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特表2023-525877近赤外線吸収体を組み込むことによる太陽熱利得係数改善
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-19
(54)【発明の名称】近赤外線吸収体を組み込むことによる太陽熱利得係数改善
(51)【国際特許分類】
H10K 30/50 20230101AFI20230612BHJP
H10K 30/87 20230101ALI20230612BHJP
G02B 5/22 20060101ALI20230612BHJP
【ＦＩ】
H10K30/50
H10K30/87
G02B5/22
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022569442
(86)(22)【出願日】2021-05-07
(85)【翻訳文提出日】2023-01-16
(86)【国際出願番号】 US2021031321
(87)【国際公開番号】W WO2021231216
(87)【国際公開日】2021-11-18
(31)【優先権主張番号】63/025,840
(32)【優先日】2020-05-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515087787
【氏名又は名称】ユビキタス エナジー， インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＵＢＩＱＵＩＴＯＵＳ ＥＮＥＲＧＹ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３６９６ Ｈａｖｅｎ Ａｖｅｎｕｅ， Ｓｕｉｔｅ Ｂ， Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｃｉｔｙ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９４０６３ Ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100137969
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 憲昭
(74)【代理人】
【識別番号】100104824
【弁理士】
【氏名又は名称】穐場 仁
(72)【発明者】
【氏名】パンディ，リチャ
(72)【発明者】
【氏名】サイクス，マシュー イー．
(72)【発明者】
【氏名】バール，マイルス シー．
(72)【発明者】
【氏名】ラブ，ジョン エー．
【テーマコード（参考）】
2H148
5F251
【Ｆターム（参考）】
2H148CA05
2H148CA12
2H148CA17
2H148FA05
2H148FA09
2H148FA12
5F251AA11
5F251DA03
5F251DA07
5F251DA15
5F251FA03
5F251FA04
5F251FA06
5F251FA23
5F251GA03
5F251HA04
5F251XA01
5F251XA32
(57)【要約】
可視透明光起電力デバイスは、可視透明基板と、可視透明基板上の第１の可視透明電極と、第２の電極と、第１の可視透明電極と第２の電極との間の可視透明光活性層であって、近赤外光又は紫外光のうちの少なくとも一方を光電流に変換するように構成される可視透明光活性層と、近赤外光を吸収して可視光を透過するように構成される近赤外吸収材料層とを含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視透明基板と、前記可視透明基板上の第１の可視透明電極と、
第２の電極と、
前記第１の可視透明電極と前記第２の電極との間の可視透明光活性層であって、近赤外光又は紫外光のうちの少なくとも一方を光電流に変換するように構成される、可視透明光活性層と、
前記近赤外光を吸収して可視光を透過する近赤外吸収材料層と、
を備える可視透明光起電力デバイス。
【請求項2】
前記近赤外吸収材料層は、６５０ｎｍよりも長い波長におけるピーク吸光係数によって特徴付けられる、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項3】
前記ピーク吸光係数が０．４よりも大きい、請求項２に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項4】
前記近赤外吸収材料層がＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、又は、ＢＢＴを含む、請求項２に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項5】
前記近赤外吸収材料層が前記可視光のための反射防止層を含む、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項6】
前記反射防止層は、前記可視透明基板上又は前記第２の電極上にある、請求項５に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項7】
前記近赤外吸収材料層が前記可視透明光活性層内にある、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項8】
正孔輸送層を更に備え、前記近赤外吸収材料層が前記正孔輸送層内にある、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項9】
前記正孔輸送層は、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＮｉＯｘ、ＩＴＯ、又はＶ２Ｏ５のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項10】
電子輸送層を更に備え、前記近赤外吸収材料層が前記電子輸送層内にある、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項11】
前記電子輸送層は、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＡＺＯ、ＦＴＯ、Ａｌ：ＭｏＯ３、又はＢａＳｎＯ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項12】
反射防止層、正孔輸送層、及び、電子輸送層を更に備え、前記近赤外吸収材料層は、前記反射防止層、前記正孔輸送層、前記電子輸送層、又は、前記可視透明光活性層のうちの少なくとも１つの内にある、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項13】
前記第２の電極は、前記近赤外光を少なくとも部分的に反射するように構成される、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項14】
前記第２の電極は、２０ｎｍ以下の厚さを特徴とする銀層を含む、請求項１３に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項15】
前記近赤外吸収材料層が６０ｎｍ未満の厚さを特徴とする、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項16】
０．４５以上の平均可視透過率を特徴とする、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項17】
１．５以上の選択性を特徴とする、請求項１に記載の可視透明光起電力デバイス。
【請求項18】
可視透明基板と、前記可視透明基板上の第１の可視透明誘電体層と、
前記第１の可視透明誘電体層上にあり、近赤外光を少なくとも部分的に反射するように構成される近赤外反射層と、
前記近赤外反射層上の第２の可視透明誘電体層と、
を備え、
前記第１の可視透明誘電体層及び前記第２の可視透明誘電体層のうちの少なくとも一方は、近赤外光を吸収して可視光を透過する近赤外吸収材料を含む、
窓パネル。
【請求項19】
前記近赤外吸収材料は、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、又は、ＢＢＴのうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の窓パネル。
【請求項20】
前記近赤外反射層が銀層を含む、請求項１８に記載の窓パネル。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001]この出願は、その内容全体があらゆる目的のために参照により本願に組み入れられる、「近赤外線吸収体を組み込むことによる太陽熱利得係数改善」と題される２０２０年５月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０２５，８４０号の優先権の利益を主張する。
[0001]この出願は、その内容全体があらゆる目的のために参照により本願に組み入れられる、「近赤外線吸収体を組み込むことによる太陽熱利得係数改善」と題される２０２０年５月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０２５，８４０号の優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
[0002]低コストで、可視透明又は半透明光起電力（ＰＶ）デバイスは、家庭、高層ビル、自動車、及び、他の構造物の窓ガラスに組み込まれて、可視光で構造物の内部を照らしながら、太陽エネルギーハーベスティングのための表面積を大幅に増大させることができる。例えば、建物一体型光起電力セルを使用して、建物に照射された太陽エネルギーを、建物で使用もしくは貯蔵することができる又は電力網にフィードバックすることができる電気エネルギーに変換し、太陽エネルギー（例えば、赤外光）による建物の加熱を低減することができる。従来のＰＶセルは、不透明性及び審美的な問題を有する場合があり、幾つかの窓ガラスでの使用には適さない場合がある。
【0003】
[0003]更に、窓は、ガラス、窓ガラス、及び、フレームを通じた直接的な伝導、並びに、窓を通じた熱の放射（例えば、太陽からの放射）によって熱を得る又は失う場合がある。ＰＶセルを組み込んだ窓ガラスが、気候、向き、外部陰影などの周囲環境の状態に基づいて熱の利得又は損失を調節するための特定の熱エネルギー性能を有することがしばしば望ましい。
【発明の概要】
【0004】
[0004]本明細書に開示される技術は、一般に窓コーティングに関する。より詳細には、限定するものではないが、本明細書には、窓に組み込まれるとともに近赤外光を選択的に吸収して可視光を透過することができる材料及びデバイスが開示される。材料及びデバイスは、窓に使用される透明又は半透明の光起電性デバイスに組み込まれてもよく、又は、通常の窓にコーティングされてもよい。材料及びデバイスは、熱伝達を低減し、窓を通じた可視光透過を改善するのに役立つことができる。材料、材料の組み合わせ、デバイス、システム、モジュール、方法などを含む様々な本発明の実施形態が本明細書中に記載されている。
【0005】
[0005]本発明の様々な実施形態の概要が例のリストとして以下で与えられる。以下で使用されるように、一連の例への任意の言及は、それらの例のそれぞれへの言及として選言的に理解されるべきである（例えば、「例１－４」は、「例１、２、３又は４」と理解されるべきである）。
【0006】
[0006]例１は、可視透明基板と、可視透明基板上の第１の可視透明電極と、第２の電極と、第１の可視透明電極と第２の電極との間の可視透明光活性層であって、近赤外光又は紫外光のうちの少なくとも一方を光電流に変換するように構成される、可視透明光活性層と、近赤外光を吸収して可視光を透過する近赤外吸収材料層とを備える可視透明光起電力デバイスである。
【0007】
[0007]例２は、近赤外吸収材料層が６５０ｎｍよりも長い波長におけるピーク吸光係数によって特徴付けられる、例１の可視透明光起電力デバイスである。
【0008】
[0008]例３は、ピーク吸光係数が０．４よりも大きい、例２の可視透明光起電力デバイスである。
【0009】
[0009]例４は、近赤外吸収材料層がＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、又は、ＢＢＴを含む、例２－３の可視透明光起電力デバイスである。
【0010】
[0010]例５は、近赤外吸収材料層が可視光のための反射防止層を含む、例１－４の可視透明光起電力デバイスである。
【0011】
[0011]例６は、反射防止層が可視透明基板上又は第２の電極上にある、例５の可視透明光起電力デバイスである。
【0012】
[0012]例７は、近赤外吸収材料層が可視透明光活性層内にある、例１－６の可視透明光起電力デバイスである。
【0013】
[0013]例８は、正孔輸送層を更に備え、近赤外吸収材料層が正孔輸送層内にある、例１－６の可視透明光起電力デバイスである。
【0014】
[0014]例９は、正孔輸送層がＭｏＯ３、ＷＯ３、ＮｉＯｘ、ＩＴＯ、又はＶ２Ｏ５のうちの少なくとも１つを含む、例８の可視透明光起電力デバイスである。
【0015】
[0015]例１０は、電子輸送層を更に備え、近赤外吸収材料層が電子輸送層内にある、例１の可視透明光起電力デバイスである。
【0016】
[0016]例１１は、電子輸送層がＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＡＺＯ、ＦＴＯ、Ａｌ：ＭｏＯ３、又はＢａＳｎＯ３のうちの少なくとも１つを含む、例１０の可視透明光起電力デバイスである。
【0017】
[0017]例１２は、反射防止層、正孔輸送層、及び、電子輸送層を更に備え、近赤外吸収材料層が、反射防止層、正孔輸送層、電子輸送層、又は、可視透明光活性層のうちの少なくとも１つにある、例１の可視透明光起電力デバイスである。
【0018】
[0018]例１３は、第２の電極が近赤外光を少なくとも部分的に反射するように構成される、例１－１２の可視透明光起電力デバイスである。
【0019】
[0019]例１４は、第２の電極が２０ｎｍ以下の厚さを特徴とする銀層を含む、例１３の可視透明光起電力デバイスである。
【0020】
[0020]例１５は、近赤外吸収材料層が６０ｎｍ未満の厚さを特徴とする、例１－１４の可視透明光起電力デバイスである。
【0021】
[0021]例１６は、０．４５以上の平均可視透過率を特徴とする、例１－１５の可視透明光起電力デバイスである。
【0022】
[0022]例１７は、１．５以上の選択性を特徴とする、例１－１６の可視透明光起電力デバイスである。
【0023】
[0023]例１８は、可視透過光活性層がドナー材料及びアクセプタ材料を含む、例１－１７の可視透過光起電デバイスである。
【0024】
[0024]例１９は、可視透明光活性層がバルクヘテロ接合を含む、例１－１８の可視透明光起電デバイスである。
【0025】
[0025]例２０は、可視透明基板と、可視透明基板上の第１の可視透明誘電体層と、第１の可視透明誘電体層上にあり、近赤外光を少なくとも部分的に反射するように構成される近赤外反射層と、近赤外反射層上の第２の可視透明誘電体層とを備え、第１の可視透明誘電体層及び第２の可視透明誘電体層のうちの少なくとも一方が近赤外光を吸収して可視光を透過する近赤外吸収材料を含む、窓パネルである。
【0026】
[0026]例２１は、近赤外吸収材料がＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、又は、ＢＢＴのうちの少なくとも１つを含む、例２０の窓パネルである。
【0027】
[0027]例２２は、近赤外反射層が銀層を含む、例２０－２１の窓パネルである。
【0028】
[0028]従来技術に優る本開示に記載される技術を使用して、多くの利点が得られる。本開示の実施形態は、太陽熱利得を低減し、透明光起電力及び低放射率窓コーティングにおける選択性を改善するために近赤外放射線を吸収するための材料及びデバイスの組み合わせを提供する。好適には、これらの光学特性は、高い平均可視光透過率を依然として可能にしながら、従来の手法に対して相補的な透明光起電力及び低放射率コーティングの熱性能を高めるための代替経路を表わす。
【0029】
[0029]本発明のこれら及び他の実施形態及び態様は、その利点及び特徴の多くと共に、以下の本文及び添付の図面と併せてより詳細に説明される。
【0030】
[0030]この概要は、特許請求の範囲に記載される主題の重要な又は本質的な特徴を特定することを意図するものでも、特許請求の範囲に記載される主題の範囲を決定するために単独で使用されることを意図するものでもない。主題は、この開示の明細書全体の適切な部分、任意の又は全ての図面、及び、各請求項を参照することによって理解されるべきである。以上は、他の特徴及び例と共に、以下の明細書、特許請求の範囲、及び、添付図面において以下により詳細に説明される。
【0031】
[0031]例示的な実施形態は、以下の図に関連して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスの一例を示す簡略図である。
【図2A】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスにおける光活性層の様々な構成を示す。
【図2B】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスにおける光活性層の様々な構成を示す。
【図2C】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスにおける光活性層の様々な構成を示す。
【図2D】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスにおける光活性層の様々な構成を示す。
【図2E】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスにおける光活性層の様々な構成を示す。
【図3】光波長に応じた透明光起電力デバイスの一例の太陽スペクトル、人間の眼感度、及び、吸収スペクトルを示す簡略プロットである。
【図4A】特定の実施形態に係る窓用の断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）の例を示す。
【図4B】特定の実施形態に係る窓用の断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）の例を示す。
【図4C】特定の実施形態に係る窓用の断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）の例を示す。
【図4D】特定の実施形態に係る窓用の断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）の例を示す。
【図5】特定の実施形態に係る近赤外（ＮＩＲ）吸収材料を含むことができる複数の層を含む可視透明光起電力デバイスの一例を示す。
【図6】特定の実施形態に係るＩＧＵにおけるコーティング層に使用することができる材料の例の吸光係数を示す。
【図7A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有する透明反射防止（ＡＲ）層としてＨＡＴ－ＣＮをそれぞれ含む透明光起電力（ＴＰＶ）デバイスの例を示す。
【図8A】特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有するＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＳｎＮｃＣｌ２をそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図9A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有するＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＳｎＮｃをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図10A】特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有するＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＢＢＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図11A】特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有するＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＮｉＤＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図12A】特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有するＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＱＱＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図13】特定の実施形態に係るＡＲ層に様々な材料を含むＴＰＶデバイスにおける選択性対平均可視透過率（ＡＶＴ）を示す。
