特許 5718380 タンデム型光電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5718380

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】タンデム型光電池

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/44 20060101AFI20150423BHJP

   H01L 51/46 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 120

   H01L31/04 152C

   H01L31/04 152D

   H01L31/04 152G

   H01L31/04 152H

   H01L31/04 152J

【請求項の数】18

【全頁数】63

(21)【出願番号】特願2013-7567(P2013-7567)

(22)【出願日】2013年1月18日

(62)【分割の表示】特願2009-505600(P2009-505600)の分割

【原出願日】2007年4月11日

(65)【公開番号】特開2013-80962(P2013-80962A)

(43)【公開日】2013年5月2日

【審査請求日】2013年2月15日

(31)【優先権主張番号】60/790,606

(32)【優先日】2006年4月11日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/792,485

(32)【優先日】2006年4月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/792,635

(32)【優先日】2006年4月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/793,442

(32)【優先日】2006年4月20日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/795,103

(32)【優先日】2006年4月26日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/797,881

(32)【優先日】2006年5月5日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/798,258

(32)【優先日】2006年5月5日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/850,963

(32)【優先日】2006年10月11日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/850,845

(32)【優先日】2006年10月11日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/888,704

(32)【優先日】2007年2月7日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】308014846

【氏名又は名称】メルク パテント ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】バーク、ハワード

(72)【発明者】

【氏名】ブラーベック、クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】ゴーディアナ、ラッセル

(72)【発明者】

【氏名】キングスボロー、リチャード

(72)【発明者】

【氏名】シ、シァオボ

(72)【発明者】

【氏名】ウォラー、デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルダウフ、クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】ジュ、ジェングオ

【審査官】 和田 将彦

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／１２１２５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／０１７５３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００２−５２３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０３０８２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００５／０３１８９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００３−５１９２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１３３７０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５２３１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／１１２１６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００６−５２０５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 OHSHITA, J. et al.，MACROMOLECULES，２０００年，Vol.33, No.23，P.8890-8893

【文献】 Thin Solid Films，２００４年，Vol.451-452，p.515-517

【文献】 Applied Physics Letters，２００４年，Vol.85, No.23，p.5757-5759

【文献】 Hakan Usta et al，Dithienosilole− and Dibenzosilole−Thiophene Copolymers as Semiconductors for Organic Thin-Film Tra，JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，２００６年 ６月２３日，vol.128，pp.9034-9035

【文献】 Michelle S. Liu et al，Efficient Green-Light-Emitting Diodes from Silole-Containing Copolymers，Chemistry of Materials，２００３年，vol.15，pp.3496-3500

【文献】 Feng Wang et al，Conjugated Fluorene and Silole Copolymers: Synthesis, Characterization, Electronic Transition, Ligh，Macromolecules，２００５年，vol.38，pp.2253-2260

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／４２ − ５１／４８

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある再結合層と、
前記第１電極と前記再結合層の間にあって、第１の有機電子供与体材料と第１の有機電子受容体材料とを含んだ単一の層からなる第１光活性層と、
前記第２電極と前記再結合層の間にあって、第２の有機電子供与体材料と第２の有機電子受容体材料とを含んだ単一の層からなる第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記システムは光起電力システムとして構成されており、
前記第１の有機電子供与体材料、前記第１の有機電子受容体材料、前記第２の有機電子供与体材料、又は前記第２の有機電子受容体材料は、ポリシクロペンタジチオフェン共重合体を含み、
前記ポリシクロペンタジチオフェン共重合体は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有し、
前記第１のコモノマー繰り返し単位は、シクロペンタジチオフェン部分を含み、
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンズオキサゾール部分、またはベンズイミダゾール部分を含む、システム。

【請求項2】

前記システムはタンデム型光電池からなる請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

第２のコモノマー繰り返し単位は、式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（５）のシクロペンタジチオフェンモノオキシド部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）のチオフェンジオキシド部分、式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキシド部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）のチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）のチエノチオフェンジオキシド部分、式（１８）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分、式（３０）のオキサゾール部分、式（３１）のイミダゾール部分、式（３２）のピリミジン部分、式（３３）のベンズオキサゾール部分、または式（３４）のベンズイミダゾール部分を含み、

【化1】

ＸとＹの各々は独立して、ＣＨ_２、Ｏ、またはＳであり、Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、Ｒ_７とＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記再結合層がｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含むか、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料が１つの層に混合されている請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１のコモノマー繰り返し単位は、式（１）のシクロペンタジチオフェン部分を含み、

【化2】

Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にあって、第１の有機電子供与体材料と第１の有機電子受容体材料とを含んだ単一の層からなる第１光活性層と、
前記第２電極と前記第１光活性層の間にあって、第２の有機電子供与体材料と第２の有機電子受容体材料とを含んだ単一の層からなる第２光活性層と、
前記第１光活性層と前記第２光活性層の間にある第３、第４および第５の層とを備えるシステムであって、前記第５の層は前記第３の層と前記第４の層の間にあり、
前記システムは光起電力システムとして構成され、
前記第３、第４および第５の層は、使用時、前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち一方で生成する電子と、前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち他方で生成する正孔とが、前記第５の層で再結合するように構成されており、
前記第１の有機電子供与体材料、前記第１の有機電子受容体材料、前記第２の有機電子供与体材料、又は前記第２の有機電子受容体材料は、ポリシクロペンタジチオフェン共重合体を含み、
前記ポリシクロペンタジチオフェン共重合体は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有し、
前記第１のコモノマー繰り返し単位は、シクロペンタジチオフェン部分を含み、
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンズオキサゾール部分、またはベンズイミダゾール部分を含む、システム。

【請求項7】

前記第５の層は金属酸化物を含む請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化錫、および酸化亜鉛からなる群から選択される酸化物を含む請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第５の層は金属粒子を含む請求項６に記載のシステム。

【請求項10】

前記第３の層はｎ型半導体材料を含み、前記第４の層はｐ型半導体材料を含む請求項６に記載のシステム。

【請求項11】

前記ｐ型半導体材料は金属酸化物を含む請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記金属酸化物は、酸化銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ストロンチウムチタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記ｐ型半導体材料は、ｐドープされた金属酸化物を含む請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記ｐドープされた金属酸化物はｐドープ酸化亜鉛またはｐドープ酸化チタンを含む請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記ｎ型半導体材料は金属酸化物を含む請求項１０に記載のシステム。

【請求項16】

前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む請求項１０に記載のシステム。

【請求項18】

前記第３の層は前記第１光活性層と前記第５の層の間にある請求項１０に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年４月１１日に出願された米国仮出願第６０／７９０，６０６号、２００６年４月１７日に出願された米国仮出願第６０／７９２，４８５号、２００６年４月１７日に出願された米国仮出願第６０／７９２，６３５号、２００６年４月２０日に出願された米国仮出願第６０／７９３，４４２号、２００６年４月２６日に出願された米国仮出願第６０／７９５，１０３号、２００６年５月５日に出願された米国仮出願第６０／７９７，８８１号、２００６年５月５日に出願された米国仮出願第６０／７９８，２５８号、２００６年１０月１１日に出願された米国仮出願第６０／８５０，９６３号、２００６年１０月１１日に出願された米国仮出願第６０／８５０，８４５号、および２００７年２月７日に出願された米国仮出願第６０／８８８，７０４号に対して米国法典（Ｕ．Ｓ．Ｃ．）３５巻１１９条の下に優先権を主張するものである。これらの特許出願の全ての内容は参照によりここに組み込まれる。

【0002】

技術分野
本発明は、タンデム型光電池並びに関連する部品、システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

光電池（光起電力セル）は、光の形態のエネルギーを電気の形態のエネルギーに変換するために一般に使用される。典型的な光電池は、２つの電極間に配置される光活性材料を含む。一般に光は、光活性材料と相互に作用する電極の一方または両方を通過して電気を発生する。その結果、電極の一方または両方が光(例えば、光活性材料によって吸収され
る１以上の波長の光)を伝導する能力は、光電池の全体的な効率を制限する可能性がある
。半導体材料は、導電体材料よりも電気伝導率が低いものの、多くの導電体材料よりも多くの光を伝導することができるため、多くの光電池では、光が通過する電極を形成するために半導体材料(例えば、酸化インジウム錫)からなる膜が使用されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、タンデム型光電池並びに関連する部品、システムおよび方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある再結合層と、第１電極と再結合層の間にある第１光活性層と、第２電極と再結合層の間にある第２の光活性層とを備えるシステムを特徴とする。再結合層は第３、第４および第５の層を含む。第５の層は第３の層と第４の層の間にある。システムは光起電力システムとして構成されている。

【0006】

別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある第１光活性層と、第２電極と第１光活性層の間にある第２光活性層と、第１光活性層と第２光活性層の間にある第３、第４および第５の層とを備えるシステムを特徴とする。第５の層は第３の層と第４の層の間にある。第３、第４および第５の層は、使用時、第１光活性層と第２光活性層のうち一方で生成する電子と、第１光活性層と第２光活性層のうち他方で生成する正孔とが、第５の層で再結合するように構成されている。システムは光起電力システムとして構成されている。

【0007】

別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある
第１光活性層と、第２電極と第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムを特徴とする。第１光活性層と第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含む。第１のコモノマー繰り返し単位はシクロペンタジチオフェン部分を含む。システムはタンデム型光電池として構成されている。

【0008】

別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある第１光活性層と、第２電極と第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムを特徴とする。第１光活性層と第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含む。第１のコモノマー繰り返し単位はシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。システムは、タンデム型光電池として構成されている。

【0009】

別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある第１光活性層と、第２電極と第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムを特徴とする。第１光活性層と第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含む。第１のコモノマー繰り返し単位はシクロペンタジチオフェン部分を含む。システムは光起電力システムとして構成されている。

【0010】

別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある第１光活性層と、第２電極と第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムを特徴とする。第１光活性層と第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含む。第１のコモノマー繰り返し単位はシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。システムは光起電力システムとして構成されている。

【0011】

別の態様では、本発明は、基板上に第１光活性層を設けることと、第１光活性層の上に第２光活性層を設けることと、２つの電極の間に第１および第２光活性層を配置して光起電力システムを形成することとを備える方法を特徴とする。第１光活性層は有機電子供与体材料および有機電子受容体材料を含む。第２光活性層は無機半導体材料を含む。第１光活性層と第２光活性層のうち少なくとも１つは第１の液体ベースのコーティング工程によって設けられる。

【0012】

さらに別の態様では、本発明は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極の間にある第１光活性層および第２光活性層とを備えるシステムを特徴とする。第１光活性層は有機電子供与体材料および有機電子受容体材料を含む。第２光活性層は無機半導体材料を含んでいる。システムは光起電力システムとして構成されている。

【0013】

実施形態は、次の特徴のうち１つ以上を含みうる。
いくつかの実施形態では、第５の層は金属酸化物を含む。例えば、金属酸化物は、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化錫、酸化亜鉛、およびそれらの組合せからなる群から選択される酸化物を含みうる。特定の実施形態では、第５の層は金属粒子を含む。

【0014】

いくつかの実施形態では、第３の層はｎ型半導体材料を含み、第４の層はｐ型半導体材料を含む。
いくつかの実施形態では、ｐ型半導体材料はポリマーを含む。ポリマーは、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、
ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択しうる。

【0015】

いくつかの実施形態では、ｐ型半導体材料は金属酸化物を含む。例えば、金属酸化物は、酸化銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ストロンチウムチタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含みうる。特定の実施形態では、ｐ型半導体材料はｐドープされた金属酸化物（例えば、ｐドープ酸化亜鉛またはｐドープ酸化チタン）を含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、ｎ型半導体材料は金属酸化物を含む。例えば、金属酸化物は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される酸化物を含みうる。他の実施形態では、ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。

【0017】

いくつかの実施形態では、第３の層は第１光活性層と第５の層の間にある。
いくつかの実施形態では、システムは、第１光活性層と第１電極の間にある正孔キャリア層をさらに備える。正孔キャリア層は、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、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ネン、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含みうる。

【0018】

いくつかの実施形態では、システムは、第２光活性層と第２電極の間にある正孔ブロック層をさらに備える。正孔ブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物（例えば、酸化チタンまたは酸化亜鉛）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含みうる。

【0019】

いくつかの実施形態では、第５の層は半導体材料または導電体材料を含む。
いくつかの実施形態では、第１光活性層または第２光活性層は電子供与体材料および電子受容体材料を含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、電子供与体材料は、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む。例えば、電子供与体材料は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ））、ポリシクロペンタジチオフェン（例えば、ポリ（シクロペンタジチオフェン−コ−ベンゾチアジアゾール））、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含みうる。

【0021】

いくつかの実施形態では、電子受容体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジア
ゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。例えば、電子受容体材料は置換フラーレン（例えば、Ｃ６１−フェニル酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ））を含みうる。

【0022】

いくつかの実施形態では、第１光活性層は第１のバンドギャップを有し、第２の光活性層は第１のバンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する。
いくつかの実施形態では、第１電極と第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極を含む。

【0023】

いくつかの実施形態では、システムはタンデム型光電池を含む。
いくつかの実施形態では、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、およびＳＯ_２Ｒからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。例えば、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルで置換されている。特定の実施形態では、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は４位において置換されている。

【0024】

いくつかの実施形態では、第１のコモノマー繰り返し単位は、式（１）のシクロペンタジチオフェン部分または式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。

【0025】

【化1】

Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７およびＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒである。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。例えば、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_５およびＲ_６の各々は独立して、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルでありうる。

【0026】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、シクロペンタジチオフェン部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンズオキサゾール部分、またはベンズイミダゾール部分を含む。

【0027】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は、式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（５）のシクロペンタジチオフェンモノオキシド部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）のチオフェンジオキシド部分、式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキシド部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）のチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）のチエノチオフェンジオキシド部分、式（１８）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分、式（３０）のオキサゾール部分、式（３１）のイミダゾール部分、式（３２）のピリミジン部分、式（３３）のベンズオキサゾール部分、または式（３４）のベンズイミダゾール部分を含む。

