JPH0514523Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は光起電力装置に関し、特に、電力損
失を低減させるために透光性導電層上に集電極を
形成した光起電力装置に関する。

（従来技術） この種の光起電力装置が、既に、本件出願人の
出願に係る特開昭56−130977号公報や特開昭59−
125668号公報などにおいて提案されている。この
従来の光起電力装置では、透光性導電層上に共通
電極部と複数の枝電極部とによつて形成される集
電極を設けている。この従来技術は、それ以前の
ものに比べて、透光性導電層の抵抗分による電力
損失を低減することができる。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、この提案された従来の光起電力装置
では、透光性導電層を通して入射される光が集電
極によつて部分的に遮られ、この集電極による遮
光作用によつて、光起電力を生じる半導体光活性
層の面積がサブストレートの面積の10％程度減少
する。このため、透光性導電層による電力損失を
低減できても、光起電力を発生する半導体光活性
層の有効面積をそれ自体が減少するので、全体と
して、光起電力装置の出力を向上させることに限
界があつた。

それゆえに、この考案の主たる目的は、出力を
一層向上させることができる、光起電力装置を提
供することである。

（問題点を解決するための手段） この考案は、絶縁表面を有する透光性のサブス
トレート、前記サブストレートの前記絶縁表面に
形成された透光性導電層、少なくともその一端が
前記透光性導電層上に接触するように配置され、
かつ湾曲した側断面を有し、その湾曲によつて前
記透光性導電層との間で空間を形成する集電極、
前記空間内の前記透光性導電層上に形成された第
１の半導体光活性層、該第１の半導体光活性層上
にあつて上記空間内に形成された第１の電極層、
前記集電極が形成されていない前記透光性導電層
上に形成された第２の半導体光活性層、該第２の
半導体光活性層上に形成された第２の電極層、か
ら成ると共に、上記第１の半導体光活性層と上記
第２の半導体光活性層によつて生じた光起電力
を、各々、上記透光性導電層と上記第１の電極
層、上記透光性導電層と第２の電極層、とから出
力する出力手段を備える、光起電力装置である。

（作用） 光が照射されると、照射された光は透光性のサ
ブストレートおよび透光性導電層を通過して、第
１の半導体光活性層および第２の半導体光活性層
に入射する。もし、それぞれの半導体光活性層
が、サブストレート側から順にpin構造であると
すれば、いずれも、透光性導電層側が（＋）極に
なり、第１および第２の電極層側が（−）極にな
る。透光性導電層上には集電極が接続され、第１
の電極層と第２の電極層とは共通接続されている
ので、集電極が光起電力の一方の電極（たとえば
（−）側の電極）として作用し、共通接続された
第１の電極層と第２の電極層とは他方の電極（た
とえば（＋）側の電極）として作用する。このよ
うにして、第１の半導体光活性層と第２の半導体
光活性層の並列回路が構成される。

（考案の効果） この考案によれば、集電極を湾曲させて空間を
形成し、その空間に別の半導体光活性層を形成で
き、この別の半導体光活性層は、集電極が形成さ
れていない部分に形成された半導体光活性層と同
様に、光起電力を発生する。したがつて、集電極
が形成されていた部分がデツドスペースないし無
効領域であつた従来の光起電力装置と比較する
と、光起電力の発生に寄与する有効面積が増加
し、光起電力装置全体として出力の向上が期待で
きる。

この考案の上述の目的、その他の目的、特徴お
よび利点は、図面を参照して行う以下の実施例の
詳細な説明から一層明らかとなろう。

（実施例） 第２図はこの考案の一実施例を示す平面図であ
り、第１図が第２図の線Ｉ−Ｉにおける断面図で
ある。光起電力装置１０は、ガラスなどからな
り、その主表面が絶縁性である透光性の絶縁サブ
ストレート１２を含む。この絶縁サブストレート
１２上には、その絶縁性主表面全面にわたつて、
透光性導電層１４が形成される。

透光性導電層１４上には、集電極２２が形成さ
れる。この集電極２２は、第２図に示すように、
絶縁サブストレート１２のほぼ全長にわたつて延
びる幹部２２ａと、この幹部２２ａから絶縁サブ
ストレート１２の幅方向両側に延びる複数の枝部
２２ｂとを含む。集電極２２の幹部２２ａは、第
１図に示すように、内部に空間が形成され得るよ
うにその側断面が、たとえばＵ字形に形成され、
その両側絶縁が透光性導電層１４に接触してい
る。