【図14A】特定の実施形態に係る正孔輸送層（ＨＴＬ）内にそれぞれの異なる厚さの選択的ＮＩＲ吸収材料をそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図15A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さのＡｇ電極を伴う透明ＡＲ層をそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図16A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さのＡｇ電極を伴うＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＳｎＮｃＣｌ２をそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図17A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さのＡｇ電極を伴うＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＳｎＮｃをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図18A】特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さのＡｇ電極を伴うＡＲ層内に選択的ＮＩＲ吸収材料としてＢＢＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図19】特定の実施形態に係る所定の厚さの異なるＡＲ層及び異なる厚さのＡｇ電極を伴うＴＰＶデバイスの例に関する選択性対ＡＶＴを示す。
【図20】特定の実施形態に係るＴＰＶデバイスのＡＶＴ及び選択性を改善するための技術を示す。
【図21A】特定の実施形態に係る透明ＡＲ層としてのＨＡＴ－ＣＮ及びそれぞれの異なる厚さのＡｇ電極をそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図22A】特定の実施形態に係るＮＩＲ吸収ＡＲ層としてのＳｎＮｃＣｌ２と異なるそれぞれの厚さのＡｇ電極とをそれぞれが含むＴＰＶデバイスの例を示す。
【図23A】特定の実施形態に係るＮＩＲ吸収ＡＲ層としてのＮｉＤＴ及び異なるそれぞれの厚さのＡｇ電極とを含むＴＰＶデバイスの一例を示す。
【図24A】太陽スペクトルのＡＭ１．５Ｇエネルギー束及び人間の眼の明所視応答を示す。
【図24B】特定の実施形態に係る透明又はＮＩＲ吸収ＡＲ層のいずれかを含む２つのＴＰＶデバイスの透過（Ｔ）スペクトル及び吸収（Ａ）スペクトルを示す。
【図25A】特定の実施形態に係るＡＲ層をそれぞれが含む２つのＴＰＶデバイスの可視太陽放射照度スペクトルを示す。
【図25B】特定の実施形態に係るそれぞれが反射防止層を含む２つのＴＰＶデバイスの透過太陽放射照度を示す。
【図25C】特定の実施形態に係るそれぞれが反射防止層を含む２つのＴＰＶデバイスの吸収太陽放射照度を示す。
【図26A】２つのＺｎＯ層間に挟まれた薄い銀層を含む低ｅコーティング構造の一例を示す。
【図27】特定の実施形態に係る可視透明光起電力デバイスを製造するための方法の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0033】
[0080]図面は、例示のみを目的として本開示の実施形態を示す。例えば、幾つかの図における透過曲線又は吸収曲線は、例示のみを目的としており、実際のＴＰＶデバイスで使用される材料の透過曲線又は吸収曲線を表わさない場合がある。当業者であれば以下の説明から容易に分かるように、本開示の原理又は宣伝されている利点から逸脱することなく、図示されている構造及び方法の別の実施形態が使用され得る。
【0034】
[0081]添付の図面では、同様の構成要素及び／又は特徴が同じ参照ラベルを有することができる。更に、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後にダッシュ及び類似の構成要素を区別する第２のラベルを続けることによって区別することができる。最初の参照ラベルのみが明細書中で使用される場合、記述は、第２の参照ラベルにかかわらず同じ最初の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれか１つに適用される。
【0035】
[0082]本開示は、一般に窓コーティングに関する。より具体的には、限定ではないが、本明細書では、窓の十分な平均可視透過率（ＡＶＴ）を維持しながら、窓を通じた熱（例えば、太陽からの熱）の放射を低減するために窓に組み込まれ得る材料及びデバイスが開示される。材料及びデバイスは、ＮＩＲ光を選択的に吸収し、可視光を透過することができ、窓に使用される透明又は半透明の光起電性デバイスの様々な層に組み込まれてもよく、又は、通常の窓にコーティングされてもよい。例えば、材料は、単独で又は光起電力デバイス内の他の層と組み合わせて、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成することに加えて、窓のＡＶＴ、太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）、及び、ＡＶＴとＳＨＧＣとの間の光－太陽熱利得比（又は選択性）を改善することができる。材料、材料の組み合わせ、デバイス、システム、モジュール、方法などを含む様々な本発明の実施形態が本明細書中に記載されている。
【0036】
[0083]特定の実施形態によれば、高ＡＶＴ及び低ＳＨＧＣの両方を達成するために、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃなどの様々な選択的ＮＩＲ吸収材料を、活性層、可視光における反射防止（ＡＲ）層、又は、キャリア輸送層などの透明光起電力（ＴＰＶ）デバイスの異なる層に組み込むことができる。幾つかの実施形態において、高ＡＶＴ及び低ＳＨＧＣは、ＮＩＲ吸収材料と銀層などの金属層の両方を使用して達成することができる。金属層は、ＴＰＶデバイスにおける可視透明電極としても機能し得る。
【0037】
[0084]本発明の様々な実施形態において活性／バッファ（輸送層）／光学材料として利用することができる材料の例としては、ＮＩＲ吸収材料及び／又は電磁スペクトルのＮＩＲ領域における強い吸収ピークを特徴とする材料が挙げられる。ＮＩＲ吸収材料としては、フタロシアニン、ポルフィリン、ナフタロシアニン、スクアライン、ホウ素－ジピロメテン、ナフタレン、リレン、ペリレン、テトラシアノキノイドチオフェン化合物、テトラシアノインダセン化合物、カルバゾールチアポルフィリン化合物、金属ジチオレート、ベンゾチアジアゾール含有化合物、ジシアノメチレンインダノン含有化合物、これらの組み合わせなどが挙げられる。例示的な材料は、それぞれが２０１７年６月１６日に出願された米国仮出願第６２／５２１，１５４号、第６２／５２１，１５８号、第６２／５２１，１６０号、第６２／５２１，２１１号、第６２／５２１，２１４号、及び、第６２／５２１，２２４号に記載されており、これらは参照によりその全体が本願に組み入れられる。
【0038】
[0085]一例において、可視透明光起電力デバイスは、可視透明基板と、可視透明基板上の第１の可視透明電極と、第２の電極と、第１の可視透明電極と第２の電極との間の可視透明光活性層と、ＮＩＲ吸収ＡＲ層（例えば、受動的な非光起電力層）とを含むことができる。可視透明光活性層は、ＮＩＲ光又は紫外光の少なくとも一方を光電流に変換するように構成されてもよい。ＮＩＲ吸収材料層は、ＮＩＲ帯域における高い吸収及び可視帯域における非常に低い吸収を特徴とし得る。このように、可視透明光活性層によって吸収され得ないＮＩＲ光は、ＮＩＲ吸収ＡＲ層によって吸収されることができ、ＮＩＲ光の吸収された熱のごく一部のみが構造の内部に対流及び／又は放射され得る。これにより、ＳＨＧＣを低減することができ、ＡＶＴを維持することができ、選択性を向上させることができる。
【0039】
[0086]一般に、本明細書で使用される用語及び語句は、当業者に知られている標準的なテキスト、定期刊行物文献、及び文脈を参照することによって見出すことができる、当技術分野で認識されている意味を有する。以下の定義は、本開示の文脈におけるそれらの具体的な使用を明確にするために提供される。
【0040】
[0087]本明細書で使用される「可視光」という用語は、約３８０ｎｍ～約７５０ｎｍ、約４００ｎｍ～約７００ｎｍ、又は約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲内の光を指し得る。
【0041】
[0088]本明細書で使用される場合、「可視透明」（又は単に「透明」）及び「可視半透明」（又は単に「半透明」）などの用語は、約０－７０％以内、例えば、７０％以下、約６５％以下、約６０％以下、約５５％以下、約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、又は、約２０％以下の可視帯域の全体的な吸収、平均吸収、又は、最大吸収を示す材料又はデバイスの特徴を指し得る。別の言い方をすれば、可視透明材料は、入射可視光の３０％－１００％、例えば、入射可視光の約８０％以上、入射可視光の約７５％以上、入射可視光の約７０％以上、入射可視光の約６５％以上、入射可視光の約６０％以上、入射可視光の約５５％以上、入射可視光の約５０％以上、入射可視光の約４５％以上、入射可視光の約４０％以上、入射可視光の約３５％以上、又は、入射可視光の約３０％以上を透過することができる。材料又はデバイスを透過しなかった光の一部は、材料によって散乱、反射、又は吸収され得る。可視透明材料は、一般に、人間が見ると少なくとも部分的に透けて見える（すなわち、完全に不透明ではない）と考えられる。可視透明光起電力デバイスは、単にＴＰＶデバイスと呼ばれることがある。
【0042】
[0089]本明細書で使用される場合、「最大吸収強度」という用語は、紫外帯域（２００ｎｍ～４５０ｎｍ又は２８０ｎｍ～４５０ｎｍ）、可視帯域（４５０ｎｍ～６５０ｎｍ）、又は近赤外帯域（６５０ｎｍ～１４００ｎｍ）などの特定のスペクトル領域における最大吸収値を指す。幾つかの例では、最大吸収強度は、吸収帯域又はピークなどの局所的又は絶対的な最大値である吸収特徴の吸収強度に対応することができ、ピーク吸収と呼ばれることがある。幾つかの例では、特定の帯域の最大吸収強度は、局所的又は絶対的な最大値に対応しなくてもよく、代わりに特定の帯域の最大吸収値に対応してもよい。そのような構成は、例えば、吸収特徴が複数の帯域（例えば、可視及び近赤外）に及び、吸収特徴のピークが紫外帯域内に位置するが吸収特徴の尾部が可視帯域まで延在する場合など、可視帯域内で生じる吸収特徴からの吸収値が近赤外帯域内で生じる吸収値よりも小さい場合に起こり得る。幾つかの実施形態では、本明細書に記載の可視透明光活性化合物は、約６５０ナノメートルを超える波長（すなわち、近赤外）又は約４５０ナノメートル未満の波長（すなわち、紫外線において）に吸収ピークを有してもよく、可視透明光活性材料の吸収ピークは、約４５０～６５０ナノメートルの任意の波長における可視透明光活性材料の吸収より大きくてもよい。
【0043】
[0090]本明細書で使用される「太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）」という用語は、直接伝達される部分と吸収された後に内側に再放射される部分との両方を含む、窓を通じて入る入射太陽放射線の割合を指すことができる。ＳＨＧＣは、０と１との間の数によって記述され得る。一般に、窓の太陽熱利得係数が低いほど、透過する太陽熱が少なくなる。幾つかの実施形態において、窓のＳＨＧＣは、以下にしたがって決定することができる。
ＳＨＧＣ＝Ｔｓｏｌ＋Ａｓｏｌ×Ｎ、
ここで、Ｔｓｏｌは太陽エネルギー透過率であり、ＡｓｏｌはＡＭ１．５Ｄにおける窓の太陽エネルギー吸収率であり、Ｎは対流と放射の両方によって窓を通じて内側に流れる吸収熱の割合である。Ｔｓｏｌ及びＡｓｏｌは、それぞれ窓によって直接に透過及び吸収される入射太陽放射線の割合であることに留意されたい。
ＳＨＧＣ＝Ｔｓｏｌ＋Ａｓｏｌ×Ｎ、
ここで、Ｔｓｏｌは太陽エネルギー透過率であり、ＡｓｏｌはＡＭ１．５Ｄにおける窓の太陽エネルギー吸収率であり、Ｎは対流と放射の両方によって窓を通じて内側に流れる吸収熱の割合である。Ｔｓｏｌ及びＡｓｏｌは、それぞれ窓によって直接に透過及び吸収される入射太陽放射線の割合であることに留意されたい。
【0044】
[0091]本明細書で使用される「平均可視透過率（ＡＶＴ）」という用語は、太陽スペクトルにおける可視光の加重平均透過率を指すことができ、重みは、それぞれの波長ごとの人間の眼の明所視応答及び太陽エネルギー束に基づいて決定することができる。幾つかの実施形態において、ＡＶＴは、以下にしたがって決定することができる。
式中、λは波長であり、Ｔ（λ）は波長λを伴う光に関するデバイスの透過率であり、Ｐ（λ）は波長λを伴う光に対する人間の眼の明所視応答であり、Ｓ（λ）は窓用途における波長λでの太陽エネルギー束（例えば、Ｄ６５）であり、又は、幾つかの他の用途では１である。
【数1】
式中、λは波長であり、Ｔ（λ）は波長λを伴う光に関するデバイスの透過率であり、Ｐ（λ）は波長λを伴う光に対する人間の眼の明所視応答であり、Ｓ（λ）は窓用途における波長λでの太陽エネルギー束（例えば、Ｄ６５）であり、又は、幾つかの他の用途では１である。
【0045】
[0092]本明細書で使用される「選択性」又は「光－太陽利得比（ＬＳＧＲ）」という用語は、窓のＡＶＴとＳＨＧＣとの間の比を指すことができる。
【0046】
[0093]本明細書で使用される「断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）」という用語は、縁部の周りの断熱スペーサによって分離された２つ以上のガラス片を含むアセンブリを指すことができる。隣接するガラス片の各対間のキャビティは、真空であってもよく、又は、ユニットを通じた対流熱伝達を低減するためにアルゴンなどの不活性ガスが充填されてもよい。また、ユニットは、縁部の周りの枠組みによって取り囲まれてもよい。幾つかの実施形態において、ＩＧＵのＳＨＧＣは、ガラス片の中心のＳＨＧＣを指すことができるが、ＳＨＧＣに対する枠組みなどの不透明要素の影響は考慮されない場合がある。
【0047】
[0094]本明細書で使用される「光学反射防止（ＯＡＲ）層」という用語は、基板又は上部電極（例えば、金属膜）上に堆積され、基板又は上部電極での反射率を低減するために使用される層を指すことができる。ＴＰＶデバイスのＡＶＴを最大化するために、ＯＡＲ層として１つ以上の可視透明（可視スペクトルで吸収しない）材料を使用することがしばしば有利である。
【0048】
[0095]本明細書で使用される「正孔輸送層（ＨＴＬ）」及び「電子輸送層（ＥＴＬ）」という用語は、デバイスの電気抵抗を著しく増大させないように、正孔（例えば、ＨＴＬ）又は電子（例えば、ＥＴＬ）のいずれかに対して高い導電性を有する層を指すことができる。ＨＴＬ又はＥＴＬの材料は、他のタイプの電荷キャリアをブロックしながら正孔又は電子のいずれかを選択的に伝導し得るように選択され得る。幾つかの実施形態において、ＥＴＬ及び／又はＨＴＬは光電流にも寄与し得る。
【0049】
[0096]本開示で利用され得る幾つかの材料（例えば、幾つかのＮＩＲ又はＵＶ吸収材料）における略語の例としては、
ＴＰＢｉ：２，２’、２’’－（１，３，５－ベンゼントリイル）－トリス（１－フェニル－１－Ｈ－ベンズイミダゾール）；
ＨＡＴ－ＣＮ：ジピラジノ［２，３－ｆ：２’、３’－ｈ］キノキサリン－２，３，６，７，１０，１１ヘキサカルボニトリル；
ＺｎＯ：酸化亜鉛；
ＭｏＯ３：三酸化モリブデン；
Ｃ６０：フラーレン－Ｃ６０；
ＳｎＮｃ：スズ（ＩＩ）２，３－ナフタロシアニン；
ＳｎＮｃＣｌ２：スズ（ＩＶ）２，３－ナフタロシアニンジクロリド；
ＢＢＴ：４，８－ビス［５－（Ｎ，Ｎ－ジフェニルアミノ）－２－チオフェン］ベンゾ［１，２－ｃ：４，５－ｃ（］ビス［１，２，５］チアジアゾール；
ＮｉＤＴ：ビス（ジチオベンジル）ニッケル（ＩＩ）；
ＱＱＴ：２，２’－［（３，４－ジブチル－２，５－チオフェンジイリデン）ジ－５，２－チオフェンジイリデン］ビス［プロパンジニトリル］；及び
ＵＥ－Ｄ－１００：独自のＮＩＲ吸収ドナー材料、
が挙げられる。
ＴＰＢｉ：２，２’、２’’－（１，３，５－ベンゼントリイル）－トリス（１－フェニル－１－Ｈ－ベンズイミダゾール）；
ＨＡＴ－ＣＮ：ジピラジノ［２，３－ｆ：２’、３’－ｈ］キノキサリン－２，３，６，７，１０，１１ヘキサカルボニトリル；
ＺｎＯ：酸化亜鉛；
ＭｏＯ３：三酸化モリブデン；
Ｃ６０：フラーレン－Ｃ６０；
ＳｎＮｃ：スズ（ＩＩ）２，３－ナフタロシアニン；
ＳｎＮｃＣｌ２：スズ（ＩＶ）２，３－ナフタロシアニンジクロリド；
ＢＢＴ：４，８－ビス［５－（Ｎ，Ｎ－ジフェニルアミノ）－２－チオフェン］ベンゾ［１，２－ｃ：４，５－ｃ（］ビス［１，２，５］チアジアゾール；
ＮｉＤＴ：ビス（ジチオベンジル）ニッケル（ＩＩ）；
ＱＱＴ：２，２’－［（３，４－ジブチル－２，５－チオフェンジイリデン）ジ－５，２－チオフェンジイリデン］ビス［プロパンジニトリル］；及び
ＵＥ－Ｄ－１００：独自のＮＩＲ吸収ドナー材料、
が挙げられる。
【0050】
[0097]以下の説明では、説明の目的のために、本開示の例の完全な理解を与えるために具体的な詳細が記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細を伴うことなく様々な例を実施できることは明らかである。例えば、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、及び他の構成要素は、例を不必要に詳細に不明瞭にしないために、ブロック図形式の構成要素として示されてもよい。他の例では、例を不明瞭にすることを避けるために、周知のデバイス、プロセス、システム、構造、及び技術を必要な詳細を伴うことなく示すことができる。図及び説明は、限定を意図するものではない。この開示で使用される用語及び表現は、限定ではなく説明の用語として使用されており、また、そのような用語及び表現の使用において、示され説明された特徴又はその一部の均等物を除外する意図はない。「例」という用語は、本明細書では「例、事例、又は、例示として役立つ」ことを意味するべく使用される。本明細書中で「例」として説明される任意の実施形態又は形態は、必ずしも他の実施形態又は形態よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。
【0051】
[0098]図１は、特定の実施形態に係る可視帯域で色中立である可視透明光起電力（ＴＰＶ）デバイス１００の一例を示す簡略図である。図１に示されるように、可視透明光起電力デバイス１００は、幾つかの層及び要素を含むことができる。前述したように、可視透明とは、光起電力デバイスが例えば約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの可視波長帯域外の波長で光エネルギーを吸収する一方で可視波長帯域内の光を実質的に透過することを示す。例に示されるように、ＵＶ光及び／又はＮＩＲ光は、光起電力デバイスの層及び要素によって強く吸収され得るが、可視光はデバイスを実質的に透過し得る。
【0052】