【0028】

【化2】

上記の式中、ＸとＹの各々は独立して、ＣＨ_２、Ｏ、またはＳでありうる。Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒでありうる。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルでありうる。Ｒ_７とＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルでありうる。例えば、第２のコモノマー繰り返し単位は、Ｒ_５とＲ_６の各々がＨである式（２）のベンゾチアジアゾール部分を含む。

【0029】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は少なくとも３つのチオフェン部分（例えば、５つのチオフェン部分）を含む。特定の実施形態では、チオフェン部分の少なくとも１つは、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている。

【0030】

いくつかの実施形態では、ポリマーは第３のコモノマー繰り返し単位をさらに含む。第３のコモノマー繰り返し単位はチオフェン部分またはフルオレン部分を含みうる。チオフェン部分またはフルオレン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されうる。

【0031】

いくつかの実施形態では、システムは再結合層をさらに備えうる。再結合層はｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含みうる。いくつかの実施形態では、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料は１つの層に混合されている。特定の実施形態では、再結合層は２つの層を有し、一方の層はｐ型半導体材料を含み、他方の層はｎ型半導体材料を含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、第１光活性層は第１の液体ベースのコーティング工程によって設けられ、第２光活性層は第２の液体ベースのコーティング工程によって設けられる。第１または第２の液体ベースのコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含みうる。

【0033】

いくつかの実施形態では、有機電子供与体材料はポリマーを含む。ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリェニルビニレン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択されうる。例えば、有機電子供与体材料は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ））、ポリシクロペンタジチオフェン（例えば、ポリ（シクロペンタジチオフェン−コ−ベンゾチアジアゾール））、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含みうる。

【0034】

いくつかの実施形態では、有機電子受容体材料は、フラーレン、オキサジアゾール、炭素ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。例えば、有機電子受容体材料は置換フラーレン（例えば、Ｃ６１−フェニル酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ））を含みうる。

【0035】

いくつかの実施形態では、無機半導体材料は、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、砒化ガリウム、セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、またはセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）を含む。特定の実施形態では、無機半導体材料は無機ナノ粒子を含む。

【0036】

いくつかの実施形態では、方法は、第１光活性層と第２光活性層の間に再結合層を設けることをさらに備える。再結合層は第３の液体ベースのコーティング工程によって設けられうる。このコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含みうる。

【0037】

いくつかの実施形態では、システムは、第１光活性層が正孔キャリア層と第２光活性層の間にあるように正孔キャリア層を設けることをさらに含む。正孔キャリア層は第４の液体ベースのコーティング工程によって設けられうる。このコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含みうる。

【0038】

いくつかの実施形態では、システムは、第２光活性層が正孔ブロック層と第１光活性層の間にあるように正孔ブロック層を設けることをさらに含む。正孔ブロック層は第５の液体ベースのコーティング工程によって設けられうる。このコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含みうる。

【0039】

いくつかの実施形態では、方法はロールツーロール法を含む。
実施形態は、次の利点のうち１つ以上を提供しうる。
いくつかの実施形態では、上述の光起電力システム中の各層は、連続的なロールツーロール法において容易に使用することのできる液体ベースのコーティング工程によって製造
されうる。このようなプロセスは、光起電力システムを製造する費用を著しく低減することができる。

【0040】

いくつかの実施形態では、上述の光起電力システムは、交互に並んだ無機層と有機層を含みうる。無機層中の材料は一般に、有機層を塗布するために使用される溶剤に溶解せず、その逆も同様であるので、このような実施形態では、下層（無機層か有機層のいずれか）が、隣接する上層を塗布するために使用される溶剤によって損なわれることはない。

【0041】

いくつかの実施形態では、光活性層は、他の従来のポリマーのほとんどが利用することのできない電磁スペクトルの赤色領域および近赤外領域（例えば、６５０−８００ｎｍ）に吸収波長を有するポリマーのような、低バンドギャップ電子供与体または受容体材料を含みうる。このようなポリマーが従来の半導体ポリマー（例えば、Ｐ３ＨＴ）とともに光電池（例えば、タンデム型光電池）に組み込まれた場合、スペクトルのその領域において電池が光を吸収することができ、これにより電池の電流および効率が増大する。

【0042】

いくつかの実施形態では、第１光活性層と第２光活性層は、異なるバンドギャップを有する。したがって、一方の光活性層によって吸収されない光がもう一方の光活性層によって吸収されることができ、これにより光電池の効率が増大する。

【0043】

いくつかの実施形態では、無機の光活性層は、光起電力システムを損なう可能性のあるＵＶ光または太陽スペクトルの濃青色部分を除去するウィンドウ層として使用することができる。

【0044】

本発明の１つ又はそれ以上の実施形態の詳細は、添付の図面と以下の説明の中で述べられる。本発明の他の特徴、目的および利点はその説明、図面および請求項から明白になる。

【0045】

互いに異なる図面中の同様の参照符号は、同様の構成要素を示している。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】タンデム型光電池の一実施形態の断面図。

【図2】メッシュ電極の一実施形態の正面図。

【図3】図２のメッシュ電極の断面図。

【図4】タンデム型光電池の別の実施形態の断面図。

【図5】直列に電気的に接続された複数の光電池を含んだシステムの模式図。

【図6】並列に電気的に接続された複数の光電池を含んだシステムの模式図。

【図7】折り畳まれていない光起電力モジュールの断面図。

【図8】折り畳まれた光起電力モジュールの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１は、２つの半電池１０２，１０４を有するタンデム型光電池１００を示す。半電池１０２は、陰極１１０、正孔キャリア層１２０、光活性層１３０、ｎ型半導体層１４０および中間層１５０を備える。半電池１０４は、中間層１５０、ｐ型半導体層１６０、光活性層１７０、正孔ブロック層１８０および陽極１９０を備える。外部負荷は、陰極１１０および陽極１９０を介して光電池１００に接続される。ｎ型半導体層１４０、中間層１５０およびｐ型半導体層１６０は、再結合層として機能する。一般に再結合層は、第１の半電池で生成する電子が第２の半電池で生成する正孔と再結合するタンデム型光電池中の層をいう。ｎ型半導体層１４０はｎ型半導体材料を含み、ｐ型半導体層１６０はｐ型半導体材料を含む。一般に、ｎ型半導体材料は電子を選択的に輸送し、ｐ型半導体材料は正孔を選択的に輸送する。その結果として、第１の半電池で生成する電子は、第２の半電池で生
成する正孔と、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料の界面（例えば、中間層１５０）において再結合する。

【0048】

生産プロセスおよび所望の装置構造に応じて、半電池における電流の流れは、特定の層の電子／正孔の伝導度を変更すること（例えば、正孔ブロック層１８０を正孔キャリア層に変更すること、およびｐ型半導体層１６０をｎ型半導体層に変更すること）により逆転することができる。そうすることによって、タンデム型電池における半電池が直列または並列に電気的に相互接続することができるようにタンデム型光電池を設計することができる。

【0049】

いくつかの実施形態では、層１６０で使用されるｐ型半導体材料は、ポリマーおよび／または金属酸化物を含む。ｐ型半導体ポリマーの例としては、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体が挙げられる。金属酸化物は、真性ｐ型半導体（例えば、酸化銅、酸化ストロンチウム銅、または酸化ストロンチウムチタン）、あるいはドーパントでドープした後にｐ型半導体を形成する金属酸化物（例えば、ｐドープ酸化亜鉛またはｐドープ酸化チタン）でありうる。ドーパントの例としては、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物の塩または酸が挙げられる。いくつかの実施形態では、金属酸化物は、ナノ粒子の形態で使用することができる。

【0050】

中間層１５０は一般に、電子と正孔の再結合を促進する材料を含む。特定の実施形態では、層１５０は、光活性層１３０，１７０で生成する電子および正孔のほぼすべてが層１５０において再結合するような材料を含む。いくつかの実施形態では、層１５０は半導体材料または導電体材料を含む。例えば、層１５０は、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化錫、酸化亜鉛、およびそれらの組み合わせのような、半導体金属酸化物を含みうる。特定の実施形態では、層１５０は非化学量論の金属酸化物を含みうる。いくつかの実施形態では、層１５０中の金属酸化物は、金属（例えば、アルミニウムまたはニオブ）、またはフッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物の塩または酸のようなドーパントを含みうる。層１５０はまた、鉄、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナ、チタン、およびそれらの合金のような導電性の金属粒子を含みうる。

【0051】

いくつかの実施形態では、中間層１５０中の材料はナノ粒子の形態をしている。特定の実施形態では、ナノ粒子は、少なくとも約０．１ｎｍ（例えば、少なくとも約０．５ｎｍ、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、または少なくとも約１０ｎｍ）および／または最大約１００ｎｍ（例えば、最大約５０ｎｍ、最大約１０ｎｍ、最大約５ｎｍ、または最大約１ｎｍ）の平均粒径を有する。特定の実施形態では、中間層１５０中の材料はナノチューブの形態をしている。

【0052】

理論に縛られることを望まないが、中間層１５０は光吸収およびプラズモン励起を促進すると考えられる。理論に縛られることを望まないが、中間層１５０は、層１４０，１５０，１６０を含む再結合層における電子と正孔の再結合を増強するとも考えられる。

【0053】

いくつかの実施形態では、層１４０で使用されるｎ型半導体材料は、酸化チタン、酸化
亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせのような金属酸化物を含む。金属酸化物は、ナノ粒子の形態で使用することができる。他の実施形態では、ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。

【0054】

層１４０，１５０，１６０の各々は一般に十分な厚みを有し、その真下の層はその上に塗布されるあらゆる溶剤から保護される。いくつかの実施形態では、層１４０，１５０，１６０の各々は、少なくとも約１０ｎｍ（例えば、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、または少なくとも約１００ｎｍ）および／または、最大約５００ｎｍ（例えば、最大約２００ｎｍ、最大約１５０ｎｍ、または最大約１００ｎｍ）の厚さを有しうる。

【0055】

一般に、層１４０，１５０，１６０の各々は、実質的に透明である。例えば、タンデム型光電池の動作時に使用される波長または波長域（例えば、約３５０ｎｍから約１，０００ｎｍまで）において、層１４０，１５０，１６０の各々は、タンデム型光電池１００で使用される厚さで、入射光の少なくとも約７０％（例えば、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）を透過しうる。

【0056】

層１４０，１５０，１６０の各々は一般に十分に低い抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、層１４０，１５０，１６０の各々は、最大約１×１０^６オーム／平方（例えば、最大約５×１０^５オーム／平方、最大約２×１０^５オーム／平方、または最大約１×１０^５オーム／平方）の抵抗率を有する。

【0057】

理論に縛られたくないが、層１４０，１６０は、半電池１０２および半電池１０４の電極とそれぞれ見なすことができ、層１５０は、これらの２つの半電池の共有電極と見なすことができると考えられる。

【0058】

光電池１００の他の部品に移ると、陰極１１０は一般に、導電体材料から形成される。導電体材料の例としては、導電性金属、導電性合金、および導電性ポリマーが挙げられる。典型的な導電性金属には、鉄、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、プラチナおよびチタンが含まれる。典型的な導電性合金には、ステンレス鋼（例えば、３３２ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼）、金合金、銀合金、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、パラジウム合金、プラチナ合金およびチタン合金が含まれる。典型的な導電性ポリマーには、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（例えば、ドープされたポリアニリン）、ポリピロール（例えば、ドープされたポリピロール）が含まれる。いくつかの実施形態では、導電体材料の組み合わせが使用される。

【0059】

いくつかの実施形態では、陰極１１０はメッシュ電極を含みうる。メッシュ電極の例は、共同所有されている同時係属中の米国特許出願公開第２００４０１８７９１１号および第２００６００９０７９１号に記載されており、これらの内容は参照によりここに組み込まれる。

【0060】

図２，３は、固体領域１１２および開放領域１１４を備えるメッシュ陰極１１０を示す。一般に領域１１２は、メッシュ陰極１１０が領域１１４によって光を通過し、かつ領域１１２によって電子を伝導することができるように、導電体材料から形成されている。

【0061】

メッシュ陰極１１０のうち開放領域１１４（メッシュ陰極１１０の空隙部分）が占める面積は適宜に選択することできる。一般にメッシュ陰極１１０の開放領域は、メッシュ陰極１１０の全面積の少なくとも約１０％（例えば、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７
０％、少なくとも約８０％）および／または最大約９９％（例えば、最大約９５％、最大約９０％、最大約８５％）である。

【0062】

メッシュ陰極１１０は種々の方法で製造することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０は、固体領域１１２を形成する材料からなるワイヤを編むことにより形成された編み込みメッシュである。ワイヤは、例えば、平織、オランダ織り、あや織、オランダあや織、またはそれらの組み合わせを使用して編むことができる。特定の実施形態では、メッシュ陰極１１０は溶接金網から形成される。いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０は展伸メッシュから形成される。展伸（expanded）金属メッシュは、例えば、シート状の材料（例えば、金属などの導電体材料）から領域１１４を取り除き（例えば、レーザー除去、化学エッチング、穿孔によって）、その後にシートを延伸する（例えば、二次元にシートを延伸する）ことにより製造することができる。特定の実施形態では、メッシュ陰極１１０は、領域１１４を取り除き（例えば、レーザー除去、化学エッチング、穿孔によって）、その後にシートを延伸することなく形成される金属板である。

【0063】

特定の実施形態では、固体領域１１２は、前述したような導電体材料から全体に形成される（例えば、領域１１２は、導電性のほぼ均質な材料から形成される）。いくつかの実施形態では、固体領域１１２は、平方当たり約３オーム未満の抵抗率を有することができる。

