍ、０．０５〜０．２Ｍ、または０．０５〜０．１Ｍ）のヨウ化物とを含むことができる。このイオン導電ポリマーは、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテル、およびポリフェノールを含むことができる。適切な可塑剤の例には、炭酸エチル、プロピレンカーボネート、炭酸塩の混合物、有機リン酸塩、ブチロラクトン、およびジアルキルフタレートを含む。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、電荷キャリア層４３４０は、１つまたは複数の両性化合物を含むことができる。１つまたは複数の両性化合物を含む電荷キャリア層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１１／０００，２７６号に開示されている。
【０１０２】
図２０は、基板５１００をローラ５１５０間に進めることによってＤＳＳＣを製造するためのプロセス（ロール・ツー・ロール法）５０００を示す。基板５１００は、製造稼働中、連続的、周期的、または不規則にローラ５１５０間に進めることができる。
【０１０３】
導電性層５２００（たとえば、チタン箔）を、基板５１００に隣接する位置５１２０に取り付ける。
次いで、相互接続ナノ粒子材料を導電性層に隣接する位置５１３０上に形成する。この相互接続ナノ粒子材料は、架橋剤（たとえば、ポリ（ｎ−ブチルチタネート）などのポリマー架橋剤）と、金属酸化物ナノ粒子（たとえば、チタニア）とを含有する溶液を塗布することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、これらのポリマー架橋剤および金属酸化物ナノ粒子を別個に塗布して相互接続ナノ粒子材料を形成する。これらのポリマー架橋剤および金属酸化物ナノ粒子を（たとえば、ロール・ツー・ロール法に使用される装置に存在するオーブン中で）加熱して、相互接続ナノ粒子材料を形成することができる。
【０１０４】
次いで、１つまたは複数の色素を相互接続ナノ粒子材料に隣接する位置５３５０に（たとえば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、またはグラビア印刷を用いて）塗布して光活性層を形成する。
【０１０５】
電荷キャリア層をパターン付光活性層に隣接する位置５１６０に堆積させる。この電荷キャリア層を上記で挙げたもののような既知の技法を用いて堆積させることができる。
導電性層５６００（たとえば、ＩＴＯ）を基板５７００に隣接する位置５１９０に取り付ける。
【０１０６】
触媒層前駆体を導電性層５６００に隣接する位置５１８０に堆積させる。この触媒層前駆体は、たとえば、電気化学セル中のヘキサクロロ白金酸を用いる電気化学析出、または白金化合物（たとえば、ヘキサクロロ白金酸）を含有する被覆の熱分解を用いて、導電性層５６００上に堆積させることができる。一般的に、触媒層前駆体を、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹き付けコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、スクリーンコーティング、および／またはインクジェット印刷などの既知のコーティング技法を用いて堆積させることができる。次いで、この触媒層前駆体を（たとえば、ロール・ツー・ロール法に使用される装置に存在するオーブン中で）加熱して触媒層を形成する。いくつかの実施形態では、導電性材料５６００を、先に進む基板５７００に取り付ける前に少なくとも部分的にこの触媒層で被覆することができる。或る実施形態では、触媒層を、導電性層５６００に（たとえば、前駆体の存在無しで）直接塗布する。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、この方法は、被覆を切断し第１被覆基材の少なくとも一部分を溶かすのに十分な高温で第１被覆基材の被覆に引っかき傷をつけ、かつ／または被覆を切断し第２被覆基材の少なくとも一部分を溶かすのに十分な高温で第２被覆基材の被覆に引っかき傷をつけること、および随意にこれらの第１および第２の基材を接合して太陽電池モジュールを形成することを含むことができる。金属箔付のＤＳＳＣおよびその製造方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２６４号に開示されている。
【０１０８】
或る実施形態では、この方法は、光起電力セルおよび／またはモジュールの端部を切り取りかつ／またはシールする（たとえば、光活性部品を実質的に鈍感な環境で雰囲気に封止する）ために切断（たとえば、超音波切断）することを含むことができる。このような方法の例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／３５１，２５０号に開示されている。
ポリマー光起電力セル
或る実施形態では、光起電力セルはポリマー光起電力セルである。図２１は、基板６６１０および６６７０と、導電性層６６２０および６６６０と、正孔遮断層６６３０と、光活性層６６４０と、正孔キャリア層６６５０とを備えるポリマー光起電力セル６６００を
示す。
【０１０９】