[0099]可視透明光起電（ＴＰＶ）デバイス１００は、図示されている他の層及び構造に十分な機械的支持を与えるガラス又は他の可視透明材料であり得る基板１０５を含んでもよい。基板材料の例としては、様々なガラス及び硬質又は可撓性のポリマーが挙げられる。積層体などの多層基板も利用することができる。基板は、例えば、０．５ｍｍ～２０ｍｍの厚さなど、他の層及び構造に必要な機械的支持をもたらすのに適した任意の厚さを有してもよい。場合によっては、基板は、窓ガラス、表示デバイスなどの他の構造に対する可視透明光起電力デバイス１００の適用を可能にする接着フィルムを含んでもよい。基板１０５は、光学層１１０，１１２を支持することができる。これらの光学層は、反射防止（ＡＲ）特性、波長選択反射又は分布ブラッグ反射特性、屈折率整合特性、カプセル化などを含む様々な光学特性を与えることができる。光学層１１０，１１２は、好適には、可視透明であってもよい。更なる光学層１１４は、例えば、ＡＲコーティング、屈折率整合層、受動的な可視光、赤外光、又は、紫外光吸収層などとして利用することができる。任意選択的に、光学層１１０～１１４は、可視光、紫外光、及び／又は近赤外光を透過してもよく、又は、可視、紫外、及び／又は近赤外帯域の波長の少なくともサブセットを透過してもよい。構成に応じて、更なる光学層１１４は受動可視光吸収層であってもよい。
【0053】
[0100]デバイスは、全体として、可視透明性、例えば、３０％超、４０％超、５０％超、６０％超、７０％超、或いは、最大で１００％又はほぼ１００％の透明性を４５０～６５０ｎｍ範囲で示し得るが、個々に採取された特定の材料は、可視スペクトルの少なくとも一部で吸収を示し得ることが理解される。任意選択的に、可視透明光起電力デバイス内における個々の材料又は層はそれぞれ、可視範囲内で高い透明性、例えば３０％を超える（すなわち、３０％～１００％）高い透明性を有する。透過率又は吸収率は、パーセンテージとして表わすことができ、材料の吸光度特性、吸収材料を貫く厚さ又は経路長、及び、吸収材料の濃度に依存してもよく、それにより、吸収材料を貫く経路長が短い及び／又は吸収材料が低濃度で存在する場合、可視帯域に吸光度を伴う材料は、低い吸収率又は高い透過率を示し得る。
【0054】
[0101]ここで及び以下で記載されるように、様々な光活性層中の光活性材料は、好適には、可視帯域において最小の吸収率（例えば、２０％未満、３０％未満、４０％未満、５０％未満、６０％未満、又は、７０％未満）を示し、近赤外帯域及び／又は紫外帯域において高い吸収率（例えば、５０％超、６０％超、７０％超又は８０％超の吸収ピーク）を示す。幾つかの用途では、可視帯域での吸収率が７０％もの大きさとなり得る。基板、光学層、及び、バッファ層などの他の材料の様々な形態は、材料が若干の可視吸収率を示し得る場合でも、これらの材料が全体的な可視透明性をもたらすことができるようにし得る。例えば、ＡｇやＣｕ等の金属の薄膜が透明電極に含まれていてもよい。金属は可視光を吸収し得るが、薄膜形態で設けられる場合、膜の全体的な透明性は高くなり得る。同様に、光学層又はバッファ層に含まれる材料は、可視範囲で吸収を示し得るが、可視光吸収の全体量が低く可視透明性をもたらすような濃度又は厚さで与えられてもよい。
【0055】
[0102]また、可視透明光起電力デバイス１００は、電極１２０，１２２間に位置される光活性層１４０を伴う一組の透明電極１２０，１２２も含む。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、薄い金属膜、又は、他の適切な可視透明材料を使用して製造することができる電極１２０，１２２は、図示された様々な層のうちの１つ以上に対する電気的接続をもたらす。例えば、銅、銀、又は、他の金属の薄膜は、これらの金属が可視帯域の光を吸収し得る場合であっても、可視透明電極としての使用に適し得る。約１ｎｍ～約２００ｎｍ（例えば、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ、約９５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１０５ｎｍ、約１１０ｎｍ、約１１５ｎｍ、約１２０ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１３０ｎｍ、約１３５ｎｍ、約１４０ｎｍ、約１４５ｎｍ、約１５０ｎｍ、約１５５ｎｍ、約１６０ｎｍ、約１６５ｎｍ、約１７０ｎｍ、約１７５ｎｍ、約１８０ｎｍ、約１８５ｎｍ、約１９０ｎｍ、又は約１９５ｎｍ）の厚さを有する膜などの薄膜として設けられる場合、可視帯域における薄膜の全透過率は、３０％超、４０％超、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は、９０％超など、高いままであってもよい。好適には、金属薄膜は、透明電極として使用される場合、幾つかの半導体透明導電性酸化物が、紫外帯域でバンドギャップを有し、したがって紫外光を高度に吸収する又は透過しないため、ＩＴＯなどの透明電極として有用であり得る他の半導体材料よりも紫外帯域で低い吸収を示し得る。しかしながら、場合によっては、紫外光が特定の材料を劣化させる場合があるため、紫外線吸収透明電極を使用して、紫外光の少なくとも一部を下方にある構成要素から遮蔽することができる。
【0056】
[0103]原子層堆積、化学蒸着、物理蒸着、熱蒸着、スパッタ堆積、エピタキシなどの真空堆積技術を含む様々な堆積技術を使用して透明電極を生成することができる。場合によっては、スピンコーティングなどの溶液ベースの堆積技術も使用することができる。更に、透明電極は、リソグラフィ、リフトオフ、エッチングなどを含む、微細加工の技術を使用してパターニングされてもよい。
【0057】
[0104]バッファ層１３０，１３２及び光活性層１４０は、光起電力デバイスの電気的及び光学的な特性を実現するために利用される。これらの層は、単一の材料の層であってもよく、又は、特定の用途に適した複数の副層を含んでもよい。したがって、「層」という用語は、単一の材料の単一の層を示すことを意図するものではなく、同じ又は異なる材料の複数の副層を含むことができる。幾つかの実施形態において、バッファ層１３０、光活性層１４０、及び、バッファ層１３２は、積層形態で繰り返されて、多接合セルなどのタンデムデバイス形態をもたらす。幾つかの実施形態において、光活性層１４０は、ドナー及びアクセプタとも称される電子ドナー材料及び電子アクセプタ材料を含んでもよい。これらのドナー及びアクセプタは、可視透明であるが、可視波長帯域外を吸収して光電流を生成し得る。
【0058】
[0105]バッファ層１３０，１３２は、電子輸送層、電子ブロッキング層、正孔輸送層、正孔ブロッキング層、励起子ブロッキング層、光学スペーサ、物理バッファ層、電荷再結合層、又は、電荷生成層として機能し得る。バッファ層１３０，１３２は、所望の緩衝効果をもたらすのに適した任意の厚さを有してもよく、任意選択的に存在しても存在しなくてもよい。バッファ層１３０，１３２は、存在する場合、約１ｎｍ～約１００ｎｍの厚さを有してもよい。更に、バッファ層１３０，１３２は、幾つかの実施形態では、光活性層に対して相補的な吸収性を有してもよい。フラーレン材料、カーボンナノチューブ材料、グラフェン材料、金属酸化物、例えば酸化モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛など、ポリマー、例えばポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリスチレンスルホン酸、ポリアニリンなど、コポリマー、ポリマー混合物、及び、小分子、例えばバソクプロインを含む様々な材料がバッファ層として使用されてもよい。バッファ層は、堆積プロセス（例えば、熱蒸発）又は溶液処理方法（例えば、スピンコーティング）を使用して形成することができ、１つ以上の層を含むことができる。
【0059】
[0106]テトラシアノキノイドチオフェン化合物、テトラシアノインダセン化合物、カルバゾールチアポルフィリン化合物、及び／又はジチオフェンスクアリン化合物などの様々な化合物を、バッファ層、光学層、及び／又は光活性層の１つ以上として使用することができる。これらの化合物は、コア構造の電気的及び／又は光学的特性を改質するための適切に官能化されたバージョンを含むことができる。一例として、開示される化合物は、可視波長帯域の吸収を約４５０ｎｍから約６５０ｎｍに減少させ、約６５０ｎｍを超える波長でＮＩＲ帯域の吸収を増大させる官能基を含むことができる。
【0060】
[0107]本発明の様々な実施形態において活性材料／緩衝材料（輸送層）／光学材料として利用され得る材料の例としては、近ＩＲ吸収材料、ＵＶ吸収材料、及び／又は、電磁スペクトルの近ＩＲ領域又はＵＶ領域における強い吸収ピークによって特徴付けられる材料が挙げられる。近ＩＲ吸収材料の例としては、フタロシアニン、ポルフィリン、ナフタロシアニン、スクアライン、ホウ素－ジピロメテン、ナフタレン、リレン、ペリレン、パラ－フェニレン、テトラシアノキノイドチオフェン化合物、テトラシアノインダセン化合物、カルバゾールチアポルフィリン化合物、金属ジチオレート、ベンゾチアジアゾール含有化合物、ジシアノメチレンインダノン含有化合物、これらの組み合わせなどを挙げることができる。ＵＶ吸収材料の例としては、フラーレン、リレン、ペリレン、ベンズイミダゾール、ヘキサカルボニトリル、トリアリールアミン、ビストリアリールアミン、フェナントロリン、パラ－フェニレン、それらの組み合わせなどが挙げられる。
【0061】
[0108]様々な実施形態において、可視透明光起電力デバイス１００は、透明電極１２０、光活性層１４０、及び、透明電極１２２を含むことができ、一方、基板１０５、光学層１１０，１１２、１１４、及び、バッファ層１３０、１３２のいずれか１つ以上は、任意選択的に含まれるか又は除外されてもよいことに留意されたい。
【0062】
[0109]図２Ａ～図２Ｅは、光活性層１４０における様々な例示的な接合構成を示す。光活性層１４０は、任意選択的に、平面ドナー／アクセプタ形態（図２Ａに示すように）、混合ドナー／アクセプタ（バルクヘテロ接合）形態（図２Ｂに示すように）、平面及び混合ドナー／アクセプタ形態（図２Ｃに示すように）、勾配ドナー／アクセプタ形態（図２Ｄに示すように）、又は、積層ヘテロ接合形態（図２Ｅに示すように）に対応してもよい。
【0063】
[0110]紫外帯域又は近赤外帯域で吸収するが可視帯域では仮に吸収するとしても最小限しか吸収しない材料など、様々な材料が光活性層１４０として使用されてもよい。このようにして、光活性材料を使用して、紫外吸収及び／又は近赤外吸収によって外部回路に給電するための電子－正孔対を生成することができ、それにより、可視光を比較的乱さずに残して可視透明性を与えることができる。図示のように、光活性層１４０は、別個のドナー層及びアクセプタ層を含む平面ヘテロ接合を備えてもよい。或いは、光活性層１４０は、別個のアクセプタ層及びドナー層並びに混合ドナー－アクセプタ層を含む平面混合ヘテロ接合構造を備えてもよい。或いは、光活性層１４０は、完全に混合されたアクセプタ－ドナー層を含む混合ヘテロ接合構造、又は、様々な相対濃度勾配を伴う混合ドナー－アクセプタ層を含む混合ヘテロ接合構造を備えてもよい。
【0064】
[0111]光活性層は、任意の適切な厚さを有してもよく、所望のレベルの透明性及び紫外／近赤外吸収特性をもたらすために、任意の適切な濃度又は組成の光活性材料を有することができる。光活性層の厚さの例は、約１ｎｍ～約１μｍ、約１ｎｍ～約３００ｎｍ、又は、約１ｎｍ～約１００ｎｍの範囲であってもよい。場合によっては、光活性層は、図２Ａ～図２Ｅに示されるように、適切な光起電力発電特性を与えるために、個々の副層又は層の混合物で構成されてもよい。図２Ａ～図２Ｅに示される様々な形態が、使用されてもよいとともに、有利な光起電力発電をもたらすために使用される特定のドナー及びアクセプタ材料に依存してもよい。例えば、幾つかのドナーとアクセプタとの組み合わせは特定の形態から利益を得ることができるが、他のドナーとアクセプタとの組み合わせは他の特定の形態から利益を得ることができる。ドナー材料及びアクセプタ材料は、適切な太陽光発電特性をもたらすために任意の比率又は濃度で提供されてもよい。混合層の場合、アクセプタに対するドナーの相対濃度は、約２０：１～約１：２０であってもよい。場合により、アクセプタに対するドナーの相対濃度は任意選択的に約５：１～約１：５である。場合により、ドナー及びアクセプタは１：１の比率で存在する。
【0065】
[0112]様々な可視透明光活性化合物は、電子ドナー光活性材料として有用であり、また、幾つかの実施形態では、光起電力デバイスに有用な光活性層を設けるために適切な電子アクセプタ光活性材料と対にされてもよい。様々な可視透明光活性化合物は、電子アクセプタ光活性材料として有用であり、光起電力デバイスに有用な光活性層をもたらすために適切な電子ドナー光活性材料と対にすることができる。ドナー材料及びアクセプタ材料の例は、それぞれが２０１７年６月１６日に出願された米国仮出願第６２／５２１，１５４号、第６２／５２１，１５８号、第６２／５２１，１６０号、第６２／５２１，２１１号、第６２／５２１，２１４号、及び、第６２／５２１，２２４号に記載されており、これらの出願はその全体が参照により本願に組み入れられる。
【0066】
[0113]幾つかの実施形態において、様々な光活性化合物の化学構造は、材料に望ましい電気的特性を与えるために、電子供与基、電子求引基、又はコア金属原子の周りもしくはコア金属原子への置換などの１つ以上の指向基で官能化することができる。例えば、幾つかの実施形態において、光活性化合物は、光起電力デバイスにおいて電子ドナーとして機能する材料の能力を向上させるために、アミン基、フェノール基、アルキル基、フェニル基、又は、他の電子供与基で官能化される。他の例として、幾つかの実施形態において、光活性化合物は、光起電力デバイス内の電子アクセプタとして機能する材料の能力を向上させるために、シアノ基、ハロゲン、スルホニル基、又は他の電子吸引基で官能化される。
【0067】
[0114]実施形態において、光活性化合物は、望ましい光学特性を与えるために官能化される。例えば、幾つかの実施形態において、光活性化合物は、材料の吸収プロファイルを再シフトさせるために拡張された共役で官能化されてもよい。共役は、分子内のｐｉ電子の非局在化を指してもよく、また、分子構造内の単結合と多重結合とを交互に繰り返すことを特徴としてもよいことが理解される。例えば、電子共役を拡張する官能化は、１つ以上の芳香族基を材料の分子構造に融合することを含んでもよい。拡張された共役を与え得る他の官能化としては、例えばビニル基によるアルケン官能化、芳香族又はヘテロ芳香族官能化、例えばアシル基によるカルボニル官能化、スルホニル官能化、ニトロ官能化、シアノ官能化などが挙げられる。様々な分子官能化は、光活性化合物の光学特性及び電気特性の両方に影響を及ぼし得ることが理解される。
【0068】
[0115]デバイス機能は、固体状態の活性層の形態によって影響を受け得ることが理解される。励起子拡散長及び大きな界面面積の規模での寸法を有する離散領域への電子ドナー及びアクセプタの分離は、高いデバイス効率を達成するために有利であり得る。好適には、光活性材料の分子フレームワークは、材料の形態を制御するように調整され得る。例えば、本明細書中に記載される官能基の導入は、そのような改質が材料のエネルギー特性又は電子特性に影響を及ぼすかどうかにかかわらず、固体状態の材料の形態に大きな影響を及ぼし得る。そのような形態学的変動は、純粋な材料において、また、特定の材料が対応するドナー又はアクセプタとブレンドされるときに観察され得る。形態を制御するための有用な機能性としては、アルキル鎖、共役リンカー、フッ素化アルカン、嵩高い基（例えば、ｔｅｒｔ－ブチル、フェニル、ナフチル又はシクロヘキシル）の付加、並びに、過剰な結晶化を抑制するために構造の一部を分子の平面から押し出すように設計されたより複雑なカップリング手順が挙げられるが、これらに限定されない。
【0069】
[0116]実施形態において、他の分子構造特性は、光活性化合物において望ましい電気的及び光学的特性を与え得る。例えば、幾つかの実施形態において、光活性化合物は、電子供与性として特徴付けられ得る分子の部分を示すことができ、一方、分子の他の部分は電子受容性として特徴付けられ得る。いかなる理論にも束縛されることを望むものではないが、交互の電子供与部及び電子受容部を含む分子は、交互の電子供与部及び電子受容部を欠く類似の分子と比較して、分子の吸収特性を再シフトさせ得る。例えば、交互の電子供与部及び電子受容部は、最高占有分子軌道と最低非占有分子軌道との間のより低いエネルギーギャップを減少させ又はさもなければもたらし得る。有機ドナー及び／又はアクセプタ基は、可視透明光活性化合物中の任意のアリール、芳香族、ヘテロアリール、ヘテロ芳香族、アルキル又はアルケニル基などのＲ基置換基として有用であり得る。
【0070】
[0117]ドナー／アクセプタ材料が電子ドナー又は電子アクセプタのいずれかとして透明光起電力デバイス内の光活性層として組み込まれる場合、層厚は、デバイス出力、吸光度、又は、透過率を変化させるように制御され得る。例えば、ドナー層又はアクセプタ層の厚さを増大させると、その層の光吸収率を増大させることができる。場合によっては、ドナー層中又はアクセプタ層中のドナー／アクセプタ材料の濃度を増大させると、その層の光吸収率が同様に増大し得る。しかしながら、幾つかの実施形態では、活性材料層がドナー／アクセプタ材料の純粋もしくは実質的に純粋な層又はドナー／アクセプタ材料の純粋もしくは実質的に純粋な混合物を備える場合など、ドナー／アクセプタ材料の濃度が調整可能ではない場合がある。場合により、ドナー／アクセプタ材料は、溶媒中に供給されてもよく又はバッファ層材料などのキャリア中に懸濁されてもよく、その場合、ドナー／アクセプタ材料の濃度が調整されてもよい。幾つかの実施形態において、ドナー層濃度は、生成される電流が最大化される場合に選択される。幾つかの実施形態では、アクセプタ層濃度は、生成される電流が最大化される場合に選択される。
【0071】
[0118]しかしながら、電荷収集効率は、電荷キャリアの「走行距離」が増大するため、ドナー又はアクセプタの厚さが増大するにつれて減少する可能性がある。したがって、層の厚さが増大するにつれて吸収率が増大することと電荷収集効率が低下することとの間にはトレードオフがあり得る。したがって、厚さ当たりの光吸収率の増大を可能にするために、高い吸収係数及び／又は濃度を有する材料を選択することが有利となり得る。幾つかの実施形態において、ドナー層の厚さは、生成される電流が最大化される場合に選択される。幾つかの実施形態において、アクセプタ層の厚さは、生成される電流が最大化される場合に選択される。
【0072】
[0119]個々の光活性層の厚さに加えて、透明光起電力デバイスにおける他の層の厚さ及び組成も、光活性層内の吸収を増強するように選択され得る。他の層（バッファ層、電極など）は、一般に、薄膜デバイス積層体及び結果として生じる光学キャビティとの関連でそれらの光学特性（屈折率及び吸光係数）に基づいて選択される。例えば、近赤外吸収光活性層は、それがデバイスによってもたらされる吸収及び結果として生じる電流を最大にするために吸収する近赤外波長における光場のピークに位置され得る。これは、第２の光活性層及び／又は光学層をスペーサとして使用して光活性層を電極から適切な距離を隔てて離間させることによって達成され得る。同様の方式を紫外線吸収光活性層に関して使用することができる。多くの場合、より長い波長の光場のピークは、より短い波長の光場のピークと比較してより反射性がある２つの透明電極からより遠くに位置される。したがって、別個のドナー及びアクセプタ光活性層を使用する場合、ドナー及びアクセプタは、より赤吸収性の（より長い波長の）材料をより反射性の電極からより遠くに配置し、より青吸収性の（より短い波長の）材料をより反射性の電極の近くに配置するように選択することができる。
【0073】
[0120]幾つかの実施形態では、ドナーがドナー層で吸収して光吸収率を増大させ、したがってドナー層によって生成される電流を増大させる波長での光場の強度を増大させるために光学層が含まれてもよい。幾つかの実施形態では、アクセプタがアクセプタ層で吸収して光吸収率を増大させ、したがってアクセプタ層によって生成される電流を増大させる波長での光場の強度を増大させるために、光学層が含まれてもよい。幾つかの実施形態では、光学層を使用して、可視吸収又は可視反射のいずれかを減少させることによって積層体の透明性を向上させることができる。更に、電極材料及び厚さは、可視範囲内の光を優先的に透過させながら、光活性層内の可視範囲外の吸収を増強するように選択されてもよい。
【0074】