【0064】

いくつかの実施形態では、固体領域１１２は、第１の材料から形成され、第１の材料と異なる第２の材料で覆われている（例えば、金属化を使用して、または蒸着を使用して）。一般に、第１の材料は任意の所望の材料（例えば、電気絶縁体材料、導電体材料、または半導体材料）から構成することができ、第２の材料は導電体材料である。第１の材料を構成することのできる電気絶縁体材料の例としては、織物、光ファイバー材料、ポリマー材料（例えば、ナイロン）、および天然材料（例えば、亜麻、綿、羊毛、絹）が挙げられる。第１の材料を構成することのできる導電体材料の例としては、先に開示した導電体材料が挙げられる。第１の材料を構成することのできる半導体材料の例としては、酸化インジウム錫、フッ素化された酸化錫、酸化錫、および酸化亜鉛が挙げられる。いくつかの実施形態では、第１の材料はファイバーの形態であり、第２の材料は、第１の材料の上に被覆される導電体材料である。特定の実施形態では、第１材料は、メッシュ状に形成された後に第２の材料で被覆されたメッシュ（上記の説明を参照）の形態である。一例として、第１の材料を展伸金属メッシュ、第２の材料を展伸金属メッシュの上に被覆されたＰＥＤＯＴとすることができる。

【0065】

一般に、メッシュ陰極１１０の最大厚さは、正孔キャリア層１２０の全厚みよりも小さいべきである。典型的には、メッシュ陰極１１０の最大厚さは、少なくとも０．１ミクロン（例えば、少なくとも約０．２ミクロン、少なくとも約０．３ミクロン、少なくとも約０．４ミクロン、少なくとも約０．５ミクロン、少なくとも約０．６ミクロン、少なくとも約０．７ミクロン、少なくとも約０．８ミクロン、少なくとも約０．９ミクロン、少なくとも約１ミクロン）および／または最大約１０ミクロン（例えば、最大約９ミクロン、最大約８ミクロン、最大約７ミクロン、最大約６ミクロン、最大約５ミクロン、最大約４ミクロン、最大約３ミクロン、最大約２ミクロン）である。

【0066】

矩形形状を有するように図２に示したが、開放領域１１４は一般に、任意の所望の形状（例えば、四角形、円形、半円形、三角形、ダイヤモンド形、楕円形、台形、不定形）でありうる。いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０中の異なる開放領域１１４は、異なる形状を有しうる。

【0067】

正方形の断面形状を有するように図３に示したが、固体領域１１２は一般に、任意の所
望の形状（例えば、長方形、円形、半円形、三角形、ダイヤモンド形、楕円形、台形、不定形）でありうる。いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０中の異なる固体領域１１２は、異なる形状を有しうる。固体領域１１２が円形の断面を有する実施形態では、その断面は約５ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲の直径を有しうる。固体領域１１２が台形の断面を有する実施形態では、その断面は約０．１ミクロンから約５ミクロンまでの範囲の高さと、約５ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲の幅を有しうる。

【0068】

いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０は可撓性（例えば、連続的なロールツーロール製造法を使用して光電池１００に組み込むのに十分な可撓性）である。特定の実施形態では、メッシュ陰極１１０は半剛性または非可撓性である。いくつかの実施形態では、メッシュ陰極１１０の異なる領域は、可撓性、半剛性または非可撓性（例えば、可撓性を有する１つ以上の領域と半剛性を有する１つ以上の別の領域、可撓性を有する１つ以上の領域と非可撓性を有する１つ以上の別の領域）でありうる。

【0069】

一般に、メッシュ電極１１０は基板（図１には示されていない）の上に配置することができる。いくつかの実施形態では、メッシュ電極１１０は、基板に部分的に埋め込まれうる。

【0070】

基板は一般に、透明材料から形成される。基板を形成することのできる典型的な材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、高分子炭化水素、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルおよびポリエーテルケトンが挙げられる。特定の実施形態では、ポリマーはフッ素化ポリマーでありうる。いくつかの実施形態では、高分子材料の組み合わせが使用される。特定の実施形態では、基板の異なる領域を異なる材料から形成することができる。

【0071】

一般に、基板は、可撓性、半剛性、または剛性（例えば、ガラス）でありうる。いくつかの実施形態では、基板は約５，０００メガパスカル未満（例えば、１，０００メガパスカル未満または５００メガパスカル未満）の曲げ弾性率を有する。特定の実施形態では、基板の異なる領域は、可撓性、半剛性または非可撓性（例えば、可撓性を有する１つ以上の領域と半剛性を有する１つ以上の別の領域、可撓性を有する１つ以上の領域と非可撓性を有する１つ以上の別の領域）でありうる。

【0072】

典型的には、基板は、厚さが少なくとも約１ミクロン（例えば、少なくとも約５ミクロン、少なくとも約１０ミクロン）および／または最大約１０００ミクロン（例えば、最大約５００ミクロン、最大約３００ミクロン、最大約２００ミクロン、最大約１００ミクロン、最大約５０ミクロン）である。

【0073】

一般に、基板は着色されていてもよいし、着色されていなくてもよい。いくつかの実施形態では、基板の１つ以上の部分が着色されている一方、基板の１つ以上の別の部分は着色されていない。

【0074】

基板は、１つの平坦面（例えば、光が当たる面）または２つの平坦面（例えば、光が当たる面とその反対側の面）を有してもよいし、平坦面を有さなくてもよい。基板の非平坦面は、例えば、湾曲または段差でありうる。いくつかの実施形態では、基板の非平坦面はパターン化されている（例えば、フレネルレンズ、レンチキュラレンズまたはレンチキュラプリズムを形成するパターン化ステップを有する）。

【0075】

正孔キャリア層１２０は一般に、タンデム型光電池１００で使用される厚さで、陰極１１０に正孔を輸送し、かつ陰極１１０への電子の輸送を実質的に遮断する材料から形成される。層１２０を形成することのできる材料の例としては、ポリチオフェン（例えば、Ｐ
ＥＤＯＴ）、ポリアニリン、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ネン、およびそれらの共重合体が挙げられる。いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１２０は、正孔キャリア材料の組み合わせを含むことができる。

【0076】

一般に、正孔キャリア層１２０（すなわち、光活性層１３０に接する正孔キャリア層１２０の面と正孔キャリア層１２０に接する陰極１１０の面の間の距離）の厚みは適宜に変更することができる。典型的には、正孔キャリア層１２０の厚みは、少なくとも０．０１ミクロン（例えば、少なくとも約０．０５ミクロン、少なくとも約０．１ミクロン、少なくとも約０．２ミクロン、少なくとも約０．３ミクロン、または少なくとも約０．５ミクロン）および／または最大約５ミクロン（例えば、最大約３ミクロン、最大約２ミクロン、または最大約１ミクロン）である。いくつかの実施形態では、正孔キャリア層１２０の厚みは約０．０１ミクロンから約０．５ミクロンである。

【0077】

光活性層１３０，１７０のうち少なくとも１つ（例えば、両方の層１３０，１７０）は、電子受容体材料（例えば、有機電子受容体材料）および電子供与体材料（例えば、有機電子供与体材料）を含むことができる。いくつかの実施形態では、光活性層１３０，１７０のうち少なくとも１つ（例えば、両方の層１３０，１７０）は無機半導体材料を含むことができる。特定の実施形態では、光活性層１３０，１７０のうち一方は有機電子受容体材料および有機電子供与体材料を含み、光活性層１３０，１７０のうち他方は無機半導体材料を含む。

【0078】

電子受容体材料の例としては、フラーレン、オキサジアゾール、炭素ナノロッド、ディスコティック液晶、無機ナノ粒子（例えば、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／または硫化鉛からなるナノ粒子）、無機ナノロッド（例えば、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／または硫化鉛からなるナノロッド）、または電子を受容することあるいは安定した陰イオンを形成することのできる部分を含んだポリマー（例えば、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー）が挙げられる。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（例えば、ＰＣＢＭ）である。いくつかの実施形態では、電子受容体材料の組み合わせを光活性層１３０，１７０で使用することができる。

【0079】

電子供与体材料の例としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体のような共役ポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、電子供与体材料は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ））、ポリシクロペンタジチオフェン、およびそれらの共重合体でありうる。特定の実施形態では、電子供与体材料の組み合わせを光活性層１３０，１７０で使用することができる。

【0080】

いくつかの実施形態では、電子供与体材料または電子受容体材料は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含むことができる。第１のコモノマー繰り返し単位は、シクロペンタジチオフェン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、シクロペンタジチアゾール部
分、チアゾロチアゾール部分、チアゾール部分、ベンゾチアジアゾール部分、チオフェンオキシド部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ポリチアジアゾロキノキサリン部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、またはテトラヒドロイソインドール部分を含むことができる。

【0081】

いくつかの実施形態では、第１のコモノマー繰り返し単位は、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。いくつかの実施形態では、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、およびＳＯ_２Ｒからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されており、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。例えば、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルで置換することができる。特定の実施形態では、シクロペンタジチオフェン部分またはシラシクロペンタジチオフェン部分は４位において置換される。

【0082】

いくつかの実施形態では、第１のコモノマー繰り返し単位は、式（１）のシクロペンタジチオフェン部分または式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。

【0083】

【化3】

ここで、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７およびＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒである。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。例えば、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_５およびＲ_６の各々は独立して、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルでありうる。

【0084】

アルキルは、飽和または不飽和であってもよく、分岐または直鎖であってもよい。Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルは１〜２０の炭素原子（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０の炭素原子）を含む。アルキル部分の例としては、−ＣＨ_３、−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２＝ＣＨ_２−、−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２、および分岐−Ｃ_３Ｈ_７が挙げられる。アルコキシは、分岐または直鎖であってもよく、飽和または不飽和であってもよい。Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシは、酸素ラジカルおよび１〜２０の炭素原子（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０の炭素原子）を含む。アルコキシ部分の例としては、−ＯＣＨ_３および−ＯＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ_３が挙げられる。シクロアルキルは、飽和または不飽和のいずれかであってもよい。Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキルは３〜２０の炭素原子（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０の炭素原子）を含む。
シクロアルキル部分の例としては、シクロヘキシルおよびシクロヘキセン−３−イルが挙げられる。ヘテロシクロアルキルもまた、飽和または不飽和のいずれかであってもよい。Ｃ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルは、少なくとも１つの環ヘテロ原子（例えば、Ｏ、ＮおよびＳ）および３〜２０の炭素原子（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０の炭素原子）を含む。ヘテロシクロアルキル部分の例としては、４−テトラヒドロピラニルおよび４−ピラニルが挙げられる。アリールは１つ以上の芳香環を含むことができる。アリール部分の例としては、フェニル、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、ピレニル、アントリルおよびフェナントリルが挙げられる。ヘテロアリールは１つ以上の芳香環を含むことができ、そのうちの少なくとも１つは少なくとも１つの環ヘテロ原子（例えば、Ｏ、ＮおよびＳ）を含む。ヘテロアリール部分の例としては、フリル、フリレン、フルオレニル、ピロリル、チエニル、オキサゾリル、イミダゾリル、チアゾリル、ピリジル、ピリミジニル、キナゾリニル、キノリル、イソキノリルおよびインドリルが挙げられる。

【0085】

ここで述べるアルキル、アルコキシ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリールは、特に断りのない限り、置換部分および未置換部分の両方を含む。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリール上の置換基の例としては、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、Ｃ_１−Ｃ_１０アルキルアミノ、Ｃ_１−Ｃ_２０ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、ヒドロキシル、ハロゲン、チオ、Ｃ_１−Ｃ_１０アルキルチオ、アリールチオ、Ｃ_１−Ｃ_１０アルキルスルホニル、アリールスルフォニル、シアノ、ニトロ、アシル、アシルオキシ、カルボキシルおよびカルボン酸エステルが挙げられる。アルキルまたはアルコキシ上の置換基の例としては、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル以外の上記置換基の全てが挙げられる。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリールはまた融合基（fused groups）を含む。

【0086】

第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、シクロペンタジチオフェン部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンズオキサゾール部分またはベンズイミダゾール部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は３，４−ベンゾ−１，２，５−チアジアゾール部分である。

【0087】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は、式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（５）のシクロペンタジチオフェンモノオキシド部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）のチオフェンジオキシド部分、式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキシド部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）のチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）のチエノチオフェンジオキシド部分、式（１８）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフ
ェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分、式（３０）のオキサゾール部分、式（３１）のイミダゾール部分、式（３２）のピリミジン部分、式（３３）のベンズオキサゾール部分、または式（３４）のベンズイミダゾール部分を含むことができる。

【0088】

【化4】

上式中、ＸとＹの各々は独立して、ＣＨ_２、ＯまたはＳである。Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒである。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。Ｒ_７とＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は、Ｒ_５とＲ_６の各々がＨである式（２）のベンゾチアジアゾール部分を含む。

【0089】

第２のコモノマー繰り返し単位は少なくとも３つのチオフェン部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、チオフェン部分のうち少なくとも１つは、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている。特定の実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位は５つのチオフェン部分を含む。

【0090】

ポリマーは、チオフェン部分またはフルオレン部分を含んだ第３のコモノマー繰り返し単位をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、チオフェン部分またはフルオレン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリー
ル、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている。

【0091】

いくつかの実施形態では、ポリマーは、第１、第２および第３のコモノマー繰り返し単位のいずれかの組み合わせによって形成することができる。特定の実施形態では、ポリマーは、第１、第２および第３のコモノマー繰り返し単位のうちのいずれかを含んだホモポリマーでありうる。

【0092】

いくつかの実施形態では、ポリマーは、ｎが１よりも大きい整数であることのできる

【0093】

【化5】

でありうる。

【0094】

ここで述べるポリマーを製造するためのモノマーは１つ以上の非芳香族二重結合および
１つ以上の不斉中心を含みうる。したがって、それらはラセミ化合物およびラセミ混合物、単一の鏡像異性体、個別のジアステレオマー、ジアステレオマー混合物、およびシスまたはトランス−異性体形態として生じうる。そのようなすべての異性体が意図される。