集電極２２すなわちその幹部２２ａによつて形
成された空間内であつて、かつ透光性導電層１４
上には、半導体光活性層１６と電極層１８とがこ
の順序で積層的に形成される。この半導体光活性
層１６と電極層１８とを包むように、絶縁膜２０
が形成され、それによつて、半導体光活性層１６
および電極層１８が集電極２２の幹部２２ａと電
気的に絶縁される。

集電極２２が形成されていない透光性導電層１
４および集電極２２上には、半導体光活性層２４
が形成され、この半導体光活性層２４上には電極
層２６が形成される。そして、第２図に示すよう
に、絶縁サブストレート１２の長さ方向一端の部
分Ａでは、集電極２２の幹部２２ａ内に形成され
た電極層１８が電極層２６に接続される。絶縁サ
ブストレート１２の長さ方向の他端の部分Ｂでは
半導体光活性層２４および電極層２６が積層して
形成されておらず、したがつて、この部分Ｂで
は、集電極２２の幹部２２ａが露出した状態にあ
る。

上述のような構造において、絶縁サブストレー
ト１２の下方から光が照射されると、その光は絶
縁サブストレート１２および透光性導電層１４を
透過して半導体光活性層１６および２４に入る。
そうすると半導体光活性層１６および２４にはキ
ヤリアが発生する。このキヤリアによつて、透光
性導電層１４と電極層１８との間および透光性導
電層１４と電極層２６との間には光起電力が生じ
る。たとえば、それぞれの半導体光活性層１６お
よび２４が、光の入射側すなわち透光性導電層１
４側から順にpin層を含むものとすれば、半導体
光活性層１６の場合にあつては、透光性導電層１
４と電極層１８とから、前者を（＋）、後者を
（−）として出力することとなり、また半導体光
活性層２４の場合では、透光性導電層１４と電極
層２６とから、前者をやはり（＋）とし後者を
（−）として出力することとなる（これを出力手
段と称する）。更に、この透光性導電層１４には
集電極２２が接続されているので、結果的には、
集電極２２と電極層１８および電極層２６との間
に、前者が（＋）で後者が（−）の光起電力が現
れる。すなわち、集電極２２は、半導体光活性層
１６で生じる光起電力と半導体光活性層２４で生
じる光起電力の一方の共通電極として作用する。
そして、部分Ａで２つの電極層１８および２６が
接続されているので、電極層２６と部分Ｂにおい
て露出している集電極２２の幹部２２ａとの間に
は、２つの半導体光活性層１６および２４で生じ
た光起電力が並列的に取り出される（これを並列
出力手段と称する）。

このように、集電極２２の幹部２２ａの側断面
をＵ字形に湾曲させてそれによつて形成される空
間の中に別の半導体光活性層１６を設けることに
より、従来技術では集電極を形成したために無効
部分となつてしまつた領域においても有効に光起
電力を発生させることができ、したがつて、面積
効率が向上し、より大きな出力が得られるのであ
る。

次に、第３Ａ図〜第３Ｄ図を参照して、この実
施例の光起電力装置１０の製造方法の一例につい
て説明する。

まず、第３Ａ図に示すように、絶縁サブストレ
ート１２上に透光性導電層１４を形成する。この
透光性導電層１４としては、たとえば酸化錫、酸
化インジウム、酸化インジウム錫および酸化チタ
ン等が用いられ、これらの酸化物を、たとえば真
空蒸着によつて絶縁サブストレート１２の絶縁主
表面全面に形成する。

その後、透光性導電層１４上に、絶縁サブスト
レート１２の幅方向のほぼ中央部に、第３Ａ図で
は上方に行く程幅が狭くなるように、たとえばア
モルフアスシリコンからなる半導体光活性層１６
を形成する。この半導体光活性層１６は、たとえ
ば、透光性導電層１４側から順にｐ型層、ｉ型層
およびｎ型層が積層された３層構造のものであ
り、よく知られているように、シランなどのシリ
コン化合物ガスにｐ型あるいはｎ型を決定する不
純物ガスを混合し、その雰囲気中でグロー放電を
発生させることにより形成される。したがつて、
半導体光活性層１６は、非晶質の（アモルフア
ス）シリコンカーバイド、シリコンナイトライド
およびシリコンジルコニウムなどからなる。

なお、半導体光活性層１６は、pin接合に限ら
ず、pi，in，pnのヘテロ接合または上述のあるい
はこれらの接合形態を２重、３重に重ねたタンデ
ム接合のものであつてもよい。

また、第３Ａ図に示すように、半導体光活性層
１６の上方部の幅が狭くなつているのは、後述す
るように、集電極２２の集電特性上、集電極幹部
２２ａの幅が上方に行く程狭められるためであ
る。