[0121]任意選択的に、可視透明光起電力デバイスのスペクトルカバレッジを高めることは、図１に関連して説明したように、バッファ層１３０、光活性層１４０、及び、バッファ層１３２の複数の積層された事例として含まれ得る、タンデムセルと称される、可視透明光起電力デバイスのマルチセル直列積層体を使用することによって達成される。この構造は２つ以上の光活性層を含み、これらの光活性層は、一般に、例えば、バッファ層及び／又は薄い金属層の組み合わせによって分離される。この構造において、各サブセルで生成される電流は、対向する電極に直列に流れ、したがって、セル内の正味電流は、例えば、特定のサブセルによって生成される最小電流によって制限される。開回路電圧（ＶＯＣ）は、サブセルのＶＯＣ値の合計に等しい。太陽スペクトルの異なる領域で吸収する異なるドナー－アクセプタ対で製造されたサブセルを組み合わせることにより、単一接合セルと比較して効率の大幅な向上を得ることができる。
【0075】
[0122]図３は、光波長の関数としての透明光起電力デバイスの一例の太陽スペクトル３１０、人間の眼感度３３０、及び、吸収スペクトル３２０を示す簡略プロット３００である。図３に示されるように、本開示における実施形態は、約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの可視波長帯域において低い均一な吸収を有するが、ＵＶ及びＮＩＲ帯域において、すなわち、可視波長帯域の外側において強く吸収し、可視透明光起電動作を可能にする光起電構造を利用してもよい。紫外線帯域は、実施形態において、約２００ｎｍ～約４５０ｎｍの光の波長として説明することができる。地上レベルでの有用な太陽輻射は、約２８０ｎｍ未満の波長を伴う限られた量の紫外線を有してもよく、したがって、紫外線帯域又は紫外線領域は、幾つかの実施形態では、約２８０ｎｍ～４５０ｎｍの光の波長として説明されてもよいことが理解される。近赤外帯域は、実施形態では、約６５０ｎｍ～約１４００ｎｍの光の波長として説明することができる。
【0076】
[0123]様々な組成物及び化合物は、ＵＶピーク３２２及び／又はＮＩＲピーク３２４、並びに、ＮＩＲ領域又はＵＶ領域よりも小さい可視帯域における最大吸収強度を含む吸収を示し得る。これらの組成物及び化合物の幾つかは、光活性であってもよく、可視光帯域外の太陽光を電気に変換するために前述及び後述する可視透明光起電力デバイスに使用されてもよい。例えば、光活性化合物は、場合により近赤外帯域にピーク吸収を示してもよい。光活性化合物は、紫外帯域にピーク吸収を有していてもよい。所望の光学特性を達成するために、可視透明光活性化合物は、紫外又は近赤外光の光子を吸収するための分子電子構造を有することができ、これにより、電子がより低い分子軌道レベルからより高い分子軌道レベルに促進でき、より低い分子軌道レベルとより高い分子軌道レベルとの間のエネルギー差は、吸収された光子のエネルギーと一致し得る。拡張された芳香族性又は拡張された共役を示す化合物は、拡張された芳香族性又は拡張された共役を有する化合物が紫外光子及び／又は近赤外光子のエネルギーと一致するエネルギーで電子吸収を示し得るので、有益である。しかしながら、場合によっては、拡張された芳香族性又は拡張された共役は、可視帯域（すなわち、約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍ）での吸収ももたらし得る。共役及び芳香族性に加えて、吸収特徴は、窒素又は硫黄原子などの可視透明光活性化合物の有機構造にヘテロ原子を含めることによって調節され得る。これに加えて又は代えて、吸収特徴は、金属原子及び有機金属結合の存在及び位置によって調節されてもよい。これに加えて又は代えて、吸収特徴は、可視透明光活性化合物のコア又はサブ構造に結合したハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基などの電子供与基又は電子求引基の存在及び位置によって調節され得る。更に、吸収特徴は、光活性化合物内の電子ドナー基又は電子アクセプタ基の存在によって任意選択的に調節されてもよい。
【0077】
[0124]可視透明光起電力デバイスにおける光活性層に使用され得る光活性化合物の例としては、キノイド構造、テトラシアノキノイドチオフェン構造、テトラシアノインダセン構造、カルバゾールチアポルフィリン構造、及びジチオフェンスクアリン構造を組み込んだものが挙げられる。
【0078】
[0125]可視透明光起電力デバイスに使用される他の層は、透明光起電力デバイスの動作に適した組成及び特性を示し得る。例えば、透明ガラス、透明ポリマーなどを含む様々な可視透明基板を使用することができる。幾つかの実施形態では、可視透明基板は、近赤外光（例えば、６５０ｎｍを超える波長を有する光）及び／又は紫外光（例えば、４５０ｎｍ未満の波長を有する光）を透過してもよい。このようにして、可視透明基板は、可視透明光起電力デバイスによる光起電力エネルギー生成に適した近赤外光及び／又は紫外光を吸収しない場合がある。しかしながら、幾つかの実施形態において、可視透明基板は、赤外線及び／又は紫外線を吸収することができ、これは、例えば、可視透明基板が、光活性層を通過した後の過剰な赤外線又は可視放射線入射放射を遮断して、全体的な紫外線及び／又は赤外線透過を防止又は低減するのに役立つ形態に有用であり得る。有用な可視透明基板は、約５０ｎｍ～約３０ｍｍの厚さを有するものを含むが、これらに限定されない。
【0079】
[0126]可視透明電極の例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、又は銅、金、銀、アルミニウムなどの導電性金属の薄い透明膜、又は関連する金属合金が挙げられる。可視透明電極が導電性金属を含む場合、可視透明電極の厚さは、導電性金属がバルク中で不透明であっても、薄膜として使用される場合、導電性金属が依然として可視光の透過を可能にし得るような厚さであり得る。有用な可視透明電極は、約１ｎｍ～約５００ｎｍの厚さを有するものを含むが、これらに限定されない。
【0080】
[0127]前述したように、本明細書に記載の可視透明光起電力デバイスには、他の層も存在し得る。例えば、可視透明光起電力デバイスは、任意選択的に、第１の可視透明電極と第１の可視透明光活性層との間に配置された第１のバッファ層及び／又は第１の（又は第２の）可視透明光活性層と第２の可視透明電極との間に配置された第２のバッファ層などの１つ以上のバッファ層を含んでもよい。バッファ層は、様々な目的を果たしてもよく、様々な組成物を含み得る。例えば、場合によっては、バッファ層は、本明細書に記載の光活性材料又は化合物を含むことができる。任意選択的には、バッファ層は、約１ｎｍ～約５００ｎｍの厚さを有してもよい。
【0081】
[0128]前述のＴＰＶデバイスは、例えば、窓のＩＧＵに使用することができる。ＩＧＵは、異なる構成を有してもよい。説明の目的で、特定の本発明の実施形態の完全な理解を与えるために、特定の例を説明する。しかしながら、これらの例は限定的であることを意図していない。例えば、幾つかの例では、ＩＧＵは二重ガラスユニットとして示されているが、当業者であれば容易に分かるように、本明細書に開示された技術が、３枚、４枚、又は更に多数のガラス板又はライトを有するガラスユニットに適用できる。
【0082】
[0129]図４Ａ～図４Ｄは、特定の実施形態に係る二重板ＩＧＵ内のＰＶ層４３０の様々な構成を示す。二重板ＩＧＵは、間にギャップ４４０を形成する第１のガラス板４１０及び第２のガラス板４２０を含むことができる。第１のガラス板４１０は、外部環境により近いガラス板であってもよく、第２のガラス板４２０は、建物に設置された後、建物の内部により近くてもよい。ギャップ４４０は、ＩＧＵを通じた対流熱伝達を低減するために、例えばＡｒなどの不活性ガスが充填されてもよい。太陽光は、最初に第１のガラス板４１０を通じてＩＧＵに入ることができる。一例では、ＩＧＵは、１ｍ×１ｍの面積及び約２０ｍｍの厚さを有することができる。例えば、第１のガラス板４１０は、約１ｍｍ（例えば、約０．７ｍｍ）の厚さを有することができ、第２のガラス板４２０は、１ｍｍ（例えば、＞約５ｍｍ）を超える厚さを有することができ、ギャップ４４０は、約１５ｍｍの長さを有することができる。
【0083】
[0130]前述したように、ＰＶ層４３０は、本開示において前述及び後述するように、１つ以上の活性層、２つの透明電極層、及び他の層を含むことができる。例えば、幾つかの実施態様では、ＰＶ層４３０は、金属層などの１つ以上の反射層、及び／又は選択的ＮＩＲ吸収層などの１つ以上の吸収層を含むことができる。ＰＶ層４３０は、約数ミクロン未満、又は約数百ナノメートル未満の厚さを有することができる。図４Ａ～図４Ｄに示すように、ＰＶ層４３０は、任意のＩＧＵガラス板４１０又は４２０の任意の表面上に堆積させることができ、ＩＧＵの外面又はＩＧＵの内面上のＩＧＵ積層体に組み込むことができる（例えば、ギャップ４４０を形成する表面）。例えば、図４Ａでは、ＰＶ層４３０は、ギャップ４４０に面する第１のガラス板４１０の表面上に堆積されてもよい。図４Ｂでは、ＰＶ層４３０は、ギャップ４４０に面する第２のガラス板４２０の表面上に堆積されてもよい。図４Ｃでは、ＰＶ層４３０は、外部環境に面する第１のガラス板４１０の表面上に堆積させることができる。図４Ｄでは、ＰＶ層４３０は、建物の内部に面する第２のガラス板４２０の表面上に堆積させることができる。
【0084】
[0131]ＩＧＵの様々な実施形態では、ＰＶ層は、３つ以上のガラス板（例えば、トリプルグレージングユニット）を有するＩＧＵ内の任意の位置に配置することができる。例えば、ＰＶ層は、前面ガラス板又は背面ガラス板上の任意の位置、並びに三重ガラスユニット用の内部ガラス片のいずれかの両側に配置することができる。また、ＰＶ層は、ｎ枚のガラス板を有する多重ガラスユニットのガラス板のいずれかの両側に配置されてもよい。以下に説明される例では、図４Ａに示されるＩＧＵ構造は、例示目的のみのために、説明、シミュレーション、及び測定に使用され得る。本明細書に記載の技術は、ＩＧＵが光活性層を含んでも含まなくてもよい他のＩＧＵ構造で使用することができる。
【0085】
[0132]図４Ａ～図４Ｄに示すＩＧＵなどのＩＧＵは、ガラス、グレージング、及びフレームを通じた直接伝導、並びに窓を通じた熱の放射によって熱を獲得又は損失することができる。ＳＨＧＣを減少させる技術は、ＮＩＲ光の大部分を反射する高反射率金属の薄層を使用している。この技術は、高い選択性をもたらし得るが、同時にＡＶＴを減少させ得る。
【0086】
[0133]特定の実施形態によれば、窓の十分に高いＡＶＴ（例えば、＞０．４５）を維持しながら、窓を通じた熱（例えば、太陽からのＮＩＲ光）の放射を低減するために、選択的ＮＩＲ吸収材料は、ＩＧＵに使用されるＴＰＶデバイスの様々な層に組み込まれてもよく、又は通常の窓にコーティングされてもよい。ＮＩＲ吸収材料は、熱源（例えば、太陽）からのＮＩＲ光を選択的に吸収して、依然として可視光を透過しながら対流又は放射を介してＩＧＵを通じて伝えられる熱を低減することができる。幾つかの実施形態では、高ＡＶＴ及び低ＳＨＧＣは、ＮＩＲ吸収材料と銀層などの金属層の両方を使用して達成され得る。
【0087】
[0134]前述したように、ＩＧＵのＳＨＧＣは、ＳＨＧＣ＝Ｔｓｏｌ＋Ａｓｏｌ×Ｎにしたがって決定することができる。対流及び放射に起因してＩＧＵを通じて内側に流れる吸収熱の割合Ｎは、約２０％未満、約１０％未満、又は約５％未満など、小さくてもよい。したがって、ＩＧＵの太陽光吸収率Ａｓｏｌをｍパーセント増大させると、窓の太陽光透過率Ｔｓｏｌをｍパーセント減少させることができるが、吸収された熱の内向きの流れを僅かに増大させるだけである。したがって、窓のＳＨＧＣは、例えば、０．８×ｍパーセント（例えば、Ｎ＝２０％の場合）に近く、０．９５×ｍパーセント（例えば、Ｎ＝５％の場合）以上低減され得る。したがって、選択的ＮＩＲ吸収材料を含むＩＧＵは、高い断熱性（又はより低いＳＨＧＣ）及び高い選択性の両方を有することができる。
【0088】
[0135]図５は、特定の実施形態に係る近赤外吸収材料を含むことができる複数の層を含む可視透明光起電力デバイス５００の一例を示す。可視透明光起電力デバイス５００は、基板５１０と、２つの透明電極と、２つの電極間の積層体と、透明電極の一方の上の光学層５７０とを含んでもよい。基板５１０は、例えば、ガラス、ポリマー、又は他の可視透明材料を含むことができ、任意の適切な厚さを有することができる。光学層５７０は、可視波長での光学反射防止（ＯＡＲ）特性、波長選択反射特性、屈折率整合特性などを含む様々な光学特性を提供することができる。例えば、光学層５７０は、可視透明光起電力デバイス５００と空気との間の界面での可視光の反射を低減するために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、可視透明光起電力デバイス５００は、基板５１０の片側又は両側に１つ以上の光学層（光学層１１０及び１１２など）を含むこともできる。
【0089】
[0136]２つの透明電極は、アノード及びカソードを含むことができ、アノード及びカソードは、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）などの金属及び／又は導電性酸化物の薄層を含むことができる。図５に示す例では、アノードは、例えばＩＴＯ層５１５を含んでもよく、カソードは、例えばＺｎＯ層５５０上に銀層５６０を含んでもよい。
【0090】
[0137]２つの透明電極間の積層体は、ＨＴＬ層５２０、１つ以上の活性層５３０、及びＥＴＬ層５４０を含んでもよい。ＨＴＬ層５２０は、正孔に関して高導電性であってもよく、例えば、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＮｉＯｘ、又はＶ２Ｏ５などの導電性金属酸化物、ＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどのポリマーなどを含んでもよい。ＥＴＬ層５４０は、電子に関して高導電性であってもよく、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、スズ酸バリウム（ＢａＳｎＯ３）、ＡＺＯ、ＦＴＯ、Ａｌ：ＭｏＯ３、ＰＥＩＥなどの金属酸化物の薄層を含んでもよい。幾つかの実施形態では、ＺｎＯ層５５０は、ＥＴＬ層５４０の一部であってもよい。１つ以上の活性層５３０は、１つ以上のドナー材料及び１つ以上のアクセプタ材料、又は例えば図１の光活性層１４０及び図２Ａ～図２Ｅに示す光活性層の例に関して前述した１つ以上の混合ドナー／アクセプタ材料を含む光活性層を含むことができる。
【0091】
[0138]選択的ＮＩＲ吸収材料は、更なる層として可視透明光起電力デバイス５００に組み込まれてもよく、又は例えば、ＨＴＬ層５２０、ＥＴＬ層５４０、光学層５７０、及び活性層５３０のうちの１つ以上の層に組み込まれてもよい。ＨＴＬ層５２０、ＥＴＬ層５４０、光学層５７０、及び活性層５３０はそれぞれ、図１～図２Ｅに関して前述したように、層状構造又は混合構造の１つ以上の材料を含んでもよい。したがって、選択的ＮＩＲ吸収材料は、ＨＴＬ層５２０、ＥＴＬ層５４０、光学層５７０、及び活性層５３０のうちの１つにおける別個の層であってもよく、又はＨＴＬ層５２０、ＥＴＬ層５４０、光学層５７０、及び活性層５３０における他の材料と混合されてもよい。選択的ＮＩＲ吸収材料の例としては、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴ、ＮｉＤＴ、ＱＱＴなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【0092】
[0139]図６は、特定の実施形態に係るＩＧＵ内のコーティング層に使用することができる材料の例の吸光係数を示すチャート６００である。等方性材料の光学特性は、一般に複素屈折率∧＝ｎ－ｉｋを使用して説明することができ、ここでｎは通常の屈折率であってもよく、ｋは吸光係数であってもよい。ｎ及びｋの両方は正の実数であってもよく、材料内を伝播する光の波長の関数であってもよい。図６に示す材料としては、ＨＡＴ－ＣＮ、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴ、ＮｉＤＴ、ＱＱＴなどの化合物を挙げることができる。
【0093】
[0140]ＨＡＴ－ＣＮの吸光係数は、図６の曲線６１０によって示すことができ、これは約４００ｎｍ未満の波長にピークを有することができ、約４００ｎｍを超える波長ではゼロに近くなり得る。したがって、ＨＡＴ－ＣＮは、可視透明ＵＶ吸収材料であり得る。更に、ＨＡＴ－ＣＮは、近赤外光を透過してもよい。ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴ、ＮｉＤＴ、及びＱＱＴの吸光係数は、それぞれ曲線６２０、曲線６３０、曲線６４０、曲線６５０、及び曲線６６０によって示すことができ、約６００ｎｍより長い波長にピークを有することができる。したがって、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴ、ＮｉＤＴ、及びＱＱＴは、ＮＩＲ吸収材料と考えることができる。これらの材料の中で、ＱＱＴは、曲線６６０によって示されるように可視帯域の部分において高い吸光係数を有することができ、したがって窓コーティングに使用される場合、ＡＶＴを低減することができる。ＢＢＴ及びＮｉＤＴは、曲線６４０及び６５０によって示されるように、ＮＩＲ帯域においてより低い吸光係数を有することができ、したがって、より低いＮＩＲ吸収率を有することができる。ＳｎＮｃＣｌ２及びＳｎＮｃは、曲線６２０及び６３０に示すように、ＮＩＲ帯域では高い吸光係数を有し、可視帯域では非常に低い吸光係数を有することができ、したがって、ＮＩＲ光を強く吸収し、可視光を透過させることができる。
【0094】
[0141]図７Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有する透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮをそれぞれが含むＴＰＶデバイス７００の例を示す。各ＴＰＶデバイス７００は、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板７１０と、基板７１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス７００のＨＴＬ層７２０は、ＨＴＬ層５２０と同様であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス７００の層７７０は、銀層５６０の一例であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス７００の層７６０は、ＺｎＯ層５５０の一例であってもよく、ＥＴＬ層５４０などのＥＴＬ層として使用されてもよい。層７８０は、光学層５７０の一例であり、可視光の反射防止層を含んでいてもよい。
【0095】
[0142]図７Ａに示す例では、活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０バルクヘテロ接合（ＢＨＪ）層７３０、バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）層７４０（例えば、電子アクセプタとして使用される）、及びＴＰＢｉ：Ｃ６０輸送層７５０を含むことができる。ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０は、電子ドナーとしてのＵＥ－Ｄ－１００及び電子アクセプタとしてのＣ６０を含んでもよく、ここで、ＵＥ－Ｄ－１００及びＣ６０は、混合物を形成するために混合されてもよく、又は異なる層にあってもよい。ＴＰＢｉ：Ｃ６０バッファ層７５０は、ワイドバンドギャップホストとしてのＴＰＢｉ及び電子輸送材料としてのＣ６０を含むことができ、ＴＰＢｉ及びＣ６０は混合物であってもよく、又は異なる層であってもよい。幾つかの例では、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０は、例えば、それぞれ体積で約２０：８０及び約７５：２５の比を有し得る。
【0096】
[0143]層７８０は、光学層及び／又はカソード用の封入層（例えば、層７７０）であってもよい。図７Ａに示す例では、層７８０は、透明ＯＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを含むことができる。図７Ａに示す異なるＴＰＶデバイス７００では、層７８０は、約３０ｎｍ～約７０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＨＡＴ－ＣＮは、ＵＶ帯域に吸収ピークを有し、可視帯域及びＮＩＲ帯域に非常に低い吸収率を有し、それを透過させることができる。
【0097】