【0095】

上述のポリマーは、共同所有されている同時係属中の米国出願第１１／６０１，３７４号に記載のもののような当技術分野において公知の方法によって製造することができ、その内容は参照によりここに組み込まれる。例えば、共重合体は、遷移金属触媒の存在下における２つのアルキルスタニル基を含んだ１つ以上のコモノマーと２つのハロ基を含んだ１つ以上のコモノマーの間の架橋反応によって製造することができる。別の例として、共重合体は、遷移金属触媒の存在下における２つのホウ酸塩基を含んだ１つ以上のコモノマーと２つのハロ基を含んだ１つ以上のコモノマーの間の架橋反応によって製造することができる。コモノマーは、ここに記載の方法によって、あるいは米国特許出願第１１／４８６，５３６号、ＣｏｐｐｏらのＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（２００３年、３６巻、２７０５−２７１１ページ）、ＫｕｒｔらのＪ．Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌ Ｃｈｅｍ．（１９７０年、６巻、６２９ページ）に記載のもののような当技術分野において公知の方法によって製造することができ、これらの内容は参照によりここに組み込まれる。

【0096】

理論に縛られることを望まないが、上述のポリマーの利点は、それらの吸収波長が、他の従来のポリマーのほとんどが利用することのできない電磁スペクトルの赤色領域および近赤外領域（例えば、６５０−８００ｎｍ）にシフトすることであると考えられる。このようなポリマーが従来の半導体ポリマー（例えば、Ｐ３ＨＴ）とともに光電池（例えば、タンデム型光電池）に組み込まれた場合、スペクトルのその領域において電池が光を吸収することができ、これにより電池の電流および効率が増大する。

【0097】

いくつかの実施形態では、ポリマーのＨＯＭＯ準位は、光電池（例えば、ポリマー−フラーレン電池またはタンデム型電池）の中の電子受容体（例えば、ＰＣＢＭ）のＬＵＭＯに対して正確に定められることができ、高電池電圧を可能にする。ポリマーのＬＵＭＯは、光電池の中の電子受容体の伝導帯に対して正確に定めることができ、これにより電子受容体への電子の効率的な移動がもたらされる。例えば、約１．４−１．６ｅＶのバンドギャップを有するポリマーの使用によって、電池電圧を大きく向上することができる。電池の性能、特に効率は、光電流の増大および電池電圧の増大の両方から利することができ、１５％またはそれ以上の効率にまで至ることができる。ポリマーの正電荷移動性は比較的高くてもよく、およそ１０^−４から１０^−１ｃｍ^２／Ｖｓの範囲である。一般に、比較的高い正電荷移動性は、比較的速い電荷分離を可能にする。ポリマーはまた、有機溶媒および／またはフィルム成形において可溶であってもよい。さらに、ポリマーは光学的に非散乱であってもよい。

【0098】

いくつかの実施形態では、光活性層１３０は第１のバンドギャップを有し、光活性層１７０は第１のバンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する。このような実施形態では、一方の光活性層によって吸収されない光がもう一方の光活性層によって吸収されることができ、これにより光電池１００の効率が増大する。

【0099】

一般に、光活性層１３０，１７０は、対応する電子および正孔を形成するべくその上に衝突する光子の吸収を比較的効率的にするために十分に厚く、かつ正孔と電子の輸送を比較的効率的にするために十分に薄い。特定の実施形態では、光活性層１３０，１７０は、厚さが少なくとも０．０５ミクロン（例えば、少なくとも約０．１ミクロン、少なくとも約０．２ミクロン、少なくとも約０．３ミクロン）および／または最大約１ミクロン（例えば、最大約０．５ミクロン、最大約０．４ミクロン）である。いくつかの実施形態では、光活性層１３０，１７０は、厚さが約０．１ミクロンから約０．２ミクロンである。

【0100】

いくつかの実施形態では、光活性層１３０，１７０のうち一方または両方は無機半導体材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、無機半導体材料は、ＩＶ族半導体材料、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料、カルコゲン半導体材料、および半導体金属酸化物を含む。ＩＶ族半導体材料の例としては、アモルファスシリコン、結晶シリコン（例えば、微結晶シリコンまたは多結晶シリコン）、およびゲルマニウムを含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の例としては、砒化ガリウムおよびリン化インジウムが挙げられる。ＩＩ−ＶＩ族半導体材料の例としては、セレン化カドミウムおよびテルル化カドミウムが挙げられる。カルコゲン半導体材料の例としては、セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）およびセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）が挙げられる。半導体金属酸化物の例としては、酸化銅、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ストロンチウム銅、または酸化ストロンチウムチタンが挙げられる。特定の実施形態では、半導体のバンドギャップはドーピングによって調整することができる。いくつかの実施形態では、無機半導体材料は無機ナノ粒子を含むことができる。

【0101】

理論に縛られることを望まないが、光活性層１３０，１７０がほぼ同じ量の電流を生成する場合にタンデム型光電池１００は最も高い効率を達成すると考えられる。
正孔ブロック層１８０は一般に、光電池１００で使用される厚さで、陽極１９０に電子を輸送し、かつ陽極１９０への正孔の輸送を実質的に遮断する材料から形成される。正孔ブロック層１８０を形成することのできる材料の例としては、ＬｉＦ、金属酸化物（例えば、酸化亜鉛、酸化チタン）、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

【0102】

典型的には、正孔ブロック層１８０は、厚さが少なくとも０．０２ミクロン（例えば、少なくとも約０．０３ミクロン、少なくとも約０．０４ミクロン、少なくとも約０．０５ミクロン）および／または最大約０．５ミクロン（例えば、最大約０．４ミクロン、最大約０．３ミクロン、最大約０．２ミクロン、最大約０．１ミクロン）である。

【0103】

陽極１９０は一般に、上述の導電体材料のうちの１つ以上のような導電体材料から形成される。いくつかの実施形態では、陽極１９０は導電体材料の組み合わせから形成される。特定の実施形態では、陽極１９０はメッシュ電極から形成することができる。

【0104】

いくつかの実施形態では、陽極１９０は基板（図１には示されていない）によって包囲することができる。基板は、陰極１１０に隣接する基板と同じ材料から形成してもよく、あるいは同じ特性を有してもよい。

【0105】

一般に、正孔キャリア層１２０、光活性層１３０、ｎ型半導体層１４０、中間層１５０、ｐ型半導体層１６０、光活性層１７０および正孔ブロック層１８０の各々は、液体ベースのコーティング工程によって製造することができる。ここで述べる「液体ベースのコーティング工程」という用語は、液体ベースのコーティング組成物を使用するプロセスをいう。液体ベースのコーティング組成物の例としては、溶液、分散液または懸濁液が挙げられる。液体ベースのコーティング組成物の濃度は一般に、適宜に調整することができる。いくつかの実施形態では、コーティング組成物の所望の粘度またはコーティングの所望の厚みを達成するために濃度を調節することができる。層１２０−１８０の各々で使用される材料は一般に、隣接する層で使用される材料を溶解しない溶剤に溶解または分散させることが可能である。

【0106】

液体ベースのコーティング工程は、以下の工程のうち少なくとも１つを使用して行なうことができる。溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷。理論に縛られることを望まないが、液体ベースのコーティング工程はロールツー
ロール法のような連続生産プロセスで容易に使用することができ、これにより光電池を製造する時間および費用を大きく減らすことができると考えられる。ロールツーロール法の例は、例えば、共同所有されている同時係属中の米国特許出願第１１／１３４，９２１号、米国特許出願第１０／３９５，８２３号および米国特許出願第１１／１２７，４３９号に記載されており、これらの内容は参照によりここに組み込まれる。

【0107】

いくつかの実施形態では、層１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１８０が無機半導体ナノ粒子を含む場合、液体ベースのコーティング工程は、（１）ナノ粒子（例えば、ＣＩＳまたはＣＩＧＳナノ粒子）を溶剤（例えば、水性溶媒または無水アルコール）に混合して分散液を形成すること、（２）基板上に分散液を塗布すること、および（３）塗布した分散液を乾燥することによって行なうことができる。特定の実施形態では、無機金属酸化物ナノ粒子を含んだ層を製造するための液体ベースのコーティング工程は、（１）適切な溶剤（例えば、無水アルコール）に前駆物質（例えば、チタン塩）を分散させて分散液を形成すること、（２）光活性層の上に分散液を塗布すること、（３）分散液を加水分解して無機半導体ナノ粒子層（例えば、酸化チタンナノ粒子層）を形成すること、および（４）無機半導体材料層を乾燥することによって行なうことができる。特定の実施形態では、液体ベースのコーティング工程はゾルゲル法によって行なうことができる。

【0108】

一般に、有機半導体材料を含んだ層を製造するために使用される液体ベースのコーティング工程は、無機半導体材料を含んだ層を製造するために使用されるものと同じであってもよいし、異なってもよい。いくつかの実施形態では、層１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１８０が有機半導体材料を含む場合、液体ベースのコーティング工程は、有機半導体材料を溶剤（例えば、有機溶媒）に混合して溶液または分散液を形成すること、基板上に溶液または分散液を塗布すること、および塗布した溶液または分散液を乾燥することによって行なうことができる。例えば、有機光活性層は、適切な溶剤（例えば、キシレン）に電子供与体材料（例えば、Ｐ３ＨＴ）および電子受容体材料（例えばＰＣＢＭ）を混合して分散液を形成すること、基板上に分散液を塗布すること、および塗布した分散液を乾燥することによって製造することができる。

【0109】

液体ベースのコーティング工程は、高温（例えば、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約２００℃、または少なくとも約３００℃）で行なうことができる。温度は、使用されるコーティング工程およびコーティング組成物などの様々な要因に応じて調節することができる。例えば、無機ナノ粒子を含んだ層を製造する場合には、ナノ粒子は高温（例えば、少なくとも約３００℃）で焼結されて相互に結合したナノ粒子を形成しうる。一方、高分子連結剤（例えば、ポリ（ｎ−ブチルチタネート））を無機ナノ粒子に加える場合、焼結法は低い温度（例えば、約３００℃未満）で行うことができる。

【0110】

いくつかの実施形態では、図１に記載の中間層１５０をタンデム型光電池から省くことができる。例えば、図４は、陰極４１０、正孔キャリア層４２０、光活性層４３０、再結合層４５０、光活性層４７０、正孔ブロック層４８０、陽極４９０、および陰極４１０および陽極４９０を介して光電池４００に接続される外部負荷を備えたタンデム型光電池４００を示す。再結合層４５０は、ｎ型半導体材料を含んだ層４４０と、ｐ型半導体材料を含んだ層４６０とを備える。

【0111】

いくつかの実施形態では、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料は１つの層に混合されている。このような実施形態では、層４４０，４６０は一層の再結合層４５０になる。
いくつかの実施形態では、再結合層４５０は、少なくとも約３０重量％（例えば、少なくとも約４０重量％または少なくとも約５０重量％）および／または最大約７０重量％（例えば、最大約６０重量％または最大約５０重量％）のｐ型半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、再結合層１４０は、少なくとも約３０重量％（例えば、少なくとも約４
０重量％または少なくとも約５０重量％）および／または最大約７０重量％（例えば、最大約６０重量％、または最大約５０重量％）のｎ型半導体材料を含む。

【0112】

いくつかの実施形態では、二層の再結合層は、ｎ型半導体材料の層とｐ型半導体材料の層を別々に塗布することによって製造することができる。例えば、ｎ型半導体材料として酸化チタンナノ粒子を使用する場合には、酸化チタンナノ粒子の層は、（１）溶剤（例えば、無水アルコール）に前駆物質（例えば、チタン塩）を分散させて分散液を形成すること、（２）光活性層の上に分散液を塗布すること、（３）分散液を加水分解して酸化チタン層を形成すること、および（４）酸化チタン層を乾燥することによって形成することができる。別の例として、ｐ型半導体としてポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ）を使用する場合には、ポリマー層は、溶剤（例えば、無水アルコール）にポリマーをまず溶解させて溶液を形成し、その後に光活性層の上に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、一層の再結合層は、光活性層の上にｎ型半導体材料とｐ型半導体材料の混合物を塗布することによって製造することができる。例えば、ｎ型半導体とｐ型半導体を溶剤にまず分散および／または溶解させて分散液または溶液を形成し、その後に光活性層の上に分散液または溶液を塗布することにより、再結合層を形成することができる。上述のコーティング工程は、上述の液体ベースのコーティング工程のうち少なくとも１つを使用することにより達成することができる。

【0113】

いくつかの実施形態では、光起電力システムを形成するべく複数のタンデム型光電池を電気的に接続することができる。一例として、図５は、複数のタンデム型光電池５２０を含んだモジュール５１０を有する光起電力システム５００の模式図である。電池５２０は直列に電気的に接続されており、システム５００は負荷５３０に電気的に接続されている。別の例として、図６は、複数のタンデム型光電池６２０を含んだモジュール６１０を有する光起電力システム６００の模式図である。電池６２０は並列に電気的に接続されており、システム６００は負荷６３０に電気的に接続されている。いくつかの実施形態では、光起電力システム中のタンデム型光電池のうちのいくつか（例えば、すべて）が１つ以上の共通基板を有してもよい。特定の実施形態では、光起電力システム中のいくつかのタンデム型光電池が直列に電気的に接続され、かつ光起電力システム中のいくつかのタンデム型光電池が並列に電気的に接続されている。