半導体光活性層１６が形成された後、この半導
体光活性層１６上には、同じ幅で全長にわたつ
て、たとえばアルミニウムなどからなる電極層１
８が形成される。

その後、第３Ｂ図に示すように、部分Ａにおい
て電極層１８が露出するように、かつ電極層１８
および半導体光活性層１６全体を包むように、絶
縁膜２０を形成する。ここで用いられる絶縁膜２
０の材料としては、たとえば、東レ株式会社製の
“フオトニース”UR3100（商品名）のようなポリ
イミド系の樹脂が考えられる。このような樹脂
は、光起電力装置の製造工程におけるたとえば
400℃程度の温度にも十分耐えることができる。

絶縁膜２０を形成した後、第３Ｃ図に示すよう
に、絶縁膜２０上に、その一部が透光性導電層１
４に接触するように、いわゆる樹枝状の集電極２
２を形成する。すなわち、部分Ａ近傍を除いた絶
縁膜２０上には、集電極２２の幹部２２ａが形成
される。この幹部２２ａの側断面は第１図で示し
たようにＵ字形であるとともに、その幅は第３Ｃ
図に示すように上方に行く程狭くされている。こ
れは、集電特性を考慮したためである。そして、
幹部２２ａの両側には、等間隔に、透光性導電層
１４上に延びる枝部２２ｂが複数形成される。こ
のような集電極２２の幹部２２ａおよび枝部２２
ｂは、勿論、一体的にパターン形成される。そし
て、集電極２２の材料としては、たとえばアルミ
ニウム、銀および金等の良導体金属が用いられ
る。

なお、枝部２２ｂそれ自体の断面をＵ字形に湾
曲させて、その内部に半導体光活性層を形成でき
るようにしてもよいことは勿論である。

集電極２２を形成した後、第３Ｄ図に示すよう
に、集電極２２上および集電極２２を形成してい
ない透光性導電層１４上に、半導体光活性層１６
と同じアモルフアスシリコン化合物からなる半導
体光活性層２４を形成する。ただし、このとき部
分Ａおよび部分Ｂには半導体光活性層２４は形成
されない。したがつて、第３Ｃ図の状態では部分
Ａに露出していた電極層１８は、半導体２４が形
成された後も若干面積が狭められるものの、露出
した状態で残される。

次の工程では、半導体光活性層２４上および部
分Ａの電極層１８上に、全面にわたつて電極層２
６を形成する。それによつて、電極層１８と電極
層２６とが部分Ａにおいて接続される。

第４図はこの考案の他の実施例を示す平面図で
あり、この実施例では、絶縁サブストレート１２
上には、それぞれの光起電力セルを規定する長方
形状の複数の透光性導電層１４が相互に分離して
形成される。そして、これらの複数個の透光性導
電層１４上には、中央部に集電極２２がそれぞれ
形成される。なお、この集電極２２も、その側断
面は第１図に示したようにＵ字形に湾曲されてい
て、湾曲によつて形成される集電極２２の内部に
は半導体光活性層１６、電極層１８および絶縁膜
２０（第１図）が形成される。

そして、透光性導電層１４および集電極２２を
下方から所定の長さだけ残すようにして、残りの
透光性導電層１４および集電極２２の部分の全面
を覆うように、半導体光活性層２４が形成され
る。最後には、その半導体光活性層２４上にそれ
ぞれのセル毎に分割された、長方形状の電極層２
６が形成される。この電極層２６は、先の実施例
と同じように、部分Ａにおいて、集電極２２内部
に形成された電極層１８とそれぞれ接続される。

電極層２６の左下の角の部分が長く引き延ばさ
れ、左隣のセルを構成する透光性導電層１４上に
露出している集電極２２と接続される。したがつ
て、第４図において左端のセルの電極層２６と、
図では示されていないが、一番右端のセルの透光
性導電層１４上の集電極２２との間で、各セルの
半導体光活性層１６および２４によつて発生した
光起電力が直列的に相加されて出力される。この
第４図実施例によれば、出力電圧の大きい光起電
力装置を得ることができる。

なお、第４図実施例においても、集電極２２と
して、第２図に示す幹部２２ａおよび枝部２２ｂ
を含むようなものを用いることも可能である。

第５図はこの考案のその他の実施例を示す平面
図であり、この実施例は、出力電圧を大きくする
だけでなく、出力電流も大きくすることができる
光起電力装置である。そのような目的のために、
この第５図実施例では、１つのセルを規定する透
光性導電層１４上に、それぞれ複数個の集電極２
２を形成している。そして、それぞれのセルの集
電極はその右側のＣ部で連結されているととも
に、このＣ部には右隣の半導体２４上に形成され
た電極層２６が接続されている。また、電極層２
６と集電極２２内に形成されている電極層１８と
は、最上部の集電極の左端に設けられた部分Ａで
接続される。