[0144]図７Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図７Ａに示されるＴＰＶデバイスの例のシミュレートされた性能を示す。図７Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。本開示に記載された幾つかのシミュレーションでは、本開示の様々な実施形態によるＩＧＵの光学特性及び熱特性を計算するために、Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ ＬａｂによるＷＩＮＤＯＷコードを使用することができる。図７Ｂによって示されるように、ＨＡＴ－ＣＮ層の厚さを変化させても、デバイス構造７００について０．６２を超えるＡＶＴ及び１．５を超える選択性は改善されない可能性がある。最も高いＡＶＴ及び選択性は、ＨＡＴ－ＣＮ層（例えば、層７８０）の厚さが約５０ｎｍである場合に達成され得る。したがって、以下に記載される多くの実施形態において、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を有するＴＰＶデバイスは、このＨＡＴ－ＣＮ層の厚さ及びＮＩＲ吸収を示さないという事実によって達成される比較的高いＡＶＴ及び選択性値に起因して、性能比較のための制御デバイス又は基準デバイスとして使用され得る。
【0098】
[0145]図８Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＳｎＮｃＣｌ２をそれぞれが含むＴＰＶデバイス８００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００として、ＴＰＶデバイス８００はそれぞれ、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板８１０と、基板８１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス８００の層８２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス８００の層８７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス８００の層８６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層８３０及びＣ６０層８４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。また、各ＴＰＶデバイス８００は、ＴＰＶデバイス７００内のＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０としてのバッファ層であり得るＴＰＢｉ：Ｃ６０層８５０を含むこともできる。
【0099】
[0146]光学層８８０は、光学層５７０の一例であってよく、可視光用のＡＲ層を含んでよい。図８Ａに示される例では、光学層８８０は、層７８０のような透明ＨＡＴ－ＣＮ層ではなく、可視光の光学ＡＲ層としてＮＩＲ吸収ＳｎＮｃＣｌ２層を含んでもよい。図８Ａに示す異なるＴＰＶデバイス８００では、光学層８８０は、約３０ｎｍ～約８０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＳｎＮｃＣｌ２は、ＮＩＲ帯域に吸収ピークを有し、可視帯域に非常に低い吸収率を有し得る。
【0100】
[0147]図８Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図８Ａに示されるＴＰＶデバイス８００の例のシミュレートされた性能を示す。ＴＰＶデバイス８００の例は、異なる厚さの光学層８８０を含むことができる。各光学層８８０は、選択的ＮＩＲ吸収ＳｎＮｃＣｌ２材料を含むことができる。図８Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。図８Ｂに示すように、光学層８８０の厚さを変化させると、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大する可能性がある。ＳｎＮｃＣｌ２材料層（例えば、光学層８８０）の厚さが約３０ｎｍ～約５０ｎｍである場合、より高いＡＶＴ及び選択性が達成され得る。例えば、ＴＰＶデバイス８００の選択性は、ＳｎＮｃＣｌ２材料層の厚さが約３０ｎｍ～約５０ｎｍである場合、同等のＡＶＴ（例えば、０．５５超）を維持しながら、ＴＰＶデバイス７００よりも大幅に改善されて、約１．６７～１．７１まで高まり得る。
【0101】
[0148]図９Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＳｎＮｃをそれぞれが含むＴＰＶデバイス９００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００の場合と同様に、ＴＰＶデバイス９００はそれぞれ、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板９１０と、基板９１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス９００の層９２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス９００の層９７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス９００の層９６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層９３０及びＣ６０層９４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。各ＴＰＶデバイス９００はまた、ＴＰＶデバイス７００内のＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０としてのバッファ層であり得るＴＰＢｉ：Ｃ６０層９５０を含むことができる。
【0102】
[0149]光学層９８０は、光学層５７０の一例であってよく、可視光用のＡＲ層を含んでよい。図９Ａに示される例において、光学層９８０は、層７８０としての透明ＨＡＴ－ＣＮ層ではなく、可視光の光学ＡＲ層としてのＮＩＲ吸収ＳｎＮｃ層を含んでもよい。図９Ａに示す異なるＴＰＶデバイス９００では、光学層９８０は、約３０ｎｍ～約７０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＳｎＮｃは、ＮＩＲ帯域に高い吸収ピークを有し、可視帯域に低い吸収率を有し得る。
【0103】
[0150]図９Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図９Ａに示されるＴＰＶデバイス９００の例のシミュレートされた性能を示す。ＴＰＶデバイス９００の例は、異なる厚さの光学層９８０を含むことができる。各光学層９８０は、様々な厚さの選択的ＮＩＲ吸収ＳｎＮｃ材料を含むことができる。図９Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。図９Ｂによって示されるように、光学層９８０の厚さを変えることにより、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大し得る。ＳｎＮｃ材料層（例えば、光学層９８０）の厚さが約４０ｎｍ～約５０ｎｍである場合、より高いＡＶＴ及び選択性を達成することができる。例えば、ＴＰＶデバイス９００の選択性は、ＳｎＮｃ材料層の厚さが約４０ｎｍである場合に、同等のＡＶＴ（例えば、約０．５５）を維持しながら、ＴＰＶデバイス７００よりも大幅に改善して、約１．６５に高まり得る。
【0104】
[0151]図１０Ａは、特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＢＢＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１０００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００の場合と同様に、ＴＰＶデバイス１０００はそれぞれ、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板１０１０と、基板１０１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１０００の層１０２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１０００の層１０７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス１０００の層１０６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１０３０及びＣ６０層１０４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。また、各ＴＰＶデバイス１０００は、ＴＰＶデバイス７００内のＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０としてのバッファ層であり得るＴＰＢｉ：Ｃ６０層１０５０を含むこともできる。
【0105】
[0152]光学層１０８０は、光学層５７０の一例であってよく、可視光用のＡＲ層を含んでよい。図１０Ａに示される例において、光学層１０８０は、層７８０としての透明ＨＡＴ－ＣＮ層ではなく、可視光用の光学ＡＲ層としてのＮＩＲ吸収ＢＢＴ層を含んでもよい。図１０Ａに示す異なるＴＰＶデバイス１０００では、光学層１０８０は、約３０ｎｍ～約７０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＢＢＴは、ＮＩＲ帯域においてＳｎＮｃ及びＳｎＮｃＣｌ２よりも低い吸収ピークを有し、可視帯域において低い吸収率を有し得る。
【0106】
[0153]図１０Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１０Ａに示されるＴＰＶデバイス１０００の例のシミュレートされた性能を示す。ＴＰＶデバイス１０００の例は、異なる厚さの光学層１０８０を含むことができる。各光学層１０８０は、選択的ＮＩＲ吸収ＢＢＴ材料を含むことができる。図１０Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。図１０Ｂによって示されるように、光学層１０８０の厚さを変えることにより、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大し得る。ＢＢＴ材料層（例えば、光学層１０８０）の厚さが約４０ｎｍ～約５０ｎｍである場合、より高いＡＶＴ及び選択性が達成され得る。例えば、ＴＰＶデバイス１０００の選択性は、ＢＢＴ材料層の厚さが約５０ｎｍである場合、同等のＡＶＴ（例えば、約０．５８）を維持しながら、ＴＰＶデバイス７００よりも改善された約１．６２となり得る。
【0107】
[0154]図１１Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＮｉＤＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１１００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００として、ＴＰＶデバイス１１００はそれぞれ、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板１１１０と、基板１１１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１１００の層１１２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１１００の層１１７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス１１００の層１１６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１１３０及びＣ６０層１１４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。また、各ＴＰＶデバイス１１００は、ＴＰＶデバイス７００内のＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０としてのバッファ層であり得るＴＰＢｉ：Ｃ６０層１１５０を含むこともできる。
【0108】
[0155]光学層１１８０は、光学層５７０の一例であってよく、可視光用のＡＲ層を含んでよい。図１１Ａに示す例では、光学層１１８０は、層７８０としての透明ＨＡＴ－ＣＮ層ではなく、可視光用の光学ＡＲ層としてＮＩＲ吸収ＮｉＤＴ層を含んでもよい。図１１Ａに示す異なるＴＰＶデバイス１１００では、光学層１１８０は、約３０ｎｍ～約６０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＮｉＤＴは、ＮＩＲ帯域に低い吸収ピークを有し、可視帯域に低い吸収率を有し得る。
【0109】
[0156]図１１Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１１Ａに示されるＴＰＶデバイス１１００の例のシミュレートされた性能を示す。ＴＰＶデバイス１１００の例は、異なる厚さの光学層１１８０を含むことができる。各光学層１１８０は、選択的ＮＩＲ吸収ＮｉＤＴ材料を含むことができる。図１１Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。図１１Ｂによって示されるように、光学層１１８０の厚さを変化させても、ＮｉＤＴのより低いＮＩＲ吸収及び低い可視吸収に起因して、ＳＨＧＣを有意に減少させない又はＡＶＴもしくは選択性を増大させない場合がある。ＮｉＤＴはＮＩＲのＢＢＴと同等のピーク吸光係数を有するが、そのＮＩＲ吸収は比較的狭帯域である。これは、透明ＨＡＴ－ＣＮコントロールと比較して、可視透明のための最適な厚さにおいて不十分なＮＩＲ吸収をもたらし得る。例えば、ＮｉＤＴ材料層の厚さが約５０ｎｍ（例えば、４５ｎｍ）である場合、ＴＰＶデバイス１１００の選択性は約１．５３であってもよく、ＡＶＴは約０．５７であってもよい。これに対して、ＨＡＴ－ＣＮを含む光学層７８０の厚さが約５０ｎｍである場合、ＴＰＶデバイス７００の選択性は約１．５０となる場合があり、ＡＶＴは約０．６２となり得る。したがって、光学層１１８０にＮｉＤＴを組み込むことは、ＴＰＶデバイス１１００の選択性を著しく改善し得ない。
【0110】
[0157]図１２Ａは、特定の実施形態に係る異なるそれぞれの厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＱＱＴをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１２００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００として、ＴＰＶデバイス１２００はそれぞれ、可視透明光起電力デバイス５００の一例であってもよく、基板１２１０と、基板１２１０上に形成された複数の層とを含んでもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１２００の層１２２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１２００の層１２７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス１２００の層１２６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１２３０及びＣ６０層１２４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。また、各ＴＰＶデバイス１２００は、ＴＰＶデバイス７００内のＴＰＢｉ：Ｃ６０層７５０としてのバッファ層であり得るＴＰＢｉ：Ｃ６０層１２５０を含むこともできる。
【0111】
[0158]光学層１２８０は、光学層５７０の一例であってよく、可視光用のＡＲ層を含んでよい。図１２Ａに示される例において、光学層１２８０は、可視光のための光学ＡＲ層として、層７８０として透明ＨＡＴ－ＣＮ層ではなく、ＮＩＲ吸収ＱＱＴ層を含んでもよい。図１２Ａに示す異なるＴＰＶデバイス１２００では、光学層１２８０は、約１０ｎｍ～約４０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。図６に示すように、ＱＱＴは、可視帯域及びＮＩＲ帯域の少なくとも一部において高い吸収率を有し得る。
【0112】
[0159]図１２Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１２Ａに示されるＴＰＶデバイス１２００の例のシミュレートされた性能を示す。ＴＰＶデバイス１２００の例は、異なる厚さの光学層１２８０を含むことができる。各光学層１２８０は、選択的ＮＩＲ吸収ＱＱＴ材料を含み得る。図１２Ｂに示される性能パラメータは、例えば、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含み得る。図１２Ｂによって示されるように、光学層１２８０の厚さを変えることにより、ＳＨＧＣ並びに選択性を低下させることができる。ＱＱＴの使用は、そのＮＩＲ吸収に起因してＴＰＶデバイスのＳＨＧＣを減少させ得るが、その強い可視吸収に起因してＡＶＴも有意に減少させ得る。これは、選択性における利得を最大化するために、最小限の可視吸収を有する選択的ＮＩＲ吸収体の必要性を強調している。例えば、ＱＱＴ材料層の厚さが約１０ｎｍである場合、ＴＰＶデバイス１２００の選択性は、約１．３６にすぎない場合があり、ＡＶＴは、約０．４にしかなり得ない。これに対して、ＨＡＴ－ＣＮを含む光学層７８０の厚さが約５０ｎｍである場合、ＴＰＶデバイス７００の選択性は約１．５０となる場合があり、ＡＶＴは約０．６２となり得る。したがって、光学層１２８０にＱＱＴを組み込むことは、選択性を改善し得ない。
【0113】
[0160]図１１Ａ～図１２Ｂは、選択性を改善するために、選択的なＮＩＲ吸収を有し、可視吸収がほとんど又は全くない材料を使用することができることを示す。ＮＩＲ帯域及び可視帯域の両方で吸収する材料は、選択的にＮＩＲ吸収性ではない。これは、ＳＨＧＣを減少させる可能性があるが、ＡＶＴも著しく減少させる可能性があり、したがってＴＰＶデバイスの選択性を改善しない可能性がある。同様に、ＮＩＲ吸収ＡＲ層の場合に実現される選択性利得のために、ＮＩＲにおける吸光係数は、ＳＨＧＣがＡＶＴが最大化された層厚で低減されるように、十分に大きいか又は広帯域である必要があり得る。
【0114】
[0161]図１３は、特定の実施形態に係るＡＲ層中に様々な材料を含むＴＰＶデバイスの例に関するＡＲ層厚に応じたＡＶＴ及び選択性の傾向を示す図である。図１３は、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ及び図１２Ｂに示すデータの散布図を含む。いずれの場合も、選択性及びＡＶＴが同時に最大化されるＡＲ層厚さが存在し得る。例えば、曲線１３１０上のデータ点は、図７Ｂに示すように、ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを含むＴＰＶデバイスのデータ点に対応する。曲線１３１０は、ＡＲ層においてＨＡＴ－ＣＮを使用して高いＡＶＴ値が達成され得るが、選択性値は制限され得ることを示す。最も高い選択性は、ＡＶＴが最大化される厚さで達成される。この厚さの上下では、ＡＶＴと選択性が同時に低下する。
【0115】
[0162]曲線１３２０上のデータ点は、図８Ｂに示すように、ＳｎＮｃＣｌ２をＡＲ層として使用するＴＰＶデバイスに対応する。曲線１３２０は、透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを使用するデバイスと比較して、ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＳｎＮｃＣｌ２を使用して、より高い選択値及び同様に高いＡＶＴ値が達成され得ることを示す。これは、透明ＡＲ層の曲線１３１０に対する選択性ＡＶＴ曲線１３２０の垂直シフトによって視覚化することができる。最も高い選択性は、ＡＶＴが最大化される厚さで達成される。この厚さの上下では、ＡＶＴと選択性が同時に低下する。
【0116】