【0114】

いくつかの実施形態では、複数のタンデム型光電池を電気的および／または機械的に接続して光起電力モジュールを形成することができる。図７は、複数のタンデム型光電池７１０，７２０を含んだ折り畳まれていない光起電力モジュール７００の断面図を示す。タンデム型光電池７１０，７２０の各組は、角度θを有するＶ字部分を形成する。角度θは一般に、Ｖ字部分の一方の面の上の１つのタンデム型光電池によって吸収されない入射光が、同じＶ字部分の他方の面の上のタンデム型光電池に向けて反射されることを可能にする。いくつかの実施形態では、角度θは、少なくとも約５°（例えば、少なくとも約１０°、少なくとも約３０°、少なくとも約５０°、少なくとも約７０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１５０°、または少なくとも約１７０°）および／または最大約１７５°（例えば、最大約１６０°、最大約１４０°、最大約１２０°、最大約１００°、最大約８０°、最大約６０°、最大約４０°、または最大約２０°）である。いくつかの実施形態では、角度θは６０°である。特定の実施形態では、１つのＶ字部分の角度θは、別のＶ字部分の角度θと異なってもよい。特定の実施形態では、１つのＶ字部分の角度θは、別のＶ字部分の角度θと同じであってもよい。光起電力モジュール７００は不使用時、コンパクトな形に折り畳むことができ、容易に保管または運搬することができる。図８は、折り畳まれた光起電力モジュール７００の断面図を示す。

【0115】

一般に、タンデム型光電池７１０，７２０の各々は１つ以上の光活性材料を含む。いく
つかの実施形態では、タンデム型光電池７１０中の光活性材料は、タンデム型光電池７２０中の光活性材料と同じ最大吸収波長を有する。特定の実施形態では、タンデム型光電池７１０中の光活性材料は、タンデム型光電池７２０中の光活性材料と少なくとも２５ｎｍ（例えば、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ、少なくとも約３００ｎｍ、少なくとも約３５０ｎｍ、少なくとも約４００ｎｍ、または少なくとも約４５０ｎｍ）だけ異なる最大吸収波長を有する。

【0116】

いくつかの実施形態では、タンデム型光電池７１０，７２０の各々は少なくとも２つの電極を含む。各タンデム型光電池中の電極は同一であってもよいし、異なってもよい。特定の実施形態では、各タンデム型光電池７１０，７２０中の電極のうち少なくとも１つを透明な導電体材料から形成することができる。このような材料の例としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫、フッ素ドープされた酸化錫、および酸化亜鉛のような特定の金属酸化物が挙げられる。いくつかの実施形態では、各タンデム型光電池７１０，７２０中の電極のうち少なくとも１つを金属メッシュまたは金属箔から形成することができる。メッシュまたは箔を形成するのに使用することのできる適切な金属としては、パラジウム、チタン、プラチナ、ステンレス鋼、およびそれらの合金が挙げられる。特定の実施形態では、一つの光電池の電極のうち少なくとも１つを、別の光電池の電極のうち少なくとも１つと異なる材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、タンデム型光電池７１０がタンデム型光電池７２０と電極を共有することができる。例えば、タンデム型光電池７１０，７２０は、各電池の下部（すなわち、基板と光電池７１０，７２０の他の部品との間）に位置する電極を共有することができる。このような光起電力モジュールは、基板の上に共有の電極を配置させ、その後に共有の電極の上に光電池７１０，７２０の他の部品を配置させることによって製造することができる。

【0117】

いくつかの実施形態では、各タンデム型光電池７１０，７２０は、２つ以上の半電池（例えば、３、４、５、６、７、８、９または１０個の半電池）を含むことができる。いくつかの実施形態では、タンデム型光電池７１０，７２０の各々は、その表面の上に抗反射性（すなわち、反射防止（ＡＲ））コーティングを含むことができる。理論に縛られることを望まないが、光電池の上のそのようなＡＲコーティングは、光電池の表面で反射する入射光の量を最小限にすることができ、これにより光電池による吸収に利用することのできる入射光の量が増大すると考えられる。

【0118】

いくつかの実施形態では、ＡＲコーティングは、基板の屈折率の平方根である屈折率を有する透明材料からなる単一の４分の１波長層から構成することができる。このようなＡＲコーティングは、中心波長において反射率ゼロを示すことができ、中心付近の広い帯域の波長に向けて反射率は徐々に増加する。基板の一例として光学ガラス（例えば、クラウンガラスまたはベアガラス）が挙げられる。特定の実施形態では、基板は、少なくとも約１．３（例えば、少なくとも約１．４、少なくとも約１．５、少なくとも約１．６、少なくとも約１．７、少なくとも約１．８、または少なくとも約１．９）の屈折率を有することができる。いくつかの実施形態では、屈折率が１．３８であるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）から単一層のＡＲコーティングを形成することができる。ＭｇＦ_２コーティングは典型的には、クラウンガラス上で約１％の反射率、ベアガラス上で約４％の反射率を有する。一般に、ＭｇＦ_２コーティングは、可視スペクトルの中間部の波長に使用される場合、全可視スペクトルにわたり優れた反射防止を示す。

【0119】

いくつかの実施形態では、ＡＲコーティングは、対照的な屈折率を有する交互に並んだ層を備えた透明薄膜構造から形成される。層の厚みは、界面から反射されたビーム中に破壊的干渉が生じ、かつ対応する透過ビーム中に建設的干渉が生じるように選択することができる。これにより、波長および入射角による（回折と同様に）構造の特性変化が生じる
。したがって、このようなコーティングは典型的には、特定の波長領域（例えば、赤外線、可視または紫外線領域の中の）向けに設計される。特定の実施形態では、ＡＲコーティングは、交互に並んだ低指数材料（例えば、シリカ）と高指数材料の層を含むことができる。このようなＡＲコーティングは、単一波長で０．１％という低い反射率を有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＲコーティングは、複数の波長でゼロに近い反射率のようなユニークな特徴、あるいは０°以外の入射角で最適な性能を有することができる。

【0120】

いくつかの実施形態では、タンデム型光電池７１０，７２０の各々は、図１，４に記載のタンデム型光電池であってもよい。望むならば、光起電力モジュール７００中の異なるタンデム型光電池は、異なるタイプの電池であってもよい。例えば、光起電力モジュール７００のＶ字部分について、タンデム型光電池７１０は有機光活性材料のみを含んでもよく、タンデム型光電池７２０は有機および無機の両方の光活性材料を含んでもよい。

【0121】

いくつかの実施形態では、光起電力モジュール７００は、ロールツーロール法を使用して可撓性基板の上に複数のタンデム型光電池をまず製造し、その後に可撓性基板を部分的に切断して２つのタンデム型光電池をそれぞれ含んだ複数のＶ字部分に形成することによって製造することができる。切断の方法の例は、同時係属中の共同所有されている米国特許出願第１０／３５１，２５０号に開示されており、これは参照によりここに組み込まれる。

【0122】

いくつかの実施形態では、Ｖ形（例えば、放物線状または半球形状）以外の形状を光起電力モジュールで使用することができる。他の形状の例は、同時係属中の共同所有されている米国出願公開第２００６−０２２５７７８号に開示されており、これは参照によりここに組み込まれる。

【0123】

特定の実施形態をこれまで開示してきたが、さらに別の実施形態も可能である。
いくつかの実施形態では、タンデム型電池中の半電池は電気的に直列に相互接続される。直列に接続する場合、一般に、層は図１に示す順序であってもよい。特定の実施形態では、タンデム型電池中の半電池は、電気的に並列に相互接続される。並列に相互接続する場合、２つの半電池を備えるタンデム型電池は次の層を含むことができる。第１陰極、第１正孔キャリア層、第１光活性層、第１正孔ブロック層（陽極として機能することが可能）、第２正孔ブロック層（陽極として機能することが可能）、第２光活性層、第２正孔キャリア層、および第２陰極。このような実施形態では、第１正孔ブロック層と第２正孔ブロック層は、２つの別個の層であってもよいし、単一の層であってもよい。第１正孔ブロック層と第２正孔ブロック層の導電率が十分ではない場合、必要な導電率を与える追加の層（例えば、導電性メッシュ層）が挿入されてもよい。

【0124】

いくつかの実施形態では、タンデム型電池は、２よりも多い半電池（例えば、３、４、５、６、７、８、９または１０個の半電池）を含むことができる。特定の実施形態では、いくつかの半電池は電気的に直列に相互接続されてもよく、いくつかの半電池は電気的に並列に相互接続されてもよい。

【0125】

これまで光電池を述べてきたが、いくつかの実施形態では、ここに記載のポリマーを他の装置およびシステムで使用することができる。例えば、ポリマーは、電界効果トランジスター、光検出器（例えば、ＩＲ検出器）、光起電力検出器、画像装置（例えば、カメラ用または医療画像システム用のＲＧＢ画像装置）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機ＬＥＤ、あるいは赤外または近赤外ＬＥＤ）、レーザー装置、変換層（例えば、可視発光を赤外発光に変換する層）、電気通信用の増幅器およびエミッター（例えば、ファイバー用ドーパント）、記憶素子（例えば、ホログラフィー記憶素子）、およびエレクトロ
クロミック装置（例えば、エレクトロクロミックディスプレー）のような適切な有機半導体装置で使用することができる。

【0126】

以下の実施例は例示であって、制限されることを意図するものではない。
実施例１： ４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈシクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェンの合成

【0127】

【化6】

４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン（１．５ｇ、０．００８４３モル）をＤＭＳＯ（５０ｍＬ）に溶解した。溶液を窒素で脱気した後、粉末のＫＯＨ（１．８９ｇ、０．０３３７モル）、ヨウ化ナトリウム（５０ｍｇ）および臭化２−エチルヘキシル（３．２５ｇ、０．０１６９モル）を連続して加えた。窒素の下で反応混合物を一晩（約１６時間）撹拌した。水を加え、反応物をｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を回収し、硫酸マグネシウム上で乾燥し、濃縮した。溶離剤としてヘキサンを使用してクロマトグラフィーにより残渣を精製した。純粋な４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２、１−ｂ；３、４−ｂ’］ジチオフェン産物を含んだ画分を合わせて濃縮した。真空下で乾燥した後、無色の油状物として生成物を得た。収量：２．６８ｇ（７９％）。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、２５０ＭＨｚ）：７．１３（ｍ、２Ｈ）、６．９４（ｍ、２Ｈ）、１．８８（ｍ、４Ｈ）、０．９４（ｍ、１６Ｈ）、０．７８（ｔ、６．４Ｈｚ、６Ｈ）、０．６１（ｔ、７．３Ｈｚ、６Ｈ）．
実施例２： ４、４−ビス−（２−エチルヘキシル）−２，６−ビス−トリメチルスタンナニル−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェンの合成

【0128】

【化7】

出発物質４，４−ビス−（２−エチル−ヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２、１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン（１．５ｇ、０．００３７２モル）を乾燥ＴＨＦ（２０ｍＬ）に溶解した。溶液を−７８℃にまで冷却した後、ブチルリチウム（５．２１ｍＬ、０．０１３０モル）を滴下して加えた。反応混合物を同温度で１時間撹拌した。その後、室温まで温めてさらに３時間撹拌した。再び混合物を−７８℃にまで冷却し、塩化トリメチル錫（ヘキサン中に１Ｍ、１５．６ｍＬ、１５．６ミリモル）を滴下して加えた。反応混合物を室温まで温めて一晩（約１６時間）攪拌した。

【0129】

水を添加し、反応物をトルエンで抽出した。有機層を水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥し、濃縮した。残渣をトルエンに溶解し、トリエチルアミンで前処理されたシリカゲ
ルの小さな栓に素早く通した。溶剤を除去し、残渣を真空下で乾燥した。１．２５ｇの生成物が得られた。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、２５０ＭＨｚ）：６．９６（ｍ、２Ｈ）、１．８５（ｍ、４Ｈ）、１．２９（ｍ、２Ｈ）、０．９２（ｍ、１６Ｈ）、０．７８（ｔ、６．８Ｈｚ、６Ｈ）、０．６１（ｔ、７．３Ｈｚ、６Ｈ）、０．３８（ｍ、１８Ｈ）。

【0130】

実施例３： ビス−（トリメチルスタニル）−４，４−（２−エチルヘキシル）シクロペンタ［２、１−ｂ：３，４−ｂ’］ジチオフェンおよび４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾールの重合

【0131】

【化8】

ビス−（トリメチルスタニル）−４，４−ジ（２−エチルヘキシル）−シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］ジチオフェン（０．６８６ｇ、０．０００９４３モル）および４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾール（０．２６９ｇ、０．０００９１５モル）をトルエン（２０ｍＬ）に溶解した。反応液を窒素で脱気した後、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）（２５．１ｍｇ、０．０２７５ミリモル）およびトリフェニルフォスフィン（５７．６ｍｇ、０．２２０ミリモル）を加えた。反応液を窒素でさらに１０分間脱気し、窒素の下で１２０℃にまで２４時間加熱した。真空下で溶剤を除去し、残渣をクロロホルムに溶解した。混合物をメタノール（５００ｍＬ）に注いだ後、こうして得られた青色の沈殿物を濾過により回収し、メタノールで洗浄し、乾燥した。沈殿物を加熱下でクロロホルム（３０ｍＬ）に溶解し、０．４５μｍの膜で濾過した。３ｍＬずつ溶液をリサイクルＨＰＬＣ（ダイクロムのリサイクルＨＰＬＣ上の２Ｈ＋２．５Ｈカラム、各注入につき５サイクル）にかけて精製した。高分子量の画分を合わせて１２０ｍｇの純粋なポリマー（Ｍｎ＝３５ｋＤａ）を得た。