一般的に、基板６６１０および／または基板６６７０は、ＤＳＳＣ中の基板に関して上記に記載したとおりであってもよい。例示的な材料には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、またはポリイミドを含む。ポリイミドの例は、カプトン（KAPTON）（登録商標）ポリイミド被膜（Ｅ．Ｉ．デュポン・ ド・ ヌムール社から入手可能）である。
【０１１０】
一般的に、導電性層６６２０および／または導電性層６６６０は、ＤＳＳＣ中の導電性層に関して上記に記載したとおりであってもよい。
一般的に、正孔遮断層６６３０は、光起電力セル６６００中で使用される厚さで、電子を導電性層６６２０へ輸送し正孔の導電性層６６２０への輸送をほぼ遮断する材料で形成される。層６６３０を形成することができる材料の例には、ＬｉＦ金属酸化物（たとえば、酸化亜鉛、酸化チタン）およびそれらの組み合わせを含む。層６６３０の厚さは、一般的に、所望のように変えることができるが、この厚さは一般的に最小で０．０２ミクロン（たとえば、最小で約０．０３ミクロン、最小で約０．０４ミクロン、最小で約０．０５ミクロン）の厚さ、および／または最大で約０．５ミクロン（たとえば、最大で約０．４ミクロン、最大で約０．３ミクロン、最大で約０．２ミクロン、最大で約０．１ミクロン）の厚さである。いくつかの実施形態では、この間隔は０．０１ミクロン〜約０．５ミクロンである。いくつかの実施形態では、層６６３０は薄いＬｉＦ層である。このような層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７０８号に開示されている。
【０１１１】
一般的に、正孔キャリア層６６５０は、光起電力セル６６００中で使用される厚さで、正孔を導電性層６６６０へ輸送し電子の導電性層６６６０への輸送をほぼ遮断する材料で形成される。層６６５０を形成することができる材料の例には、ポリチオフェン（たとえば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニレン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの組み合わせを含む。層６６５０の厚さは、一般的に、所望のように変えることができるが、この厚さは一般的に最小で０．０１ミクロン（たとえば、最小で約０．０５ミクロン、最小で約０．１ミクロン、最小で約０．２ミクロン、最小で約０．３ミクロン、最小で約０．５ミクロン）、および／または最大で約５ミクロン（たとえば、最大で約３ミクロン、最大で約２ミクロン、最大で約１ミクロン）である。いくつかの実施形態では、この間隔は０．０１ミクロン〜約０．５ミクロンである。
【０１１２】
光活性層６６４０は、一般的に、電子受容体材料と電子供与体材料を含む。
電子受容体材料の例には、フラーレン、オキサジアゾール、カーボンナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（たとえば、酸化亜鉛、酸化タングステン、リン化インジウム、セレン化カドミウム、および／または硫化鉛で形成された無機ナノ粒子）、無機ナノロッド（たとえば、酸化亜鉛、酸化タングステン、リン化インジウム、セレン化カドミウム、および／または硫化鉛で形成された無機ナノロッド）、あるいは電子の受容または安定した陰イオンの形成が可能な残基を含むポリマー（たとえば、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ３基を含むポリマー）を含む。いくつかの実施形態では、電子受容体材料は置換フラーレン（たとえば、ＰＣＢＭ）である。いくつかの実施形態では、フラーレンを誘導体化できる。たとえば、フラーレン誘導体は、フラーレン（たとえば、ＰＣＢＧ）と、ペンダント基（たとえば、エポキシ、オキセタン、またはフランなどの環状エーテル）と、ペンダント基をフラーレンから離して配置する架橋基とを含むことができる。ペンダント基は、一般的に、充分に反応性が高いので、フラーレン誘導体が別の化合物（たとえば、別のフラーレン誘導体）と反応して反応生成物を調製することができる。誘導体化フラーレンを含む光活性層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有
する同時係属中の米国特許出願第６０／５７６，０３３号に開示されている。電子受容体材料の組合せを用いることもできる。
【０１１３】
電子供与体材料の例には、ディスコティック液晶、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニルビニレン、およびポリイソチアナフタレンを含む。いくつかの実施形態では、この電子供与体材料は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）である。或る実施形態では、光活性層６６４０は電子供与体材料の組合せを含むことができる。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、光活性層６６４０は、配向した電子供与体材料（たとえば、液晶（ＬＣ）材料）と、電子活性ポリマーバインダキャリア（たとえば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）材料）と、複数のナノ結晶体（たとえば、ＺｎＯ、ＷＯ３、またはＴｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む配向したナノロッド）とを含む。