[0163]曲線１３３０上のデータ点は、図９Ｂに示すように、ＳｎＮｃをＡＲ層として使用するＴＰＶデバイスに対応する。曲線１３３０は、図６に見られるように、ＳｎＮｃ及びＳｎＮｃＣｌ２の同様の吸光係数に起因して曲線１３２０と同様の傾向をたどる。しかしながら、ＡＲ層としてＳｎＮｃを使用するＴＰＶデバイスについて達成可能な最大ＡＶＴは、ＳｎＮｃＣｌ２を使用するものよりも低く、したがって曲線１３３０の最高選択性及びＡＶＴは、曲線１３２０と比較して僅かに減少する。曲線１３３０は、透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを使用するデバイスと比較して、ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＳｎＮｃを使用して、より高い選択値及び同様に高いＡＶＴ値が達成され得ることを示す。これは、透明ＡＲ層の曲線１３１０に対する選択性ＡＶＴ曲線１３３０の垂直シフトによって視覚化することができる。最も高い選択性は、ＡＶＴが最大化される厚さで達成される。この厚さの上下では、ＡＶＴと選択性が同時に低下する。
【0117】
[0164]曲線１３４０上のデータ点は、図１０Ｂに示すように、ＡＲ層としてＢＢＴを使用するＴＰＶデバイスに対応する。曲線１３４０は、透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを使用するデバイスと比較して、ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＢＢＴを使用して、より高い選択値及び同様に高いＡＶＴ値が達成され得ることを示す。図６に示すように、ＳｎＮｃＣｌ２と比較してＮＩＲ中のＢＢＴの吸光係数が低いため、最大ＡＶＴでのＳＨＧＣは、ＢＢＴをＡＲ層として使用するＴＰＶデバイスでより高い。したがって、曲線１３４０のピーク選択性は曲線１３２０のピーク選択性よりも低い。しかしながら、曲線１３４０は、透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを使用するデバイスと比較して、ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＢＢＴを使用して、より高い選択値及び同様に高いＡＶＴ値が達成され得ることを依然として示している。これは、透明ＡＲ層の曲線１３１０に対する選択性ＡＶＴ曲線１３４０の垂直シフトによって視覚化することができる。最も高い選択性は、ＡＶＴが最大化される厚さで達成される。この厚さの上下では、ＡＶＴと選択性が同時に低下する。
【0118】
[0165]曲線１３５０上のデータ点は、図１１Ｂに示すように、ＡＲ層としてＮｉＤＴを使用するＴＰＶデバイスに対応する。曲線１３５０は、透明ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを使用するデバイスと比較して、ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてＮｉＤＴを使用して、より低いＡＶＴ値で同等の選択性値が達成され得ることを示す。図６に示すように、ＮＩＲにおけるＮｉＤＴの比較的低い狭帯域吸光係数に起因して、可視透明の最適な層厚でのＮＩＲ吸収量は不十分であり、ＳＨＧＣを大幅に減少させる。結果として、選択性は、透明ＨＡＴ－ＣＮ制御に対して改善を示さず、曲線１３１０に対する１３５０の選択性－ＡＶＴ曲線の垂直シフトはない。ＡＶＴが最大化される厚さでも最高の選択性が達成される。この厚さの上下では、ＡＶＴと選択性が同時に低下する。
【0119】
[0166]曲線１３６０上のデータ点は、図１２Ｂに示すように、ＡＲ層としてＱＱＴを使用するＴＰＶデバイスに対応する。曲線１３６０は、ＡＲ層としてＨＡＴ－ＣＮを有するＴＰＶデバイスと比較して、選択性及びＡＶＴ値の両方が、ＡＲ層としてＱＱＴを使用して有意に低減され得ることを示す。したがって、ＱＱＴ又は可視光吸収を伴うＮＩＲ光を選択的に吸収しない他の材料をＴＰＶデバイスに組み込むことは、所望の高いＡＶＴ及び高い選択性を達成し得ない。
【0120】
[0167]図１４Ａは、特定の実施形態に係るＨＴＬ層内に異なるそれぞれの厚さを有する選択的ＮＩＲ吸収材料をそれぞれが含むＴＰＶデバイス１４００の例を示す。ＴＰＶデバイス７００と同様に、ＴＰＶデバイス１４００はそれぞれ、基板１４１０と、基板１４１０上に形成された複数の層とを含むことができる。例えば、ＴＰＶデバイス１４００の層１４９０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。ＴＰＶデバイス１４００の層１４８０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。光学層１４９５は、可視光の反射防止層を含んでもよく、例えば、厚さ５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を含んでもよい。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１４５０及びＣ６０層１４６０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。また、各ＴＰＶデバイス１４００は、ＴＰＢｉ：Ｃ６０バッファ層１４７０を含むこともできる。
【0121】
[0168]図１４Ａに示す例では、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０をＨＴＬ層の一部として挿入することができ、これは、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０を挟む薄いＭｏＯ３層１４２０及び薄いＭｏＯ３層１４４０を含むことができる。図１４Ａに示す異なるＴＰＶデバイス１４００では、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０は、約１０ｎｍ～約３０ｎｍなどの異なるそれぞれの厚さを有することができる。このように、ＳｎＮｃＣｌ２は、ＮＩＲ帯域に吸収ピークを有し、可視域の吸収率が非常に低いため、選択的なＮＩＲ吸収材料である。幾つかの実施形態では、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０は、ＭｏＯ３又は他の材料と混合することができる。
【0122】
[0169]図１４Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１４Ａに示されるＴＰＶデバイス１４００の例のシミュレートされた性能を示す。各ＴＰＶデバイス１４００は、異なるそれぞれの厚さのＳｎＮｃＣｌ２層１４３０を含むことができる。ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０は、各ＴＰＶデバイス１４００内のＨＴＬ層の一部と考えることができる。図１４Ｂに示される性能パラメータは、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含む。図１４Ｂによって示されるように、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０をＨＴＬ層に組み込むことにより、たとえＡＶＴが僅かに低下し得るとしても、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大し得る。これは、ＳｎＮｃＣｌ２ ＨＴＬによるＮＩＲ光の選択的吸収によるものであり、厚さが増大するにつれてＡＶＴよりもＳＨＧＣが大きく減少する。例えば、ＴＰＶデバイス１４００の選択性は、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０の厚さが約３０ｎｍである場合、ＡＶＴが０．５を超えて約１．８（ＴＰＶデバイス７００の約１．５と比較して）まで改善することができる。したがって、選択的ＮＩＲ吸収材料をＴＰＶデバイスの他の層に組み込むことは、ＴＰＶデバイスのＳＨＧＣ及び選択性も改善し得る。
【0123】
[0170]幾つかの実施形態では、銀層を含むことができ、電極として使用することができる層７７０などの金属層の厚さを変更することによって、ＴＰＶデバイスのＳＨＧＣ及び選択性を更に改善することができる。金属層の厚さを増大させると、ＳＨＧＣを減少させることができるが、同時にＡＶＴを減少させることもできる。したがって、金属層の厚さは、比較的高いＡＶＴを維持しながら選択性を改善するように選択することができる。図１４に示すように、選択的ＮＩＲ吸収材料層（例えば、ＳｎＮｃＣｌ２層１４３０）が金属層（例えば、層１４９０）よりも基板（例えば、基板１４１０）に近い場合がある幾つかの実施形態では、金属層によって反射されたＮＩＲ光は、再び選択的ＮＩＲ吸収材料層に到達し、吸収され得る。したがって、より薄い選択的ＮＩＲ吸収材料層を使用して、光学ＡＲ層においてより厚い選択的ＮＩＲ吸収材料層を有するＴＰＶデバイス（例えば、光学層８８０又は９８０）と比較して同等のＳＨＧＣ、ＡＶＴ、及び選択性能を達成することができる。
【0124】
[0171]図１５Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さの金属層をそれぞれが含むＴＰＶデバイス１５００の例を示す。ＴＰＶデバイス１５００はＴＰＶデバイス７００と同様であってもよく、基板１５１０は基板７１０と同様であってもよく、基板１５１０上の複数の層１５２０～１５８０は層７２０～７８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１５００の層１５２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１５００の層１５７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。薄い銀層などの薄い金属層は、ＮＩＲ光を優先的に反射しながら、可視光に対して半透明のままであってもよい。図１５Ａに示すＴＰＶデバイス１５００の層１５７０の厚さは、約１４ｎｍ～約２０ｎｍで変化してもよい。ＴＰＶデバイス１５００の層１５６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１５３０及びＣ６０層１５４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層１５５０は、バッファ層であってもよい。光学層１５８０は、ＴＰＶデバイス１５００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層（例えば、厚さ５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層）を含むことができる。透明ＨＡＴ－ＣＮ ＡＲ層の厚さは５０ｎｍに固定され、これは図７Ｂ及び図１３に係るＡＶＴ及び選択性に最適な厚さであることが示されている。
【0125】
[0172]図１５Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１５Ａに示されるＴＰＶデバイス１５００のシミュレートされた性能を示す。図１５Ｂに示される性能パラメータは、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含む。図１５Ｂに示すように、金属層（例えば、層１５７０）の厚さを増大させると、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大する可能性があるが、同時にＡＶＴも減少する可能性がある。例えば、ＴＰＶデバイス１５００の選択性は、銀層の厚さが約２０ｎｍであるとき、０．５を超えるＡＶＴ値を維持しながら、約１．６７まで改善することができる。
【0126】
[0173]図１６Ａは、特定の実施形態に係る選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてのＳｎＮｃＣｌ２と異なるそれぞれの厚さの金属層とをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１６００の例を示す。ＳｎＮｃＣｌ２層の厚さは４０ｎｍに固定され、これは図８Ｂ及び図１３に係るＡＶＴ及び選択性に最適な厚さであることが示されている。ＴＰＶデバイス１６００はＴＰＶデバイス７００と同様であってもよく、基板１６１０は基板７１０と同様であってもよく、基板１６１０上の複数の層１６２０～１６８０は層７２０～７８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１６００の層１６２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１６００の層１６７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。薄い銀層などの薄い金属層は、ＮＩＲ光を優先的に反射しながら、可視光に対して半透明のままであってもよい。図１６Ａに示すＴＰＶデバイス１６００の層１６７０の厚さは、約１４ｎｍ～約２０ｎｍで変化してもよい。ＴＰＶデバイス１６００の層１６６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１６３０及びＣ６０層１６４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層１６５０は、バッファ層であってもよい。光学層１６８０は、ＴＰＶデバイス１６００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層を含むことができる。
【0127】
[0174]図１６Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１６Ａに示されるＴＰＶデバイス１６００のシミュレートされた性能を示す。図１６Ｂに示される性能パラメータは、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含む。図１６Ｂに示すように、金属層（例えば、層１６７０）の厚さを増大させると、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大する可能性があるが、同時にＡＶＴも減少する可能性がある。各銀層の厚さにおいて、ＴＰＶデバイス１６００の選択性は、ＴＰＶデバイス１５００の選択性よりも高くてもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１６００の選択性は、銀層の厚さが約１８ｎｍであるとき、０．５を超えるＡＶＴ値を維持しながら、約１．８２まで改善することができる。銀層の厚さが増大するにつれて選択性が更に増大し得るとしても、銀層の厚さが更に増大すると、ＡＶＴは約５０％未満になり得る。
【0128】
[0175]図１７Ａは、特定の実施形態に係る選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてのＳｎＮｃと異なるそれぞれの厚さの金属層とをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１７００の例を示す。ＳｎＮｃ層の厚さは４０ｎｍに固定され、これは図９Ｂ及び図１３によるＡＶＴ及び選択性に最適な厚さであることが示されている。ＴＰＶデバイス１７００はＴＰＶデバイス７００と同様であってもよく、基板１７１０は基板７１０と同様であってもよく、基板１７１０上の複数の層１７２０～１７８０は層７２０～７８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１７００の層１７２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１７００の層１７７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。薄い銀層などの薄い金属層は、ＮＩＲ光を優先的に反射しながら、可視光に対して半透明のままであってもよい。図１７Ａに示すＴＰＶデバイス１７００の層１７７０の厚さは、約１４ｎｍ～約２０ｎｍで変化してもよい。ＴＰＶデバイス１７００の層１７６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１７３０及びＣ６０層１７４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層１７５０は、バッファ層であってもよい。光学層１７８０は、ＴＰＶデバイス１７００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層を含むことができる。
【0129】
[0176]図１７Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１７Ａに示されるＴＰＶデバイス１７００のシミュレートされた性能を示す。図１７Ｂに示される性能パラメータは、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含む。図１７Ｂに示すように、金属層（例えば、層１７７０）の厚さを増大させると、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大する可能性があるが、同時にＡＶＴも減少する。各銀層の厚さにおいて、ＴＰＶデバイス１７００の選択性は、ＴＰＶデバイス１５００の選択性よりも高くてもよいが、ＴＰＶデバイス１６００の選択性よりも低くてもよい。例えば、銀層の厚さが約１６ｎｍである場合、ＴＰＶデバイス１７００の選択性は約１．７０であってもよく、ＴＰＶデバイス１７００のＡＶＴは約０．５１であってもよい。銀層の厚さが増大するにつれて選択性が更に増大し得るとしても、銀層の厚さが更に増大すると、ＡＶＴは約５０％未満になり得る。
【0130】
[0177]図１８Ａは、特定の実施形態に係る選択的ＮＩＲ吸収ＡＲ層としてのＢＢＴと異なるそれぞれの厚さの金属層とをそれぞれが含むＴＰＶデバイス１８００の例を示す。ＢＢＴ層の厚さは４０ｎｍに固定され、図１０Ｂ及び図１３によるＡＶＴ及び選択性に最適な厚さであることが示されている。ＴＰＶデバイス１８００はＴＰＶデバイス７００と同様であってもよく、基板１８１０は基板７１０と同様であってもよく、基板１８１０上の複数の層１８２０～１８８０は層７２０～７８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス１８００の層１８２０は、ＨＴＬ層７２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス１８００の層１８７０は、層７７０と同様の銀層であってもよく、カソードとして使用されてもよい。薄い銀層などの薄い金属層は、ＮＩＲ光を優先的に反射しながら、可視光に対して半透明のままであってもよい。図１８Ａに示すＴＰＶデバイス１８００の層１８７０の厚さは、約１４ｎｍ～約２０ｎｍで変化してもよい。ＴＰＶデバイス１８００の層１８６０は、層７６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１８３０及びＣ６０層１８４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層７３０及びＣ６０層７４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層１８５０は、バッファ層であってもよい。光学層１８８０は、ＴＰＶデバイス１８００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層を含むことができる。
【0131】
[0178]図１８Ｂは、特定の実施形態に係る図４Ａに示されるＩＧＵ構造における図１８Ａに示されるＴＰＶデバイスのシミュレートされた性能を示す。図１８Ｂに示される性能パラメータは、ＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び選択性を含む。図１８Ｂに示すように、金属層（例えば、層１８７０）の厚さを増大させると、ＳＨＧＣが減少し、選択性が増大する可能性があるが、同時にＡＶＴも減少する可能性がある。各銀層の厚さにおいて、ＴＰＶデバイス１８００の選択性は、ＴＰＶデバイス１５００の選択性よりも高くてもよいが、ＴＰＶデバイス１６００の選択性よりも低くてもよい。例えば、銀層の厚さが約１８ｎｍである場合、ＴＰＶデバイス１８００の選択性は約１．７２であってもよく、ＴＰＶデバイス１８００のＡＶＴは約０．５であってもよい。銀層の厚さが増大するにつれて選択性が更に増大し得るとしても、銀層の厚さを１８ｎｍを超えて更に増大させると、ＡＶＴが約５０％未満になり得る。
【0132】