【0132】

実施例４： ビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２’，２−ジチオフェンの合成

【0133】

【化9】

０．６３８ｇ（１．７６ミリモル）の３，３’−ジ−ｎ−ヘキシルシリレン−２，２’−ジチオフェン（ＵｓｔａらのＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００６年、１２８（２８）、９０３４−９０３５ページに記載の手順で製造され、この内容は参照によりここに組み込まれる）を２０ｍＬの新たに蒸留した乾燥ＴＨＦに溶解した。溶液を窒素で１５分
間脱気し、−７８℃にまで冷却した。ヘキサン（１０ミリモル）中の４．００ｍＬのｎ−ブチルリチウムを滴下してこの溶液に加えた。同温度で２時間溶液を反応させた。その後、溶液を室温まで温めてさらに２時間半、反応させた。続いて、溶液を−７８℃にまで冷却した後、ヘキサン中の１２．００ｍｌ（１２．００ミリモル）の塩化トリメチル錫を溶液に滴下して加えた。反応溶液を−７８℃でさらに２時間攪拌した。その後、溶液を室温まで温めてさらに１６時間反応させた。反応の完了後、１００ｍｌの蒸留水を加え、溶液をトルエン（３×６０ｍｌ）を使用して抽出した。合わせられた有機相を蒸留水（３×１５０ｍｌ）で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥した。真空下での回転蒸発により有機溶媒を除去した。残渣をトルエンに溶解し、トリエチルアミンで前処理されたシリカゲルパッドに素早く通した。有機溶媒を真空下で除去して、表題の化合物（１．０４８ｇ）を得た。収量は約８６．５０％であった。ＣＤＣｌ_３の中の^１Ｈ ＮＭＲ：７．００（ｍ、２Ｈ）、１．２５−１．４２（ｍ、１６Ｈ）、０．８６−０．９４（ｍ、１０Ｈ）および０．３８（ｍ、１８Ｈ）。

【0134】

実施例５： ビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンおよび４，７−ジブロモ−２，１３−ベンゾチアジアゾールの重合

【0135】

【化10】

０．３５３ｇ（０．５１３ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３、３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンおよび０．１３５ｇ（０．５００ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾールを１２ｍＬの無水トルエンに溶解した。溶液を窒素で脱気した後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）および２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルフォスフィンを加えた。溶液を窒素でさらに１５分間脱気した。その後、溶液を１１０−１２０℃にまで加熱し、４０時間反応させた。反応の完了後、回転蒸発により溶剤を除去した。得られた残渣を約３０ｍＬのクロロベンゼンに溶解した。クロロベンゼン溶液を６００ｍＬのメタノールに注いだ後、かくして得られた濃青色の沈殿物（未精製ポリマー生成物）を濾過により回収した。回収した固形分を加熱しながら約４０ｍＬのクロロベンゼンに再溶解した。クロロベンゼン溶液を０．４５μの膜で濾過し、６００ｍＬのメタノールに注いだ。かくして得られた紺青色のポリマー生成物を濾過により回収した後、それをメタノール（３×１００ｍｌ）で洗浄し、真空下で乾燥した。乾燥後のポリマー生成物を６０ｍｌの熱クロロベンゼンに再溶解し、６０ｍＬの７．５％のジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物（ＤＤＣ）水溶液に注いだ。溶液を窒素で１５分間脱気した。こうして得られた混合二相溶液を約８０℃に加熱し、窒素の下で１５時間激しく攪拌した。有機相を熱蒸留水（３×６０ｍｌ）で洗浄した後、それを８００ｍＬのメタノールにゆっくりと注いだ。沈殿物を濾過により回収した。回収したポリマー生成物をまずソックスレー（Soxhlet）抽出器
によりアセトンとメタノールを用いて各々１２時間抽出した。その後、ポリマー生成物を回収し、乾燥した。ポリマー生成物の分子量分布を、参照としてポリスチレンを用いたＧ
ＰＣカラムによるＨＰＬＣを使用して分析した（ＨＰＬＣ装置：アジレントテクノロジー、モデル番号１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル １ＯＭ混合Ｂ。使用した溶剤：クロロベンゼン。）。測定された分子量分布はＭ_ｎ＝４，０００およびＭ_Ｗ＝５，０００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン中）＝６４１ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝６７３ｎｍ。

【0136】

ＨＯＭＯ（ｅＶ）＝−５．４７（電気化学的測定から）、ＬＵＭＯ（ｅＶ）＝−３．６９（電気化学的測定から）、バンドギャップの値は１．７８ｅＶ（電気化学的測定の結果から計算）。

【0137】

実施例６： ビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンおよび３−ヘキシル−２，５−ジブロモ−チオフェンの重合

【0138】

【化11】

０．３５３ｇ（０．５１３ミリモル）のビス−（５、５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンおよび０．１６３ｇ（０．５００ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の３−ヘキシル−２，５−ジブロモチオフェンを１２ｍＬの無水トルエンに溶解した。溶液を窒素で脱気した後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）および２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルフォスフィンを加えた。溶液を窒素でさらに１５分間脱気した。その後、溶液を１１０−１２０℃にまで加熱し、４０時間反応させた。反応の完了後、回転蒸発により溶剤を除去した。得られた残渣をメタノール（５０ｍＬ×３）で洗浄し、その後アセトン（３×５０ｍｌ）で洗浄した。ポリマー生成物の残渣を暗赤紫色の固形物として回収した。回収したポリマー生成物を加熱下で約６０ｍＬのクロロホルムに再溶解した。クロロホルム溶液を０．４５μ膜によって濾過した後、真空下での回転蒸発により溶剤を除去した。その後、ポリマー生成物を真空下で乾燥した。

【0139】

乾燥後のポリマー生成物を６０ｍｌの熱トルエンに再溶解した。溶液を６０ｍＬの７．５％のＤＤＣ水溶液に注いだ。溶液を窒素で１５分間脱気した。こうして得られた混合二相溶液を約８００℃に加熱し、窒素保護の下で１２時間激しく攪拌した。その後、有機相を熱蒸留水（３×６０ｍｌ）で洗浄した後、有機相を回収し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥した。溶剤を除去して固形のポリマー生成物を得た。固形のポリマー生成物をソックスレー抽出器によりメタノールとアセトンを用いて各々１２時間連続して抽出した。最後に、ポリマー生成物を回収および乾燥した。ポリマーの分子量分布を、参照としてポリスチレンを用いたＧＰＣカラムによるＨＰＬＣを使用して分析した（ＨＰＬＣ装置：アジレ
ントテクノロジー、モデル番号１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル １０Ｍ混合Ｂ。使用した溶剤：クロロベンゼン。）。測定された分子量分布はＭ_ｎ＝１０，０００およびＭ_Ｗｖ＝１３，５００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン中）＝５０１ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝５０３ｎｍ。

【0140】

実施例７： ビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェン、４，７−ジブロモ−２，１３−ベンゾチアジアゾール、および３−ヘキシル−２，５−ジブロモ−チオフェンの重合

【0141】

【化12】

０．３１０ｇ（０．４５０ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェン、０．０６８ｇ（０．２２５ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾール、および０．０７３ｇ（０．２２５ミリモル）の３−ヘキシル−２，５−ジブロモチオフェン（モノマー比＝２：１：１）を１２ｍＬの無水トルエンに溶解した。溶液を窒素で脱気した後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）および２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルフォスフィンを加えた。溶液を窒素でさらに１５分間脱気した。その後、溶液を１１０−１２００℃にまで加熱し、４０時間反応させた。反応の完了後、回転蒸発により溶剤を除去した。得られる残渣を約３０ｍＬのクロロベンゼンに溶解した。溶液を６００ｍＬのメタノールに注いだ後、濃青黒色の沈殿物を濾過により回収した。その後、回収した固形のポリマー生成物を加熱下で約４０ｍＬのクロロベンゼンに再溶解した。クロロベンゼン溶液を０．４５μ膜によって濾過した後、６００ｍＬのメタノールに注いだ。濃青黒色のポリマー生成物を濾過により再び回収した。固形のポリマー生成物をメタノール（３×１００ｍｌ）で洗浄し、真空下で乾燥した。

【0142】

乾燥後のポリマー生成物を６０ｍｌの熱クロロベンゼンに再溶解し、６０ｍＬの７．５％ＤＤＣ水溶液に注いだ。溶液を窒素で１５分間脱気した。こうして得られた混合二相溶液を約８００℃に加熱し、窒素保護の下で１５時間激しく攪拌した。その後、有機相を熱蒸留水（３×６０ｍｌ）で洗浄した。クロロベンゼン溶液を８００ｍｌのメタノールにゆっくりと注いだ後、得られた沈殿物を濾過により回収した。続いて、回収した固形のポリマー生成物をソックスレー抽出器によりアセトンとメタノールを用いて各々１２時間連続して抽出した。その後、ポリマー生成物を回収および乾燥した。ポリマーの分子量分布を、参照としてポリスチレンを用いたＧＰＣカラムによるＨＰＬＣを使用して分析した（ＨＰＬＣ装置：アジレントテクノロジー、モデル番号１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル １０Ｍ混合Ｂ。使用した溶剤：クロロベンゼン。）。測定された分子量分布はＭ_ｎ＝７，５００およびＭ_Ｗ＝１０，４００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン中）＝５９５ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝６４９ｎｍ。

【0143】

実施例８： ビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンおよび５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾールの重合

【0144】

【化13】

１００ｍＬのシュレンクフラスコに０．０４５ｇ（０．０６５４ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェン、０．０４３ｇ（０．０６５４ミリモル）の５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾール、１．０ｍｇ（０．００１０９ミリモル）のＰｄ_２ｄｂａ_３、および２．０ｍｇ（０．００７６ミリモル）のＰＰｈ_３を入れた。そのフラスコを排気し、アルゴンを３回補充した。固形物を３ｍＬのｏ−キシレンに溶解し、溶液を９５℃にまで２４時間加熱した。その後、溶液を冷却し、５００ｍＬの撹拌したＭｅＯＨに注ぎ、濾過した。こうして得られた暗色の沈殿物をＭｅＯＨで洗浄し、真空下で乾燥し、茶色の固形物（０．０６９ｇ）を得た。Ｍ_ｎ＝３．７ｋＤａ。Ｍ_ｗ＝４．６ｋＤａ。

【0145】

実施例９： ２，６−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−４Ｈ−４，４−ビス（２’−エチルヘキシル）シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］チオフェンの製造

【0146】

【化14】

オーブンで乾燥した１００ｍＬのシュレンクフラスコに１．０９７ｇ（２．７２ミリモル）の４Ｈ−４、４−ビス（２’−エチルヘキシル）シクロペンタ［２，１−ｂ：３、４−ｂ’］ジチオフェンを入れた。そのフラスコを排気し、アルゴンで３回脱気した。その後、このフラスコに２０ｍＬの乾燥蒸留ＴＨＦを加えた。得られた溶液を−７８℃にまで冷却し、４．３５ｍＬ（１０．８８ミリモル、４当量）の２．５Ｍ ＢｕＬｉを滴下して加えた。反応物を−７８℃で１時間攪拌し、その後室温まで温めてさらに３時間攪拌した
。再び溶液を−７８℃にまで冷却し、２．７７ｍＬ（１３．６ｍｍｏｌ、５当量）の２−イソプロポキシ−４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロランを注射器により一部に加えた。反応物を−７８℃で１時間攪拌し、その後一晩、室温まで温めた。その溶液を水に注ぎ、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルの４×１５０ｍＬを用いて抽出した。有機層を合わせて２×１５０ｍＬの塩水で洗浄し、無水ＭｇＳＯ_４を用いて乾燥し、濾過した。溶剤を真空下で除去し、オレンジ色の油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィー（ヘキサン中の５％のＥｔＯＡｃ）によって精製し、無色で粘性の油状物１．３４ｇ（収量７５％）を得た。

【0147】

実施例１０： ２，６−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−４Ｈ−４，４−ビス（２’−エチルヘキシル）シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］チオフェンおよび５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾールの重合

【0148】

【化15】

１００ｍＬのシュレンクフラスコに０．１５１５ｇ（０．２３１ミリモル）の２，６−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−４Ｈ−４，４−ビス（２’−エチルヘキシル）シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］チオフェン、０．１５２ｇ（０．２３１ミリモル）の５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾール、２．１ｍｇのＰｄ_２ｄｂａ_３（０．００２３１ミリモル）、４．２ｍｇのＰＰｈ_３（０．０１６２ミリモル）、および３５ｍｇ（０．０８５５ミリモル）のアリコート（Aliquat）３３６を入れた。その
後、凝縮器が装備されたフラスコを排気し、アルゴンを３回補充した。試薬を２０ｍＬのＴＨＦと１５ｍＬのトルエンの混合物に溶解した。２ＭのＮａ_２ＣＯ_３水溶液２ｍＬを攪拌しながら上記の溶液に添加した。反応物を９０℃で３日間加熱した。１４ｍｇ（０．１１５５ミリモル）のフェニルボロン酸および１．６ｍｇ（０．００２３１ミリモル）のＰｄＣｌ_２（ＰＰｈ_３）_２のＴＨＦ溶液１ｍＬを加えた。加熱をさらに２４時間継続した。その後、反応物を８０℃にまで冷却した後、７．５％ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム水溶液１０ｍＬを加えた。その混合液を攪拌しながら８０℃で１８時間加熱した。反応物を冷却した後、有機層を分離し、温水（３×１００ｍＬ）で洗浄した。トルエン溶液を濃縮し、その後、撹拌している７５０ｍＬのＭｅＯＨに注いだ。溶液を濾過した後、暗色の沈殿物を回収し、ＭｅＯＨで洗浄した。その後、沈殿物をソックスレーのシンブル（thimble）に移し、アセトンで一晩洗浄した。こうして得られた生成物を真空下で乾燥し
、０．１７６ｇの茶色の固形物（０．１９５ミリモル、８４％）を得た。^１Ｈ ＮＭＲ（２００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ_３）：δ７．２−７．１（ｂｒ、６Ｈ）、３．０（ｍ、４Ｈ）、１．８６（ｍ、８Ｈ）、１．６（ｂｒ、１６Ｈ）、１．２０−０．６５（ｂｒ、３２Ｈ）
。