液晶（ＬＣ）材料は、たとえば、複数のディスコティックメソゲンユニットを含むディスコティックネマチックＬＣ材料であってもよい。各ユニットは、中心基と複数の電気活性なアームを備えることができる。この中心基は、少なくとも１つの芳香環（たとえば、アントラセン基）を含むことができる。電気活性な各アームは、複数のチオフェン残基と複数のアルキル残基を含むことができる。光活性層内部で、これらのユニットは層をなし列をなして整列することができる。隣接する列のユニットの電気活性アームは互いにかみ合ってユニット間の電子移動を促進させることができる。また、この電気活性なポリマーキャリアをＬＣ材料間に分配して、電子移動をさらに促進させることもできる。ナノ結晶体のそれぞれの表面は、複数の電気活性な界面活性剤基を含んで、ＬＣ材料およびポリマーキャリアからナノ結晶体までの電子移動を促進させることができる。各界面活性剤基は複数のチオフェン基を含むことができる。各界面活性剤を、たとえば、ホスホン端末基によってナノ結晶体に結合することができる。また、各界面活性剤基は複数のアルキル残基を含んで、ナノ結晶体の光活性層中への溶解度を高めることができる。光起電力セルの例は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第６０／６６４，３３６号に開示されている。
【０１１５】
或る実施形態では、層６６４０中のこれらの電子供与体材料および電子受容体材料を、電子供与体材料、電子受容体材料およびそれらの混合相が層６６４０中の少なくともいくつかの部分で５００ｎｍ未満の平均最大粒径を有するように選択することができる。このような実施形態では、層６６４０の調製は、分散剤（たとえば、クロロベンゼン）を電子供与体および電子受容体の両方にとっての溶媒として用いることを含むことができる。このような光活性層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７１３号に開示されている。
【０１１６】
一般的に、光活性層６６４０は、その上に衝突する光子を対応する電子および正孔を形成するように吸収することが比較的効率的なように十分厚く、かつ、これらの正孔および電子をデバイスの導電性層に移動させることが比較的効率的なように充分薄い。或る実施形態では、層６６４０の厚さは、最小で０．０５ミクロン（たとえば、最小で約０．１ミクロン、最小で約０．２ミクロン、最小で約０．３ミクロン）、および／または最大で約１ミクロン（たとえば、最大で約０．５ミクロン、最大で約０．４ミクロン）である。いくつかの実施形態では、層６６４０の厚さは、０．１ミクロン〜約０．２ミクロンである。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、光活性層６６４０の透過率は、層６６４０が曝される電場が変化するにつれて変化することができる。このような光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／４８６，１１６号に開示されている。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、セル６６００は、光活性層６６４０と導電性層６６２０の間の（たとえば、ドープポリ（３−アルキルチオフェン）などの共役ポリマーで形成された）さらなる層、および／または光活性層６６４０と導電性層６６６０の間の（たとえば、共役ポリマーで形成された）さらなる層をさらに含むことができる。これらのさらなる層（複数可）は、（たとえば、適切なドーピングによって実現される）１．８ｅＶのバンドギャップを有することができる。このような光起電力セルは、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許第６，８１２，３９９号に開示されている。
【０１１９】
セル６６００は、随意に、光活性層６６４０と導電性層６６６０の間に薄いＬｉＦ層をさらに含むことができる。このような層は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／２５８，７０８号に開示されている。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、セル６６００を以下のように調製することができる。導電性層６６２０を、従来の技法を用いて基板６６１０上に形成することができる。導電性層６６２０を、外部負荷と電気接続可能になるように構成する。層６６３０を、たとえば、スロットコーティング、スピンコーティング、またはグラビアコーティングなどの溶液コーティング法を用いて、導電性層６６２０上に形成する。光活性層６６４０を、たとえば、溶液コーティング法を用いて層６６３０上に形成する。層６６５０を、たとえば、スロットコーティング、スピンコーティング、またはグラビアコーティングなどの溶液コーティング法を用いて光活性層６６４０上に形成する。導電性層６６２０を、たとえば、蒸着やスパッタリングなどの真空コーティング法を用いて層６６５０上に形成する。