[0179]図１９は、特定の実施形態に係る異なるＡＲ層材料を有するＴＰＶデバイスにおける様々な金属層厚さに伴うＡＶＴ対選択性の傾向を示す。図１９は、図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂ及び図１８Ｂに示すデータの散布図を含む。例えば、曲線１９１０上のデータ点は、図１５Ｂに示すように、ＡＲ層においてＨＡＴ－ＣＮを使用するＴＰＶデバイスのデータ点に対応する。曲線１９２０上のデータ点は、図１６Ｂに示すように、ＳｎＮｃＣｌ２をＡＲ層として使用するＴＰＶデバイスのデータに対応する。曲線１９３０上のデータ点は、図１７Ｂに示すように、ＳｎＮｃをＡＲ層として使用するＴＰＶデバイスのデータに対応する。曲線１９４０上のデータ点は、図１８Ｂに示すように、ＡＲ層としてＢＢＴを使用するＴＰＶデバイスのデータに対応する。
【0133】
[0180]図１９は、金属層の厚さを増大させると、より低いＡＶＴを犠牲にしてより高い選択性が得られ得ることを示す。ＡＲ層として透明材料ＨＡＴ－ＣＮを使用すると、最高のＡＶＴが達成されるが、選択性は、所与のＡＶＴ値について示された例の中で最も低い。ＡＲ層として選択的ＮＩＲ吸収体を含むＴＰＶデバイスの場合、透明ＡＲ層の曲線１９１０に対する選択性－ＡＶＴ曲線の垂直シフトが存在する。これは、所定のＡＶＴ値でより高い選択性値を達成すると理解することができる。示されている例のうち、ＳｎＮｃＣｌ２は依然として無視できる可視吸収（図６に示すように、）を維持しながら、ＮＩＲにおいて最大の吸光係数（最も強い吸収）を示すので、ＡＲ層にＳｎＮｃＣｌ２を使用すると、最も高い選択性－ＡＶＴの組み合わせ（曲線１９２０によって示されている）が達成される。
【0134】
[0181]図２０は、特定の実施形態に係る金属及びＡＲ層の変化によってＴＰＶデバイスにおけるＡＶＴ及び選択性を改善するための技術を示す図である。曲線２０１０は、曲線１３１０と同様となり得るものであり、ＨＡＴ－ＣＮ ＡＲ層の厚さの変化に伴うＡＶＴ及び選択性値の変化を示し得る。曲線２０２０は、曲線１９１０と同様となり得るものであり、金属層（例えば、銀陰極）の厚さの変化に伴うＡＶＴ及び選択性値の変化を示し得る。曲線２０２０は、ＡＶＴ及び選択性値が最大化される曲線２０１０上のデータ点２０１２から開始することができる。これは、特定の厚さ（例えば、約１４ｎｍ）の銀層及び異なるそれぞれの厚さの光学ＡＲ層を有するＴＰＶデバイスに対応し、ＨＡＴ－ＣＮ ＡＲ層の厚さを変化させずに（例えば、約５０ｎｍで）、銀層の厚さを変化させる（例えば、約１４ｎｍ～約２０ｎｍ）ことによってもたらすことができる。
【0135】
[0182]曲線２０３０は、曲線１３２０と同様となり得るものであり、ＳｎＮｃＣｌ２ＡＲ層の厚さの変化に伴うＡＶＴ及び選択性値の変化を示し得る。曲線２０４０は、曲線１９２０と同様となり得るものであり、金属層（例えば、銀陰極）の厚さの変化に伴うＡＶＴ及び選択性値の変化を示し得る。曲線２０４０は、ＡＶＴ及び選択性値が最大化される曲線２０３０上のデータ点２０３２から開始することができる。これは、特定の厚さ（例えば、約１４ｎｍ）の銀層及び異なるそれぞれの厚さのＡＲ層を有するＴＰＶデバイスに対応し、ＳｎＮｃＣｌ２ＡＲ層の厚さを変化させずに（例えば、約４０ｎｍで）、銀層の厚さを変化させる（例えば、約１４ｎｍ～約２０ｎｍ）ことによってもたらすことができる。
【0136】
[0183]図２０は、銀層の厚さを増大させることによる選択性の改善が、より低いＡＶＴを犠牲にしてより高い選択性をもたらし得ることを示す。これに対し、ＡＲ層にＮＩＲ吸収材料（例えば、ＳｎＮｃＣｌ２）を使用すると、より高い選択値とより高いＡＶＴ値の両方を達成することができる。２つの技術を組み合わせて、選択的ＮＩＲ吸収層の厚さを変化させ、金属層の厚さを変化させて、所望のＡＶＴ及び選択性の最適な組み合わせを選択することによって、所望のＡＶＴ及び選択性を達成することができる。
【0137】
[0184]図２１Ａは、特定の実施形態に係るそれぞれの異なる厚さの透明ＡＲ層及び金属層をそれぞれが含むＴＰＶデバイス２１００の例を示す。ＴＰＶデバイス２１００は、ＴＰＶデバイス１５００の具体例であってもよい。基板２１１０は、基板１５１０と同様であってもよく、基板２１１０上に形成された複数の層２１２０～２１８０は、層１５２０～１５８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス２１００の層２１２０は、層１５２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス２１００の層２１７０は、層１５７０と同様の銀カソードであってもよい。図２１Ａに示すＴＰＶデバイス２１００の層２１７０の厚さは、約１４ｎｍ又は約１８ｎｍであってもよい。ＴＰＶデバイス２１００の層２１６０は、層１５６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層２１３０及びＣ６０層２１４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１５３０及びＣ６０層１５４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層２１５０は、バッファ層であってもよい。層２１８０は、ＴＰＶデバイス２１００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層（例えば、厚さ５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層）を含むことができる。
【0138】
[0185]図２１Ｂは、図２１Ａに示すＴＰＶデバイス２１００の例のシミュレートされた性能と測定された性能との比較を示す。ＡＲ層２１８０（５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を含む）及び１４ｎｍ又は１８ｎｍの銀層をそれぞれが有する２つのＴＰＶデバイス２１００を作製し、測定した。図２１Ｂに示すように、シミュレーション値は、両方のＴＰＶデバイス２１００の実験結果とほぼ一致している。
【0139】
[0186]図２２Ａは、特定の実施形態に係るＮＩＲ吸収ＡＲ層と異なるそれぞれの厚さを有する金属層とをそれぞれが含むＴＰＶデバイス２２００の例を示す。ＴＰＶデバイス２２００は、ＴＰＶデバイス１６００の具体例であってもよい。基板２２１０は、基板１６１０と同様であってもよく、基板２２１０上に形成された複数の層２２２０～２２８０は、層１６２０～１６８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス２２００の層２２２０は、層１６２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス２２００の層２２７０は、層１６７０と同様の銀カソードであってもよい。図２２Ａに示すＴＰＶデバイス２２００の層２２７０の厚さは、約１４ｎｍ又は約１８ｎｍであってもよい。ＴＰＶデバイス２２００の層２２６０は、層１６６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層２２３０及びＣ６０層２２４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１６３０及びＣ６０層１６４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層２２５０は、バッファ層であってもよい。層２２８０は、ＴＰＶデバイス２２００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層（例えば、厚さ約４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層）を含むことができる。ＡＲ層中のＳｎＮｃＣｌ２は、最小限の損失で可視光を透過させながら、ＮＩＲ光を選択的に吸収することができる。
【0140】
[0187]図２２Ｂは、図２２Ａに示すＴＰＶデバイス２２００の例のシミュレートされた性能と測定された性能との比較を示す。ＡＲ層２２８０（４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含む）及び１４ｎｍ又は１８ｎｍの銀層をそれぞれが含む２つのＴＰＶデバイス２２００を作製し、測定した。図２２Ｂに示すように、シミュレーション値は、両方のＴＰＶデバイス２２００の実験結果と密接に一致している。図２１Ｂ及び図２２Ｂに示される実験結果は、選択的ＮＩＲ吸収材料を使用したＳＨＧＣ及び選択性の有意な改善も確認する。
【0141】
[0188]図２３Ａは、特定の実施形態に係るＮＩＲ吸収ＡＲ層及び金属層を含むＴＰＶデバイス２３００の一例を示す。ＴＰＶデバイス２３００は、ＴＰＶデバイス１１００の具体例であってもよい。基板２３１０は、基板１１１０と同様であってもよく、基板２３１０上に形成された複数の層２３２０～２３８０は、層１１２０～１１８０と同様であってもよい。例えば、ＴＰＶデバイス２３００の層２３２０は、層１１２０などのＨＴＬ層であってもよく、薄いＭｏＯ３層を含んでもよい。ＴＰＶデバイス２３００の層２３７０は、層１１７０と同様の銀カソードであってもよい。図２３Ａに示すＴＰＶデバイス２３００の層２３７０の厚さは、約１４ｎｍであってもよい。ＴＰＶデバイス２３００の層２３６０は、層１１６０と同様のＺｎＯ層を含むことができ、ＥＴＬ層としても使用することができる。活性層は、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層２３３０及びＣ６０層２３４０を含むことができ、これらはそれぞれ、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０層１１３０及びＣ６０層１１４０と同様であり得る。ＴＰＢｉ：Ｃ６０層２３５０は、バッファ層であってもよい。光学層２３８０は、ＴＰＶデバイス２３００と周囲環境（例えば、空気、Ａｒ、又は真空）との間の界面での可視光の反射を低減するためのＡＲ層（例えば、約５０ｎｍの厚さを有するＮｉＤＴ層）を含むことができる。ＡＲ層中のＮｉＤＴは、図６に示すように、ＳｎＮｃＣｌ２と比較して低いＮＩＲ吸光を有し得る。
【0142】
[0189]図２３Ｂは、図２３Ａに示す例示的なＴＰＶデバイス２３００のシミュレートされた性能と測定された性能との比較を示す。ＡＲ層２３８０（５０ｎｍのＮｉＤＴ層を含む）及び１４ｎｍの銀層を有するＴＰＶデバイス２３００を作製し、測定した。図２３Ｂに示すように、シミュレートされた値は、ＴＰＶデバイス２３００の実験値とほぼ一致している（誤差は約１０％未満）。図２１Ｂ及び図２３Ｂに示される実験結果は、ＡＲ層内のＮＩＲにおいて低い吸光係数を有するＮＩＲ吸収材料を使用する場合、無視できる選択性の改善があることも確認する。
【0143】
[0190]以下の節は、特定の実施形態に係るＴＰＶデバイスのＡＶＴ、Ｔｓｏｌ、Ａｓｏｌ、及びＳＨＧＣを決定するために使用される方法の例を記載する。
【0144】
[0191]図２４Ａは、太陽スペクトルのＡＭ１．５Ｇエネルギー束及び人間の眼の明所視応答を示す。曲線２４１０は、太陽スペクトルのＡＭ１．５Ｇエネルギー束を表わし、可視及びＩＲ帯域に高いエネルギー束を有する。曲線２４２０は、人間の眼の明所視反応を表わしており、緑色光に対して最高の応答を有し、赤色光及び青色光に対してより低い応答を有する。曲線２４１０及び２４２０を使用して、上記及び下記のようにＡＶＴ、Ｔｓｏｌ、Ａｓｏｌ、及び／又はＳＨＧＣを計算することができる。
【0145】
[0192]図２４Ｂは、特定の実施形態に係る５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層又は４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含むＡＲ層をそれぞれが含む２つのＴＰＶデバイスの透明（Ｔ）及び吸収（Ａ）スペクトルを示す。曲線２４３０は、デバイス７００内に５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの透過スペクトルを示す。曲線２４４０は、デバイス８００内に４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの透過スペクトルを示す。曲線２４５０は、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの吸収スペクトルを示す。曲線２４６０は、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの吸収スペクトルを示す。図２４Ｂは、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を有するＴＰＶデバイスが、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を有するＴＰＶデバイスよりもＮＩＲ帯域においてはるかに高い吸収及び低い透過率を有し得ることを示す。
【0146】
[0193]図２５Ａは、特定の実施形態に係る５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層又は４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含むＡＲ層をそれぞれが含む２つのＴＰＶデバイスの可視太陽放射照度スペクトルを示す図である。各デバイスの可視太陽放射照度スペクトルは、図２４Ｂに示すデバイスの透過スペクトルと、図２４Ａに示すＡＭ１．５Ｇスペクトル（例えば、曲線２４１０）及び明所視応答（例えば、曲線２４２０）との積を使用して決定することができる。曲線２５１０は、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの可視太陽放射照度スペクトルを示す。曲線２５２０は、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を含むＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの可視太陽放射照度スペクトルを示す。
【0147】
[0194]図２５Ｂは、特定の実施形態に係るそれぞれが５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層又は４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２ＡＲ層を含む２つのＴＰＶデバイスの透過太陽放射照度を示す。透過太陽放射照度は、図２４Ｂに示すデバイスの透過スペクトルと、図２４Ａに示す太陽スペクトルのＡＭ１．５Ｇエネルギー束との積として計算することができる。図２５Ｂの曲線２５３０は、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの透過太陽放射照度を示す。曲線２５４０は、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層ＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの透過太陽放射照度を示す。斜線領域２５３５によって示されるように、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を有するＴＰＶデバイスの透過太陽放射照度は、ＳｎＮｃＣｌ２による選択的吸収に起因して、約７００ｎｍ～約９００ｎｍの波長を有するＮＩＲ光に対して著しく減少する。
【0148】
[0195]図２５Ｃは、特定の実施形態に係るそれぞれが５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層又は４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２ＡＲ層を含む２つのＴＰＶデバイスの吸収された太陽放射照度を示す。吸収された太陽放射照度は、図２４Ｂに示す吸収スペクトルと図２４Ａに示す太陽スペクトルのＡＭ １．５Ｇエネルギー束との積として計算することができる。図２５Ｃの曲線２５５０は、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ ＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの吸収された太陽放射照度を示す。曲線２５６０は、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２ＡＲ層を有するＴＰＶデバイスの吸収された太陽放射照度を示す。図２５Ｃに示すように、約７００ｎｍ～約９００ｎｍの波長範囲では、ＳｎＮｃＣｌ２による選択的吸収に起因して、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を有するＴＰＶデバイスの吸収された太陽放射照度は、５０ｎｍのＨＡＴ－ＣＮ層を有するＴＰＶデバイスよりも著しく高い。
【0149】
[0196]太陽透過率（Ｔｓｏｌ）は、伝えられた太陽放射照度の積分をＡＭ １．５Ｄスペクトル放射照度の積分に正規化することによって計算される。太陽光吸収率（Ａｓｏｌ）は、吸収された太陽光放射照度の積分をＡＭ１．５Ｄスペクトル放射照度の積分に正規化することによって計算される。ＳＨＧＣを決定するために、ＡｓｏｌにＮ（例えば、約０．１）を掛け、ＳＨＧＣ＝Ｔｓｏｌ＋Ａｓｏｌ×ＮにしたがってＴｓｏｌと合計することができる。結果として、４０ｎｍのＳｎＮｃＣｌ２層を有するＴＰＶデバイスのＳＨＧＣは、（因子Ｎに起因して）Ａｓｏｌよりも高い割合でのＴｓｏｌの減少に起因して減少し得る。
【0150】
[0197]選択的近ＩＲ吸収材料は、標準的な窓コーティングなどの透明光起電力デバイスを含まない場合があるＩＧＵのＳＨＧＣ及び選択性を改善するために使用することもできる。低放射率（低ｅ）窓コーティングは、一般に、ガラスの表面に堆積された特定の酸化物などの非吸収性誘電体層の間に挟まれた薄い銀層を含むことができる。銀層は、可視光を部分的に透過させながら、ＮＩＲにおいて光を優先的に反射することができる。２つの誘電体層によって挟まれた銀層を含むコーティングでは、誘電体層が可視光のＡＲ層として機能するように、誘電体層の厚さを調整することができる。また、２つ以上の銀層は、可視光を選択的に通過させながらＮＩＲ透明を低減するように光学キャビティが形成及び調整され得るように、窓コーティング内の誘電体層によって分離されてもよい。
【0151】
[0198]特定の実施形態によれば、このような低ｅコーティングに選択的ＮＩＲ吸収材料を使用することは、より透明な誘電体（例えば、酸化物）層を使用するものよりも改善された選択性を達成するのを助けることができる。例えば、２つの酸化亜鉛（ＺｎＯ）層の間に挟まれた銀薄膜を含むコーティングでは、ＺｎＯ層の一方又は両方をＳｎＮｃＣｌ２などの選択的ＮＩＲ吸収材料で置き換えることができる。
【0152】
[0199]図２６Ａは、２つのＺｎＯ層２６１４，２６１８間に挟まれた薄い銀層２６１６を含む低ｅコーティング構造２６１０の一例を示す。図示の例では、低ｅコーティング構造２６１０は、例えば前述の基板５１０，７１０，８１０，９１０、１０１０などと同様であり得る基板２６１２を含む。第１のＺｎＯ層２６１４は基板２６１２上に被覆されてもよく、薄い銀層２６１６は第１のＺｎＯ層２６１４上に被覆されてもよく、第２のＺｎＯ層２６１８は薄い銀層２６１６上に被覆されてもよい。薄い銀層２６１６は、可視光を少なくとも部分的に透過しながら、ＮＩＲ帯域の光を優先的に反射することができる。図２６Ａに示すＺｎＯ層２６１４，２６１８及び薄い銀層２６１６の厚さは、最良の選択性のために最適化されている。
【0153】
[0200]図２６Ｂは、特定の実施形態に係る図２６Ａに示される低ｅコーティング構造２６１０の第１のＺｎＯ層２６１４をＳｎＮｃＣｌ２層２６２４で置き換えた低ｅコーティング構造２６２０の一例を示す。図２６Ｂに示す例では、低ｅコーティング構造２６２０は、図２６Ａの基板２６１２と同様であり得る基板２６２２を含む。ＳｎＮｃＣｌ２層２６２４を基板２６２２上にコーティングすることができ、薄い銀層２６２６をＳｎＮｃＣｌ２層２６２４上にコーティングすることができ、ＺｎＯ層２６２８を薄い銀層２６２６上にコーティングすることができる。薄い銀層２６２６は、可視光を少なくとも部分的に透過しながら、ＮＩＲ帯域の光を優先的に反射することができる。図２６Ｂに示すＳｎＮｃＣｌ２層２６２４、ＺｎＯ層２６２８、及び薄い銀層２６２６の厚さは、最良の選択性のために最適化されている。
【0154】