【0149】

実施例１１： 太陽電池の製作
実施例３（ＰＣＰＤＴＢＴ）で製造されるポリマーとＰＣ_６１ＢＭまたはＰＣ_７１ＢＭ（マサチューセッツ州ウェストウッドのナノ−Ｃから購入）との混合物を、透明陽極と蒸着金属陰極の間に挟まれた１：３のｗ／ｗ比でドクターブレードすることにより、ポリマー太陽電池を作製した。透明陽極は、ドクターブレードによって使用される〜６０ｎｍ厚のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（Ｈ．Ｃ．シュタークから得られるベイトロン（Baytron）ＰＨ
）で被覆された酸化インジウム錫（ＩＴＯ）被覆ガラス基板（メルク（Merck）、ニュー
ジャージー州ホワイトハウスステーション）であった。ＩＴＯガラス基板をアセトン、イソプロピルアルコールおよび脱イオン水中で連続して超音波処理することによって洗浄した。８０ｎｍのＡｌで覆われた薄い（１ｎｍ）ＬｉＦ層の二重層である陰極は熱蒸着によって製造した。ＰＣＰＤＴＢＴとＰＣ_６１ＢＭまたはＰＣ_７１ＢＭとをオルトジクロロベンゼン（ＯＤＣＢ）に溶解し、全体として４０ｍｇ／ｍｌの溶液を得て、グローブボックスの中で６０−７０℃で一晩撹拌した。ＡＦＭによって測定した場合、活性層の厚さは１５０−２５０ｎｍであった。装置の特性評価は、オリエルのキセノンソーラーシミュレータ上でＡＭ１．５Ｇの照射（１００ｍＷ／ｃｍ^２）の下、十分に較正された０．９８ｊＶのスペクトルミスマッチでで行われ、ケイスレイ（Keithley）２４００で特徴を記録した。有効面積は１５〜２０ｍｍ^２の範囲であった。ＥＱＥは、単色照明の下でロックイン増幅器を用いて検知した。入射光の較正は、単結晶シリコンダイオードを用いて行った。移動度の測定は、アジレント（Agilent）の４１５５Ｃパラメーター分析器を使用して行っ
た。吸収測定は、アバンテス（Avantes）の光ファイバー分光計を用いてグローブボック
ス内で、あるいはＨＰ分光計を用いてその外側で行った。

【0150】

ＰＣＢＭおよび光誘発性の電荷移動との相互作用をＰＬクエンチ（PL quenching）によって調べた。当初のＰＣＰＤＴＢＴ対ＰＣＰＤＴＢＴ／ＰＣＢＭ複合体のＰＬは、クリオスタット（cryostat）中で液体Ｎ_２温度において測定され、Ａｒレーザーによって４８８ｎｍで励起した。

【0151】

室温のグローブボックス内で、ドロップキャストによるポリマーフィルムに電気化学的実験を行った。支持電解質は、無水アセトニトリル（アルドリッチ（Aldrich））中の〜
０．１Ｍのテトラブチルアンモニウム−ヘキサフルオロリン酸塩（ＴＢＡＰＦ_６、電気化学的等級、オールドリッチ）であった。対向電極（ＣＥ）に加えて作用電極（ＷＥ）もプラチナ箔であった。ＡｇＣｌで覆われた銀線を参照電極（ＲＥ）として使用した。各測定の後に、フェロセン（Ｅ^０＝４００ｍＶ対ＮＨＥ）を用いてＲＥを校正し、Ｅ^０（フェロセン）と測定したＥ^１／２（フェロセン）との相違に従ってＮＨＥ（ＮＨＥ^{２４，２５}の−４．７５ｅＶを使用して）に電位軸を修正した。λ_ｍａｘ（ＣＨＣｌ_３）＝７１０ｎｍ、λ_{ｂａｎｄ ｇａｐ}（ＣＨＣｌ_３）＝７８０ｎｍ、バンドギャップ（ＣＨＣｌ_３）＝１．５９ｅＶ、λ_ｍａｘ（フィルム）＝７００−７６０ｎｍ、λ_{ｂａｎｄ ｇａｐ}（フィルム）＝８５５ｎｍ、バンドギャップ（フィルム）＝１．４５ｅＶ、ＨＯＭＯ＝−５．３ｅＶ、−５．７ｅＶ（電気化学）、ＬＵＭＯ＝−３．８５ｅＶ、−４．２５ｅＶ、μ_＋＝２ｘｌ０^−２ｃｍ_２／対（ＴＯＦ）、１ｘ１０^−３ｃｍ^２／対（ＦＥＴ）。

【0152】

実施例１２： タンデム型太陽電池の製作
ＩＴＯ／ＴｉＯ_２／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＰＥＤＯＴ／ＴｉＯ２／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＰＥＤＯＴ／Ａｇの構造を有するタンデム型光電池を以下のようにして製造した。ＩＴＯ（１３オーム／平方の抵抗率）を備えた基板を、アセトンとイソプロパノールを用いて超音波浴中で室温で連続して１０分間洗浄した。無水イソプロパノール中に１：１９９で希釈したテトラ−ｎ−ブチル−チタネート（ＴＹＺＯＲ、デラウエア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニー）をドクターブレード（４０ｍｍ
／ｓ、４０℃で６００μｍのスロット）することによりＩＴＯの上に塗布し、蒸留水によって加水分解した。こうして得られたコーティングを１０分間乾燥し、１０±５ｎｍの厚みを有する酸化チタン層を得た。その後、オルト−キシレン（１００μｌ）中のポリ−（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）（１．５ｍｇ）：Ｃ６１−フェニル酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）（１．２ｍｇ）の溶液をドクターブレード（７．５ｍｍ／ｓ、６５℃で６００μｍのスロット）することにより酸化チタン層の上に塗布し、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ層を得た。続いて、イソプロパノール（５ｍｌ）中のＰＥＤＯＴ（１ｍｌ）の溶液をドクターブレード（２×５ｍｍ／ｓ、８５℃で１５０μｍのスロット）することによりＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ層の上に塗布し、３０±１０ｎｍのＰＥＤＯＴ層を得た。こうして得られたデバイスを窒素雰囲気で１４０℃で１０分間焼成した後、無水イソプロパノール中に１：１９９で希釈したテトラ−ｎ−ブチルチタネートをドクターブレード（４０ｍｍ／ｓ、４０℃で６００μｍのスロット）することによりＰＥＤＯＴ層の上に塗布した。コーティングを加水分解し、１０分間乾燥して１０±５ｎｍの第２の酸化チタン層を得た。先に得られたＰＥＤＯＴ層および第２の酸化チタン層は、最終のタンデム型光電池における再結合層として構成した。その後、オルト−キシレン（１００μｌ）中のＰ３ＨＴ（１．５ｍｇ）：ＰＣＢＭ（１．２ｍｇ）の溶液をドクターブレード（６５ｍｍ／ｓ、６５℃で６００μｍのスロット）することにより第２の酸化チタン層の上に塗布し、３００±３０ｎｍの厚さを有する第２のＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ層を得た。続いて、イソプロパノール（５ｍｌ）中のＰＥＤＯＴ（１ｍｌ）の溶液をドクターブレード（２×５ｍｍ／ｓ、８５℃で１５０μｍのスロット）することにより第２のＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ層の上に塗布し、３０±１０ｎｍの厚さを有する第２のＰＥＤＯＴ層を得た。こうして得られたデバイスを窒素雰囲気中で１４０℃で２０分間焼成した後、熱蒸着（３ｘ１０^−６ミリバールで０．０５−０．５ｎｍ／ｓ）により第２のＰＥＤＯＴ層の上に銀からなる１００ｎｍの層を設け、タンデム型光電池を得た。

【0153】

ＩＴＯ／ＴｉＯ_２／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＰＥＤＯＴ／Ａｇの構造を有する単一の光電池もまた製造した。酸化チタン層、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ層、ＰＥＤＯＴ層および銀層は前の段落に記載したのと同じ方法を使用して製造した。

【0154】

タンデム型光電池および単一の電池をそれらの特性に関して試験した。１ｋＷ／ｍ^２、エアマス１．５グローバルでソーラーシミュレータ（オリエル）によってデバイスを照射したときの両方の電池の開回路電圧を、電源測定ユニット（ＳＭＵ）のケイスレイ２４００を使用して零電流で測定した。結果は、タンデム型光電池の開回路電圧は、ＩＴＯ／ＴｉＯ_２／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＰＥＤＯＴ／Ａｇの構造を有する単一の光電池の開回路電圧の２倍の１．０２５Ｖであった。

【0155】

他の実施形態は請求項の中にある。
［付記１］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある再結合層と、
前記第１電極と前記再結合層の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記再結合層の間にある第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記再結合層は第３、第４および第５の層を含み、前記第５の層は前記第３の層と前記第４の層の間にあり、前記システムは光起電力システムとして構成されているシステム。

【0156】

［付記２］
前記第５の層は金属酸化物を含む付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化錫、および酸化亜鉛からなる群から選択される酸化物を含む付記２に記載のシステム。

【0157】

［付記４］
前記第５の層は金属粒子を含む付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記第３の層はｎ型半導体材料を含み、前記第４の層はｐ型半導体材料を含む付記１に記載のシステム。

【0158】

［付記６］
前記ｐ型半導体材料は、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む付記５に記載のシステム。

【0159】

［付記７］
前記ｐ型半導体材料はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含む付記６に記載のシステム。

【0160】

［付記８］
前記ｐ型半導体材料は金属酸化物を含む付記５に記載のシステム。
［付記９］
前記金属酸化物は、酸化銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ストロンチウムチタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む付記８に記載のシステム。

【0161】

［付記１０］
前記ｐ型半導体材料は、ｐドープされた金属酸化物を含む付記８に記載のシステム。
［付記１１］
前記ｐドープされた金属酸化物はｐドープ酸化亜鉛またはｐドープ酸化チタンを含む付記１０に記載のシステム。

【0162】

［付記１２］
前記ｎ型半導体材料は金属酸化物を含む付記５に記載のシステム。
［付記１３］
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む付記１２に記載のシステム。

【0163】

［付記１４］
前記ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記５に記載のシステム。

【0164】

［付記１５］
前記第３の層は前記第１光活性層と前記第５の層の間にある付記５に記載のシステム。
［付記１６］
前記第１光活性層と前記第１電極の間にある正孔キャリア層をさらに備える付記１５に記載のシステム。

【0165】

［付記１７］
前記正孔キャリア層は、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む付記１６に記載のシステム。

【0166】

［付記１８］
前記正孔キャリア層はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含む付記１７に記載のシステム。

【0167】

［付記１９］
前記第２光活性層と前記第２電極の間にある正孔ブロック層をさらに備える付記１５に記載のシステム。

【0168】

［付記２０］
前記正孔ブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記１９に記載のシステム。

【0169】

［付記２１］
前記正孔ブロックは酸化チタンまたは酸化亜鉛を含む付記２０に記載のシステム。
［付記２２］
前記第５の層は半導体材料または導電体材料を含む付記５に記載のシステム。

【0170】

［付記２３］
前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは電子供与体材料および電子受容体材料を含む付記１に記載のシステム。

【0171】

［付記２４］
前記電子供与体材料は、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む付記２３に記載のシステム。

【0172】

［付記２５］
前記電子供与体材料は、ポリチオフェン、ポリシクロペンタジチオフェン、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む付記２４に記載のシステム。

【0173】

［付記２６］
前記電子供与体材料はポリ（３−ヘキシルチオフェン）またはポリ（シクロペンタジチオフェン−コ−ベンゾチアジアゾール）を含む付記２５に記載のシステム。

【0174】

［付記２７］
前記電子受容体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記２３に記載のシステム。

【0175】

［付記２８］
前記電子受容体材料は置換フラーレンを含む付記２７に記載のシステム。
［付記２９］
前記置換フラーレンはＰＣＢＭを含む付記２８に記載のシステム。

【0176】

［付記３０］
前記第１光活性層は第１のバンドギャップを有し、前記第２光活性層は前記第１のバンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する付記１に記載のシステム。

【0177】

［付記３１］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極からなる付記１に記載のシステム。

【0178】

［付記３２］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記１に記載のシステム。
［付記３３］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記第１光活性層の間にある第２光活性層と、
前記第１光活性層と前記第２光活性層の間にある第３、第４および第５の層とを備えるシステムであって、前記第５の層は前記第３の層と前記第４の層の間にあり、
前記システムは光起電力システムとして構成され、前記第３、第４および第５の層は、使用時、前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち一方で生成する電子と、前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち他方で生成する正孔とが、前記第５の層で再結合するように構成されているシステム。

【0179】

［付記３４］
前記第３の層はｎ型半導体材料を含み、前記第４の層はｐ型半導体材料を含む付記３３に記載のシステム。

【0180】

［付記３５］
前記第５の層は半導体材料または導電体材料を含む付記３３に記載のシステム。
［付記３６］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極からなる付記３３に記載のシステム。

【0181】

［付記３７］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記３３に記載のシステム。
［付記３８］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位
とを有するポリマーを含み、前記第１のコモノマー繰り返し単位はシクロペンタジチオフェン部分を含み、前記システムはタンデム型光電池として構成されているシステム。

【0182】

［付記３９］
前記シクロペンタジチオフェン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、およびＳＯ_２Ｒからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されており、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記３８に記載のシステム。

【0183】

［付記４０］
前記シクロペンタジチオフェン部分は、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルで置換されている付記３９に記載のシステム。

【0184】

［付記４１］
前記シクロペンタジチオフェン部分は４位において置換されている付記４０に記載のシステム。

【0185】

［付記４２］
前記第１のコモノマー繰り返し単位は式（１）のシクロペンタジチオフェン部分を含み、

【0186】

【化16】

Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記３８に記載のシステム。

【0187】

［付記４３］
Ｒ_１とＲ_２の各々は独立して、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルである付記４２に記載のシステム。

【0188】

［付記４４］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、シクロペンタジチオフェン部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分
、ベンズオキサゾール部分、またはベンズイミダゾール部分を含む付記３８に記載のシステム。

【0189】

［付記４５］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チオフェン部分、チオフェンジオキシド部分、またはチアゾール部分を含む付記４４に記載のシステム。