【０１２１】
或る実施形態では、セル６６００の調製には、電子供与体材料の、所定の処理時間の間のガラス転移温度以上での熱処理を含むことができる。変換効率を向上させるために、処理時間の少なくとも一部分で、光起電力セルの導電性層に印加されその無負荷電圧より大きい界磁誘起電圧（field voltage ）によって誘導される電場の影響下で、光起電力セルの熱処理を実施することができる。このような方法は、たとえば、参照により本明細書に援用された、本願権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／５０９，９３５号に開示されている。
【０１２２】
他の実施形態
或る実施形態を開示してきたが、他の実施形態も可能である。
例として、導電性相互接続がステッチである実施形態を説明してきたが、或る実施形態では、導電性相互接続はステープルまたはグロメットの形態であってもよい。ステープルおよび／またはグロメットを形成するために使用される適切な材料の例には、導電性ステッチ相互接続に関して上記で述べたものを含む。
【０１２３】
別の例として、隣接する光起電力セル間の重なり領域が１つの導電性相互接続で固定された実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、１を超える（たとえば、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上の）導電性相互接続を用いて重なり領域を固定することができる。
【０１２４】
他の例として、カソードがアノードとの電気接続を形成する成形部または湾曲部を有する実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、アノードがカソードとの電気接続を形成する湾曲部または成形部を有する。或る実施形態では、カソードとアノードが共にこのような湾曲部または成形部を有する。
【０１２５】
さらなる例として、いくつかの実施形態では、カソードの成形部または湾曲部とアノードの成形部または湾曲部との間に、電気伝導性接着剤などの導電性材料を配設することができる。
【０１２６】
他の例として、太陽電池モジュールは３つの光起電力セルを備えるとして説明してきたが、太陽電池モジュールは３を超える（たとえば、４、５、６，７）光起電力セルを含むことができる。
【０１２７】
別の例として、接着剤を、一般的に、任意の電気絶縁性接着剤で形成することができる。このような接着剤の例には、オレフィン、アクリレート、およびウレタンのコポリマー、ならびに他のホットメルト接着剤を含む。市販された接着剤の例には、バイネル（登録商標）接着剤（デュポンから入手可）、熱ボンド接着剤８４５（３Ｍから入手可）、およびダイニオン（商標）ＴＨＶ２２０フッ素ポリマー接着剤（３Ｍから入手可）を含む。
【０１２８】
さらなる例として、電荷キャリア層中の材料は光活性層を形成する材料とは異なるとして上記で説明してきたが、いくつかの実施形態では、電荷キャリア層内の１つまたは複数の材料を光活性層内に少なくとも部分的に配設する（たとえば、混ぜる）ことができる。或る実施形態では、電荷キャリア層内の材料および光活性層内の材料を結合して、複合層を形成することができる。
【０１２９】
他の例として、保護層を上部基板および／または下部基板に塗布することができる。保護層を、たとえば、汚染物質（たとえば、ごみ、水分、酸素、化学物質）を光起電力セルから締め出し、かつ／またはセルを機械的に強化するために使用することができる。保護層をポリマー（たとえば、フッ素化ポリマー）で形成することができる。
【０１３０】
さらなる例として、電荷キャリア層中の材料は光活性層を形成する材料とは異なるとして上記で説明してきたが、いくつかの実施形態では、電荷キャリア層内の１つまたは複数の材料を少なくとも部分的に光活性層内に配設する（たとえば、混ぜる）ことができる。或る実施形態では、電荷キャリア層内の材料および光活性層内の材料を結合して、複合層を形成することができる。
【０１３１】
他の例として、保護層を上部基板および／または下部基板に塗布することができる。保護層を、たとえば、汚染物質（たとえば、ごみ、水分、酸素、化学物質）を光起電力セルから締め出し、かつ／またはセルを機械的に強化するために使用することができる。保護層をポリマー（たとえば、フッ素化ポリマー）で形成することができる。
【０１３２】
別の例では、１つまたは複数の導電性相互接続が使用される実施形態を説明してきたが、いくつかの実施形態では、導電性ではない１つまたは複数の相互接続を使用することができる。或る実施形態では、導電性ではない相互接続（たとえば、１つ以上の相互接続、２つ以上の相互接続、３つ以上の相互接続、４つ以上の相互接続、５つ以上の相互接続、６つ以上の相互接続）のみが使用される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の導電性相互接続および１つまたは複数の導電性ではない相互接続を使用する。
【０１３３】
さらに、あるタイプの、相互接続を有する太陽電池モジュールを説明してきたが、相互接続を他のタイプのモジュールに用いることもできる。例には、アモルファスシリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化銅インジウム、および／またはヒ化銅インジウムガリウムで形成された活性材料を有する光起電力セルを備える太陽電池モジュールを含む。