[0201]図２６Ｃは、特定の実施形態に係るＳｎＮｃＣｌ２層２６３８が低ｅコーティング構造２６１０の第２のＺｎＯ層２６１８に取って代わる低ｅコーティング構造２６３０の一例を示す。図２６Ｃに示す例では、低ｅコーティング構造２６３０は、図２６Ａの基板２６１２と同様であり得る基板２６３２を含む。ＺｎＯ層２６３４を基板２６３２上にコーティングすることができ、薄い銀層２６３６をＺｎＯ層２６３４上にコーティングすることができ、ＳｎＮｃＣｌ２層２６３８を薄い銀層２６３６上にコーティングすることができる。薄い銀層２６３６は、可視光を少なくとも部分的に透過しながら、ＮＩＲ帯域の光を優先的に反射することができる。図２６Ｃに示すＳｎＮｃＣｌ２層２６３８、ＺｎＯ層２６３４、及び薄い銀層２６３６の厚さは、最良の選択性のために最適化されている。
【0155】
[0202]図２６Ｄは、特定の実施形態に係るＳｎＮｃＣｌ２層２６４４，２６４８が低ｅコーティング構造２６４０のＺｎＯ層２６１４，２６１８に取って代わる低ｅコーティング構造２６１０の一例を示す。図２６Ｄに示される例において、低ｅコーティング構造２６４０は、図２６Ａの基板２６１２と同様であり得る基板２６４２を含む。第１のＳｎＮｃＣｌ２層２６４４を基板２６４２上にコーティングすることができ、薄い銀層２６４６を第１のＳｎＮｃＣｌ２層２６４４上にコーティングすることができ、第２のＳｎＮｃＣｌ２層２６４８を薄い銀層２６４６上にコーティングすることができる。薄い銀層２６４６は、可視光を少なくとも部分的に透過しながら、ＮＩＲ帯域の光を優先的に反射することができる。図２６Ｄに示す第１のＳｎＮｃＣｌ２層２６４４、第２のＳｎＮｃＣｌ２層２６４８及び薄い銀層２６４６の厚さは、最良の選択性のために最適化されている。
【0156】
[0203]図２６Ｅは、特定の実施形態に係る図２６Ａ～図２６Ｄに示される低ｅコーティング構造２６１０～２６４０の例のシミュレートされた性能を示す表２６５０を含む。表２６５０に示すように、２つの酸化物誘電体層を含む図２６Ａに示す積層体（積層体Ａと呼ぶ）は、最も低い選択性を示す。図２６Ｂに示される層積層体（積層体Ｂと呼ばれる）、図２６Ｃに示される層積層体（積層体Ｃと呼ばれる）、及び図２６Ｄに示される層積層体（積層体Ｄと呼ばれる）などの選択性吸収体を含む層積層体のそれぞれは、高いＡＶＴを維持しながら、改善された選択性（例えば、約２．０に近いか又はそれを超える）を示す。
【0157】
[0204]図２７は、特定の実施形態に係るＴＰＶデバイスを製造するための方法の一例を示す簡略フローチャート２７００である。フローチャート２７００は、透明基板が用意されるブロック２７０５で開始することができる。有用な透明基板は、ガラス、プラスチック、石英などの可視透明基板を含んでもよいことが理解される。様々な実施形態では、可撓性基板及び硬質基板が有用である。任意選択的に、透明基板は、上面及び／又は下面に適用される１つ以上の光学層を備える。
【0158】
[0205]ブロック２７１０では、１つ以上の光学層が、任意選択的に、透明基板の上面及び／又は底面など、透明基板上に又は透明基板を覆って形成される。任意選択的に、１つ以上の光学層が、介在層又は透明導体などの材料などの他の材料上に形成される。任意選択的に、１つ以上の光学層は、可視透明基板に隣接して及び／又は接触して位置される。光学層の形成は任意選択的であり、幾つかの実施形態は、透明基板に隣接する及び／又は透明基板と接触する光学層を含まなくてもよいことが理解される。光学層は、めっき、化学溶液堆積、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、及び原子層堆積などの１つ以上の化学堆積法、又は、熱蒸着、電子ビーム蒸発、分子線エピタキシ、スパッタリング、パルスレーザ堆積、イオンビーム堆積、及びエレクトロスプレー堆積などの１つ以上の物理堆積法を含むがこれらに限定されない様々な方法を使用して形成することができる。有用な光学層は、可視透明光学層を含むことが理解される。有用な光学層は、例えば、反射防止特性、波長選択反射又は分布ブラッグ反射特性、屈折率整合特性、カプセル化などを含む１つ以上の光学特性を与えるものを含む。有用な光学層は、場合により、紫外光及び／又は近赤外光を透過する光学層を含んでもよい。しかしながら、形態に応じて、幾つかの光学層は、任意選択的に、受動的な赤外線及び／又は紫外線吸収を与えてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴなどの選択的ＮＩＲ吸収材料の薄層を、前述の様々な堆積技術を使用して光学層に形成することができる。選択的ＮＩＲ吸収材料の層の厚さは、ＴＰＶデバイスの所望のＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び／又は選択性に基づいて選択されてもよい。
【0159】
[0206]ブロック２７１５では、第１の透明電極が形成される。前述のように、第１の透明電極は、アノードであってもよく、ＩＴＯ膜、ＦＴＯ膜、又は、他の透明導電膜、例えば、金属薄膜（例えば、Ａｇ、Ｃｕなど）、金属薄膜（例えば、Ａｇ、Ｃｕなど）及び誘電体材料を備える多層積層体、又は、導電性有機材料（例えば、導電性ポリマーなど）を含んでもよい。透明電極は、可視透明電極を含むことが理解される。透明電極は、原子層堆積、化学蒸着、物理蒸着、熱蒸着、スパッタ堆積、エピタキシなどの真空堆積技術を含む１つ以上の堆積プロセスを使用して形成することができる。場合によっては、スピンコーティングなどの溶液ベースの堆積技術も使用することができる。更に、透明電極は、リソグラフィ、リフトオフ、エッチングなどの微細加工技術によってパターニングされてもよい。
【0160】
[0207]ブロック２７２０において、正孔輸送層などの第１のキャリア輸送層が、任意選択的に、例えば第１の透明電極上に形成されてもよい。正孔輸送層は、例えば、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＮｉＯｘ、又は、Ｖ２Ｏ５を含んでもよく、また、めっき、化学溶液堆積、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学気相堆積、プラズマ強化化学気相堆積、及び、原子層堆積などの１つ以上の化学堆積法、又は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシ、スパッタリング、パルスレーザ堆積、イオンビーム堆積、及び、エレクトロスプレー堆積などの１つ以上の物理堆積法を含むがこれらに限定されない様々な方法を使用して形成されてもよい。幾つかの実施形態において、第１のキャリア輸送層は、例えば、電子ブロッキング層、光学スペーサ、物理バッファ層、電荷再結合層、又は電荷発生層を含んでもよい。幾つかの実施形態では、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴなどの選択的ＮＩＲ吸収材料の薄層を、前述の様々な堆積技術を使用して第１のキャリア輸送層に形成することができる。選択的ＮＩＲ吸収材料の層の厚さは、ＴＰＶデバイスの所望のＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び／又は選択性に基づいて選択されてもよい。
【0161】
[0208]ブロック２７２５において、例えばキャリア輸送層上又は透明電極上に１つ以上の光活性層が形成される。前述のように、光活性層は、電子アクセプタ層及び電子ドナー層又は電子ドナー及びアクセプタの共堆積層（例えば、ＵＥ－Ｄ－１００：Ｃ６０又はＴＰＢｉ：Ｃ６０）を含んでもよい。有用な光活性層は、本明細書中に記載の可視透明光活性化合物を備えるものを含む。前述のように、幾つかの実施形態では、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴなどの選択的ＮＩＲ吸収材料の薄層を、前述の様々な堆積技術を使用して光活性層に形成することができる。選択的ＮＩＲ吸収材料の層の厚さは、ＴＰＶデバイスの所望のＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び／又は選択性に基づいて選択されてもよい。光活性層は、めっき、化学溶液堆積、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、及び、原子層堆積などの１つ以上の化学堆積法、又は、熱蒸着、電子ビーム蒸発、分子線エピタキシ、スパッタリング、パルスレーザ堆積、イオンビーム堆積、及び、エレクトロスプレー堆積などの１つ以上の物理堆積法を含むがこれらに限定されない様々な方法を使用して形成することができる。
【0162】
[0209]幾つかの例において、光活性層に有用な可視透明光活性化合物は、熱蒸着などの真空蒸着技術を使用して堆積させることができる。真空蒸着は、真空チャンバ内で、例えば約１０－５Ｔｏｒｒ～約１０－８Ｔｏｒｒの圧力で行なわれてもよい。一例では、真空蒸着は約１０－７Ｔｏｒｒの圧力で行なうことができる。前述したように、様々な堆積技術を適用することができる。幾つかの実施形態では、熱蒸発が使用される。熱蒸発は、堆積されるべき材料の供給源（すなわち、可視透明光活性化合物）を２００℃～２７００℃の温度に加熱することを含むことができる。材料の供給源の温度は、約０．０１ｎｍ／ｓ～約１ｎｍ／ｓの薄膜成長速度を達成するように選択されてもよい。例えば、０．１ｎｍ／ｓの薄膜成長速度を用いてもよい。これらの成長速度は、数分から数時間にわたって約１ｎｍ～２７００ｎｍの厚さを有する薄膜を生成するのに有用である。堆積される材料の様々な特性（例えば、分子量、揮発性、熱安定性）が、供給源温度又は最大有用供給源温度を決定するか又はそれに影響を及ぼし得ることが理解される。例えば、堆積される材料の熱分解温度は、供給源の最高温度を制限し得る。別の例として、揮発性の高い堆積される材料は、揮発性の低い材料と比較して、目標の堆積速度を達成するためにより低いソース温度を必要とする場合があり、目標の堆積速度を達成するためにより高いソース温度が必要とされる場合がある。堆積される材料は、供給源から蒸発すると、より低い温度で表面（例えば、基板、光学層、透明電極、バッファ層など）に堆積され得る。例えば、表面は、約１０℃～約１００℃の温度を有してもよい。場合によっては、表面の温度を能動的に制御することができる。場合によっては、表面の温度を能動的に制御しなくてもよい。
【0163】
[0210]ブロック２７３０において、電子輸送層などの第２のキャリア輸送層が、例えば光活性層上に任意選択的に形成されてもよい。第２のキャリア輸送層は、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＡＺＯ、ＦＴＯ、Ａｌ：ＭｏＯ３、ＢａＳｎＯ３などを含むことができ、ブロック２７２０で形成された第１のキャリア輸送層と同様に形成することができる。幾つかの実施形態において第２のキャリア輸送層は、例えば、正孔ブロッキング層、光学スペーサ、物理バッファ層、電荷再結合層、又は、電荷発生層を含んでもよい。幾つかの実施形態では、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴなどの選択的ＮＩＲ吸収材料の薄層を、前述の様々な堆積技術を使用して第２のキャリア輸送層に形成することができる。選択的ＮＩＲ吸収材料の層の厚さは、ＴＰＶデバイスの所望のＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び／又は選択性に基づいて選択されてもよい。更に、ブロック２７２０，２７２５，２７３０における動作は、例えば、光活性層及び任意選択的に様々なキャリア輸送層を含む材料の多層積層体を形成するために、一回又は複数回繰り返されてもよいことが理解され得る。
【0164】
[0211]ブロック２７３５では、第２の透明電極を、例えばキャリア輸送層上又は光活性層上に形成することができる。第２の透明電極は、ブロック２７１５における第１の透明電極の形成に適用可能な技術を用いて形成されてもよい。
【0165】
[0212]ブロック２７４０において、第２の透明電極上などに、１つ以上の光学層が任意選択的に形成されてもよい。前述のように、幾つかの実施形態において、光学層は、ＳｎＮｃＣｌ２、ＳｎＮｃ、ＢＢＴなどの選択的ＮＩＲ吸収材料の層を含むことができる。選択的ＮＩＲ吸収材料の層の厚さは、ＴＰＶデバイスの所望のＡＶＴ、ＳＨＧＣ、及び／又は選択性に基づいて選択されてもよい。
【0166】
[0213]図２７に示される特定のステップは、本発明の様々な実施形態に係る可視透明光起電力デバイスを製造する特定の方法を提供することを理解すべきである。別の実施形態によれば、他の一連のステップを実行することもできる。例えば、本発明の別の実施形態は、上記で概説したステップを異なる順序で実行してもよい。更に、図２７に示される個々のステップは、個々のステップに適切であるように様々な順序で実行することができる複数のサブステップを含むことができる。更に、特定の用途に応じて、更なるステップを追加又は削除することができる。多くの変形、修正、及び代替が使用され得ることが理解される。
【0167】
[0214]図２７によって示される方法は、任意選択的に、電気エネルギーを生成する方法に拡張されてもよい。例えば、電気エネルギーを生成するための方法は、方法にしたがって可視透明光起電力デバイスを形成することなどによって、可視透明光起電力デバイスを用意することを含むことができる。電気エネルギーを生成するための方法は、例えば、電気エネルギーを生成するために、前述したように、電子－正孔対の形成及び分離をもたらすべく、可視光、紫外光及び／又は近赤外光に可視透明光起電力デバイスを曝露することを更に含んでもよい。可視透明光起電力デバイスは、光活性材料、緩衝材料、及び／又は光学層として本明細書に記載の可視透明光活性化合物を含むことができる。
【0168】
[0215]この開示全体にわたる全ての引用文献、例えば、発行又は付与された特許又は同等物を含む特許文書；特許出願公開公報及び非特許文献又はその他の原資料は、参照により個々に組み込まれているかのように、その全体が参照により本願に組み入れられる。
【0169】
[0216]本開示で言及される全ての特許及び刊行物は、本発明が関係する当業者の技術レベルを示す。本明細書に引用された参考文献は、場合によっては出願日の最新技術を示すためにその全体が参照により本明細書に組み込まれ、この情報は、必要に応じて、先行技術にある特定の実施形態を除外する（例えば、特許請求の範囲）ために本明細書で使用できることが意図されている。例えば、化合物が特許請求される場合、本明細書に開示された参考文献（特に参照された特許文献）に開示された特定の化合物を含む、先行技術で公知の化合物は、特許請求の範囲に含まれることを意図しないことを理解されるべきである。
【0170】
[0217]置換基の群が本明細書に開示される場合、それらの群の全ての個々のメンバー並びに置換基を使用して形成され得る全てのサブグループ及びクラスが別々に開示されることが理解される。マーカッシュグループ又は他のグループ化が本明細書で使用される場合、グループの全ての個々のメンバー及びグループの可能な全ての組み合わせ及びサブ組み合わせは、本開示に個別に含まれることが意図される。本明細書で使用される「及び／又は」は、「及び／又は」によって分離されたリスト内の項目の１つ、全て、又は任意の組み合わせがリストに含まれることを意味する。例えば、「１、２及び／又は３」は「「１」又は「２」又は「３」又は「１及び２」又は「１及び３」又は「２及び３」又は「１、２及び３」」と等価である。
【0171】
[0218]特に明記しない限り、記載又は例示した成分のあらゆる製剤又は組み合わせを使用して本発明を実施することができる。当業者が同じ材料に異なる名称を付けることができることが知られているので、材料の特定の名称は例示的であることを意図している。方法、デバイス要素、出発材料、及び具体的に例示されたもの以外の合成方法は、過度の実験に頼ることなく本発明の実施に使用することができることが理解される。任意のそのような方法、デバイス要素、出発材料、及び合成方法の当技術分野で公知の機能的等価物は全て、本発明に含まれることが意図されている。本明細書で範囲、例えば温度範囲、時間範囲、又は組成範囲が与えられるときはいつでも、全ての中間範囲及び部分範囲、並びに与えられた範囲に含まれる全ての個々の値が本開示に含まれることが意図される。
【0172】
[0219]本明細書中で使用される「備える」は、「含む」、「包含する」、「有する」又は「によって特徴付けられる」と同義であり、包括的又非制約的であり、更なる列挙されていない要素又は方法ステップを排除しない。本明細書で使用される「から成る」は、特許請求の範囲の要素で指定されていない任意の要素、ステップ、又は成分を除外する。本明細書中で使用される「から本質的に成る」は、特許請求の範囲の基本的且つ新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない材料又はステップを排除しない。特に組成物の成分の説明又はデバイスの要素の説明における「備える」という用語の本明細書における列挙は、列挙された成分又は要素から本質的に成る及び列挙された成分又は要素から成るそれらの組成物及び方法を包含すると理解される。本明細書に例示的に記載された本発明は、本明細書に具体的に開示されていない任意の１つ以上の要素、１つ以上の限定がない状態で適切に実施され得る。
【0173】
[0220]本明細書中で使用される用語「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」及び本開示を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）同様の指示対象は、本明細書中で別段に示唆されなければ或いは文脈によって明らかに矛盾しなければ、単数形及び複数形の両方を網羅すると解釈されるべきである。「接続される」という用語は、たとえ何かが介在する場合でも、～内に部分的又は全体的に含まれる、～に取り付けられる、又は、互いに接合されると解釈されるべきである。本明細書中の値の範囲の列挙は、本明細書中で別段に示唆されなければ、その範囲内にあるそれぞれの別個の値に個別に言及する簡略化された方法として役立つように単に意図されているにすぎず、それぞれの別個の値は、あたかも本明細書中に個別に記載されているかのように本明細書中に組み入れられる。本明細書中で与えられる任意の全ての例又は典型的な言語（例えば、「など」）の使用は、単に本開示の実施形態をより良く明らかにすることを意図しているにすぎず、特許請求の範囲に別段に記載されなければ、本開示の範囲に制限を課さない。本明細書中の言語は、特許請求の範囲に記載されない任意の要素を本開示の実施に必須であると示すものと解釈されるべきではない。
【0174】
[0221]表現「Ｘ、Ｙ又はＺのうちの少なくとも１つ」などの選言的な言語は、別段具体的に明記しなければ、一般に使用される文脈内で、項目、用語などがＸ、Ｙ又はＺ或いはそれらの任意の組み合わせ（例えば、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ）のいずれかであり得ることを提示すように理解されるべく意図される。したがって、そのような選言的な言語は、一般に、Ｘの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ、又は、Ｚの少なくとも１つがそれぞれ存在することを特定の実施形態が要することを意味しようとするものではなく且つ意味するべきではない。
【0175】
[0222]使用された用語及び表現は、限定ではなく説明の用語として使用され、そのような用語及び表現の使用において、示され説明された特徴又はその一部の均等物を除外する意図はないが、特許請求される発明の範囲内で様々な修正が可能であることが認識される。したがって、本発明は好ましい実施形態及び任意選択の特徴によって具体的に開示されているが、本明細書に開示された概念の修正及び変形は当業者によって使用されてもよく、そのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内であると考えられることを理解されたい。
【図1】
【図2A-2E】
【図3】
【図4A-4D】
【図5】
【図6】
【図7A-7B】
【図8A-8B】
【図9A-9B】
【図10A-10B】
【図11A-11B】
【図12A-12B】
【図13】
【図14A-14B】
【図15A-15B】
【図16A-16B】
【図17A-17B】
【図18A-18B】
【図19】
【図20】
【図21A-21B】
【図22A-22B】
【図23A-23B】
【図24A-24B】
【図25A-25C】
【図26A-26E】
【図27】
【国際調査報告】