【0190】

［付記４６］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（５）のシクロペンタジチオフェンモノオキシド部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）のチオフェンジオキシド部分、式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキシド部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）のチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）のチエノチオフェンジオキシド部分、式（１８）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分、式（３０）のオキサゾール部分、式（３１）のイミダゾール部分、式（３２）のピリミジン部分、式（３３）のベンズオキサゾール部分、または式（３４）のベンズイミダゾール部分を含み、

【0191】

【化17】

ＸとＹの各々は独立して、ＣＨ_２、Ｏ、またはＳであり、
Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
Ｒ_７とＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記４４に記載のシステム。

【0192】

［付記４７］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、Ｒ_５とＲ_６の各々がＨである式（２）のベンゾチアジアゾール部分を含み、Ｒ_５とＲ_６の各々はＨである付記４６に記載のシステム。

【0193】

［付記４８］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は少なくとも３つのチオフェン部分を含む付記３８に記載のシステム。

【0194】

［付記４９］
前記チオフェン部分のうち少なくとも１つは、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている付記４８に記載のシステム。

【0195】

［付記５０］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は５つのチオフェン部分を含む付記４８に記載のシステム。

【0196】

［付記５１］
前記ポリマーは、第３のコモノマー繰り返し単位をさらに含む付記３８に記載のシステム。

【0197】

［付記５２］
前記第３のコモノマー繰り返し単位はチオフェン部分またはフルオレン部分をさらに含む付記５１に記載のシステム。

【0198】

［付記５３］
前記チオフェン部分または前記フルオレン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている付記５２に記載のシステム。

【0199】

［付記５４］
再結合層をさらに備える付記３８に記載のシステム。
［付記５５］
前記再結合層はｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含む付記５４に記載のシステム。

【0200】

［付記５６］
前記ｐ型半導体材料と前記ｎ型半導体材料は１つの層に混合されている付記５５に記載のシステム。

【0201】

［付記５７］
前記再結合層は２つの層を有し、一方の層はｐ型半導体材料を含み、他方の層はｎ型半導体材料を含む付記５５に記載のシステム。

【0202】

［付記５８］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極からなる付記３８に記載のシステム。

【0203】

［付記５９］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記第１光活性層の間にある第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含み、前記第１のコモノマー繰り返し単位はシラシクロペンタジチオフェン部分を含み、前記システムはタンデム型光電池として構成されているシステム。

【0204】

［付記６０］
前記シラシクロペンタジチオフェン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２Ｏアルキル、Ｃ１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、およびＳＯ_２Ｒからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されており、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記５９に記載のシステム。

【0205】

［付記６１］
前記シラシクロペンタジチオフェン部分は、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルで置換されている付記６０に記載のシステム。

【0206】

［付記６２］
前記シラシクロペンタジチオフェン部分は４位において置換されている付記６１に記載のシステム。

【0207】

［付記６３］
前記第１のコモノマー繰り返し単位は式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部分を含み、

【0208】

【化18】

Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７およびＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２Ｏアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２Ｏアルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２
Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２Ｏアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記５９に記載のシステム。

【0209】

［付記６４］
Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルである付記６３に記載のシステム。

【0210】

［付記６５］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェンオキシド部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、チオフェンオキシド部分、チエノチオフェン部分、チエノチオフェンオキシド部分、ジチエノチオフェン部分、ジチエノチオフェンオキシド部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、シロール部分、シクロペンタジチオフェン部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、シラシクロペンタジチオフェン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンズオキサゾール部分、またはベンズイミダゾール部分を含む付記５９に記載のシステム。

【0211】

［付記６６］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、ベンゾチアジアゾール部分、チオフェン部分、チオフェンジオキシド部分、またはチアゾール部分を含む付記６５に記載のシステム。

【0212】

［付記６７］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（５）のシクロペンタジチオフェンモノオキシド部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）のチオフェンジオキシド部分、式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキシド部分、式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキシド部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）のチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキシド部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）のチエノチオフェンジオキシド部分、式（１８）のジチエノチオフェンジオキシド部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（３０）のオキサゾール部分、式（３１）のイミダゾール部分、式（３２）のピリミジン部分、式（３３）のベンズオキサゾール部分、または式（３４）のベンズイミダゾール部分を含み、

【0213】

【化19】

ＸとＹの各々は独立して、ＣＨ_２、Ｏ、またはＳであり、
Ｒ_５とＲ_６の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２Ｏシクロアルキル、またはＣ_１−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
Ｒ_７とＲ_８の各々は独立して、Ｈ、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである付記６５に記載のシステム。

【0214】

［付記６８］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は、Ｒ_５およびＲ_６の各々がＨである式（２）のベンゾチアジアゾール部分を含む付記６７に記載のシステム。

【0215】

［付記６９］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は少なくとも３つのチオフェン部分を含む付記５９に記載のシステム。

【0216】

［付記７０］
前記チオフェン部分のうち少なくとも１つは、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている付記６９に記載のシステム。

【0217】

［付記７１］
前記第２のコモノマー繰り返し単位は５つのチオフェン部分を含む付記６９に記載のシステム。

【0218】

［付記７２］
前記ポリマーは、第３のコモノマー繰り返し単位をさらに含む付記５９に記載のシステム。

【0219】

［付記７３］
前記第３のコモノマー繰り返し単位はチオフェン部分またはフルオレン部分をさらに含
む付記７２に記載のシステム。

【0220】

［付記７４］
前記チオフェン部分または前記フルオレン部分は、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３−Ｃ_２０シクロアルキル、およびＣ_３−Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルからなる群から選択される少なくとも１つの置換基で置換されている付記７３に記載のシステム。

【0221】

［付記７５］
再結合層をさらに備える付記５９に記載のシステム。
［付記７６］
前記再結合層はｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含む付記７５に記載のシステム。

【0222】

［付記７７］
前記ｐ型半導体材料と前記ｎ型半導体材料は１つの層に混合されている付記７６に記載のシステム。

【0223】

［付記７８］
前記再結合層は２つの層を有し、一方の層はｐ型半導体材料を含み、他方の層はｎ型半導体材料を含む付記７６に記載のシステム。

【0224】

［付記７９］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極からなる付記５９に記載のシステム。

【0225】

［付記８０］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある再結合層と、
前記第１電極と前記再結合層の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記再結合層の間にある第２の光活性層とを備えるシステムであって、
前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含み、前記第１のコモノマー繰り返し単位はシクロペンタジチオフェン部分を含み、前記システムは光起電力システムとして構成されているシステム。

【0226】

［付記８１］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記８０に記載のシステム。
［付記８２］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にある再結合層と、
前記第１電極と前記再結合層の間にある第１光活性層と、
前記第２電極と前記再結合層の間にある第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記第１活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは、第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位と異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを有するポリマーを含み、前記第１のコモノマー繰り返し単位はシラシクロペンタジチオフェン部分を含み、前記システムは光起電力システムとして構成されているシステム。

【0227】

［付記８３］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記８２に記載のシステム。
［付記８４］
有機電子供与体材料および有機電子受容体材料を含んだ第１光活性層を基板上に設ける工程と、
無機半導体材料を含んだ第２光活性層を前記第１光活性層の上に設ける工程と、
２つの電極の間に前記第１および第２光活性層を配置して光起電力システムを形成する工程とを備える方法であって、
前記第１光活性層と前記第２光活性層のうち少なくとも１つは第１の液体ベースのコーティング工程によって設けられる方法。

【0228】

［付記８５］
前記第１の液体ベースのコーティング工程によって前記第１光活性層が設けられる付記８４に記載の方法。

【0229】

［付記８６］
前記第１の液体ベースのコーティング工程によって前記第２光活性層が設けられる付記８４に記載の方法。

【0230】

［付記８７］
前記第１光活性層は前記第１の液体ベースのコーティング工程によって設けられ、前記第２光活性層は第２の液体ベースのコーティング工程によって設けられる付記８４に記載の方法。

【0231】

［付記８８］
前記第１または第２の液体ベースのコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含む付記８７に記載の方法。

【0232】

［付記８９］
前記有機電子供与体材料はポリマーを含む付記８４に記載の方法。
［付記９０］
前記ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択される付記８９に記載の方法。

【0233】

［付記９１］
前記有機電子供与体材料は、ポリチオフェン、ポリシクロペンタジチオフェン、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む付記９０に記載の方法。

【0234】

［付記９２］
前記有機電子供与体材料は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）またはポリ（シクロペンタジチオフェン−コ−ベンゾチアジアゾール）を含む付記９１に記載の方法。

【0235】

［付記９３］
前記有機電子受容体材料は、フラーレン、オキサジアゾール、炭素ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記８４に記載の方法。

【0236】

［付記９４］
前記有機電子受容体材料は置換フラーレンを含む付記９３に記載の方法。
［付記９５］
前記置換フラーレンはＰＣＢＭを含む付記９４に記載の方法。

【0237】

［付記９６］
前記無機半導体材料は、アモルファスシリコン、結晶シリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、砒化ガリウム、セレン化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、または金属酸化物を含む付記８４に記載の方法。

【0238】

［付記９７］
前記無機半導体材料は無機ナノ粒子を含む付記８４に記載の方法。
［付記９８］
前記第１光活性層は第１のバンドギャップを有し、前記第２光活性層は前記第１バンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する付記８４に記載の方法。

【0239】

［付記９９］
前記第１光活性層と前記第２光活性層の間に再結合層を設ける工程をさらに備える付記８４の方法。

【0240】

［付記１００］
前記再結合層は第３の液体ベースのコーティング工程によって設けられる付記９９に記載の方法。

【0241】

［付記１０１］
前記第３の液体ベースのコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含む付記１００に記載の方法。

【0242】

［付記１０２］
前記再結合層はｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含む付記９９に記載の方法。
［付記１０３］
前記ｐ型半導体材料はポリマーを含む付記１０２に記載の方法。

【0243】

［付記１０４］
前記ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択される付記１０３に記載の方法。

【0244】

［付記１０５］
前記ｐ型半導体材料はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含む付記１０４に記載の方法。

【0245】

［付記１０６］
前記ｐ型半導体材料は金属酸化物を含む付記１０２に記載の方法。
［付記１０７］
前記金属酸化物は、酸化銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ストロンチウムチタン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む付記１０６に記載の方法。

【0246】

［付記１０８］
前記ｐ型半導体材料は、ｐドープされた金属酸化物を含む付記１０６に記載の方法。
［付記１０９］
前記ｐドープされた金属酸化物はｐドープ酸化亜鉛またはｐドープ酸化チタンを含む付記１０８に記載の方法。

【0247】

［付記１１０］
前記ｎ型半導体材料は金属酸化物を含む付記１０２に記載の方法。
［付記１１１］
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む付記１１０に記載の方法。

【0248】

［付記１１２］
前記ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、炭素ナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基を含むポリマー、ＣＦ_３基を含むポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記１０２に記載の方法。

【0249】

［付記１１３］
前記ｐ型半導体材料と前記ｎ型半導体材料は１つの層に混合されている付記１０２に記載の方法。

【0250】

［付記１１４］
前記再結合層は２つの層を有し、一方の層はｐ型半導体材料を含み、他方の層はｎ型半導体材料を含む付記１０２に記載の方法。

【0251】

［付記１１５］
正孔キャリア層を設ける工程をさらに備え、前記第１光活性層は前記正孔キャリア層と前記第２光活性層の間にある付記８４に記載の方法。

【0252】

［付記１１６］
前記正孔キャリア層はポリマーを含む付記１１５に記載の方法。
［付記１１７］
前記ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、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ネン、およびそれらの共重合体からなる群から選択される付記１１６に記載の方法。

【0253】

［付記１１８］
前記正孔キャリア層は第４の液体ベースのコーティング工程によって設けられる付記１１５に記載の方法。

【0254】

［付記１１９］
前記第４の液体ベースのコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含む付記１１８に記載の方法。

【0255】

［付記１２０］
正孔ブロック層を設ける工程をさらに備え、前記第２光活性層は前記正孔ブロック層と前記第１光活性層の間にある付記８４に記載の方法。

【0256】

［付記１２１］
前記正孔ブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む付記１２０に記載の方法。

【0257】

［付記１２２］
前記正孔ブロック層は第５の液体ベースのコーティング工程によって設けられる付記１２０に記載の方法。

【0258】

［付記１２３］
前記第５の液体ベースのコーティング工程は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、浸漬コーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、吹付コーティング、ローラーコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含む付記１２２に記載の方法。

【0259】

［付記１２４］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極である付記８４に記載の方法。

【0260】

［付記１２５］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記８４に記載の方法。
［付記１２６］
前記方法はロールツーロール法からなる付記８４に記載の方法。

【0261】

［付記１２７］
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間にあって有機電子供与体材料および有機電子受容体材料を含んだ第１光活性層と、
前記第１電極と前記第２電極の間にあって無機半導体材料を含んだ第２光活性層とを備えるシステムであって、
前記システムは光起電力システムとして構成されているシステム。

【0262】

［付記１２８］
前記無機半導体材料は、アモルファスシリコン、結晶シリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、砒化ガリウム、セレン化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、または金属酸化物を含む付記１２７に記載のシステム。

【0263】

［付記１２９］
前記無機半導体材料は無機ナノ粒子を含む付記１２７に記載のシステム。
［付記１３０］
第１光活性層と第２光活性層の間にある再結合層をさらに備える付記１２７に記載のシステム。

【0264】

［付記１３１］
正孔キャリア層をさらに備え、前記第１光活性層は、前記正孔キャリア層と前記第２光活性層の間にある付記１３０に記載のシステム。

【0265】

［付記１３２］
正孔ブロック層をさらに備え、前記第２光活性層は、前記正孔ブロック層と前記第１光活性層の間にある付記１３１に記載のシステム、
［付記１３３］
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも１つはメッシュ電極である付記１２７に記載のシステム。

【0266】

［付記１３４］
前記システムはタンデム型光電池からなる付記１２７に記載のシステム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】