【０１３４】
太陽電池モジュールは、一般的に、あらゆる所望の用途の構成部品として使用すること
ができる。図２２は、外壁パネルまたは波型構造に適合した外装内に援用された太陽電池モジュールを示す。図２３は、天幕内に援用された太陽電池モジュールを示す。図２４は、携帯型電子デバイスの充電器に援用された太陽電池モジュールを示す。他の用途には、たとえば、パッケージ標識、センサ、窓の日よけ、窓のブラインド、および／または窓（たとえば、不透明な窓、半透明な窓）を含む。
【０１３５】
以下の例は例示的なものであり、限定する意図はない。
実施例１
光起電力セルを以下のように調製した。
【０１３６】
厚５０ミクロンのチタン箔を切断して、光起電力セルのカソードを形成するために０．７ｃｍ×７ｃｍの大きさを有するようにした。光活性層の一部分を形成するためにスロットコーティングを用いて、厚１５ミクロンのＴｉＯ２の多孔質層をカソードの表面の１つに堆積させた。このＴｉＯ２層を３０〜５０ｍｇ／ｍ２の光増感剤で被覆して光活性層を完成させた。
【０１３７】
次いで、この光活性層に、酸化還元対Ｉ−／Ｉ３−を含む０．３〜１．０ｇ／ｍ２の電解質を吸収させて、光起電力セル層内に電荷キャリア層を形成した。
光起電力セルのアノードは、厚３００ｎｍのＩＴＯ層を長さ８ｃｍ、幅２ｃｍ、厚さ２００ミクロンのＰＥＮ基板の表面にスパッタリングすることによって調製した。次いで、厚１ｎｍ未満の白金層をＩＴＯ層の上面にスパッタリングして触媒層を形成した。ＴＨＶ接着剤（ダイニオンから入手可）を用いて、電解質を吸収した光活性層にこの触媒層を接合することによって光起電力セルを完成させた。
【０１３８】
同じプロセスを用いて別の光起電力セルを調製した。
２つの光起電力セルのそれぞれをＡ．Ｍ．１．５（単位平方センチメートル当たり１００ｍＷ）光源（Oriel Solar Simulator ）で３０秒間露光した。２つの光起電力セルそれぞれの内部に発生した電流を測定し、電圧に対してプロットした。得られた結果を図２５に示す。第１セルの変換効率は４．５７％であり、第２セルの変換効率は４．６２％であった。 第１セルの曲線因子は６０．４％であり、第２セルの曲線因子は５８．９％であった。
【０１３９】
次いで、これら２つの光起電力セルを結合して図５に示す設計（２ｍｍ幅の重なり領域）の太陽電池モジュールを作製した。スチールステープル（互いから約５ｍｍ離れた）をこの重なり領域を貫通して打ち込んで２つの光起電力セルを一緒に電気的に接続し、固定してモジュールを形成した。 このモジュールを上記で述べたのと同じ光源に同じ条件で３０秒間露光させた。モジュール内に発生した電流を測定し、電圧に対してプロットした。得られた電流と電圧の関係を図２５に示す。 モジュールの変換効率４．６７％は、上記で述べたようにして決定した。モジュール曲線因子は５８．７％であった。
【０１４０】
すなわち、モジュールの曲線因子は、それぞれのセルの曲線因子よりほんの少しだけ高く、モジュールの変換効率は、それぞれのセルの個々の変換効率よりほんの少しだけ低かった。
【０１４１】
他の実施形態は特許請求の範囲に記載される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を備える第１光起電力セルと、
電極を備える第２光起電力セルと、
前記第１光起電力セルの前記電極と前記第２光起電力セルの前記電極とを接続するように、前記第１光起電力セルの前記電極中に配設され、かつ前記第２光起電力セルの前記電極中に配設された相互接続とを備える、モジュール。
【請求項１】
電極を備える第１光起電力セルと、
電極を備える第２光起電力セルと、
前記第１光起電力セルの前記電極と前記第２光起電力セルの前記電極とを接続するように、前記第１光起電力セルの前記電極中に配設され、かつ前記第２光起電力セルの前記電極中に配設された相互接続とを備える、モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−１０２１７９（Ｐ２０１３−１０２１７９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８６２０５（Ｐ２０１２−２８６２０５）
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００５−１５８２７５（Ｐ２００５−１５８２７５）の分割
【原出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（３０８０１４８４６）メルク パテント ゲーエムベーハー (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００５−１５８２７５（Ｐ２００５−１５８２７５）の分割
【原出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（３０８０１４８４６）メルク パテント ゲーエムベーハー (12)
【Ｆターム（参考）】
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