この第５図実施例では、各セル内に複数の集電
極を設けることによつて出力電流を大きくし、か
つ各セルを直列接続することによつて出力電圧を
大きくしている。

なお、この考案に用いられる半導体材料として
は、上述のアモルフアス材料の他、微結晶材料の
ような、いわゆる非結晶（non−crystaline）材
料が用いられ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す断面図であ
る。第２図は第１図実施例を示す平面図である。
第３Ａ図〜第３Ｄ図はこの実施例の光起電力装置
の製造方法の一例を工程順に示す平面図解図であ
る。第４図はこの考案の他の実施例を示す平面図
解図である。第５図はこの考案のその他の実施例
を示す平面図解図である。 図において、１２は絶縁サブストレート、１４
は透光性導電層、１６，２４は半導体光活性層、
１８，２６は電極層、２０は絶縁膜、２２は集電
極、２２ａは幹部、２２ｂは枝部を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 絶縁表面を有する透光性のサブストレート、 前記サブストレートの前記絶縁表面に形成さ
   れた透光性導電層、 少なくともその一端が前記透光性導電層上に
   接触するように配置され、かつ湾曲した側断面
   を有し、その湾曲によつて前記透光性導電層と
   の間で空間を形成する集電極、 前記空間内の前記透光性導電層上に形成され
   た第１の半導体光活性層、 該第１の半導体光活性層上にあつて上記空間
   内に形成された第１の電極層、 前記集電極が形成されていない前記透光性導
   電層上に形成された第２の半導体光活性層、 該第２の半導体光活性層上に形成された第２
   の電極層、から成ると共に、 上記第１の半導体光活性層と上記第２の半導
   体光活性層によつて生じた光起電力を、各々、
   上記透光性導電層と上記第１の電極層、上記透
   光性導電層と第２の電極層、とから出力する出
   力手段を備える、光起電力装置。 ２ 前記出力手段は、上記第１の電極層を第２の
   電極層と電気接続することで、前記第１および
   第２の半導体光活性層に生じた光起電力を、上
   記集電極を共通電極として、上記透光性導電層
   と、上記第１の電極層または第２の電極層とで
   並列的に出力する並列出力手段を含む、実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の光起電力装置。 ３ 前記並列出力手段は、前記第１の半導体光活
   性層上に形成され、この第１の半導体光活性層
   に生じた光起電力を前記集電極との協働によつ
   て取り出すための第１の電極層、および 前記第２の半導体光活性層上に形成され、前
   記第１の電極層と接続され、かつその第２の半
   導体光活性層に生じた光起電力を前記集電極と
   の協働によつて取り出すための第２の電極層を
   含む、実用新案登録請求の範囲第２項記載の光
   起電力装置。 ４ 前記第１の電極層と前記集電極とを絶縁する
   ために前記第１の電極層と前記集電極との間に
   形成された絶縁層を備える、実用新案登録請求
   の範囲第３項記載の光起電力装置。 ５ 前記絶縁層は絶縁性樹脂からなる絶縁膜を含
   む、実用新案登録請求の範囲第４項記載の光起
   電力装置。 ６ 前記絶縁膜は前記第１の半導体光活性層およ
   び前記第１の電極層を被うように形成される、
   実用新案登録請求の範囲第５項記載の光起電力
   装置。 ７ 前記集電極は、前記透光性サブストレートの
   長さ方向に延びるかつ比較的幅広の第１部分お
   よび前記第１部分の両側から前記透光性サブス
   トレートの幅方向に延びるかつ比較的幅狭の第
   ２部分を含む、実用新案登録請求の範囲第１項
   ないし第６項のいずれかに記載に光起電力装
   置。 ８ 前記第１部分の側断面が湾曲され、それによ
   つて前記空間は前記第１部分によつて形成され
   る、実用新案登録請求の範囲第７項記載の光起
   電力装置。 ９ 前記透光性導電層は前記透光性のサブストレ
   ート上に形成されるべき光起電力セル毎に分離
   して形成され、前記集電極は各光起電力セルを
   規定する各透光性導電層上に形成される、実用
   新案登録請求の範囲第１項ないし第８項のいず
   れかに記載の光起電力装置。 10 前記各光起電力セルを、相隣接する一方の光
   起電力セルの前記集電極と、他方の光起電力セ
   ルの前記透光性導電層とを接続し、上記各光起
   電力セルを直列接続した、実用新案登録請求の
   範囲第９項記載の光起電力装置。 11 前記第１および第２の半導体光活性層はアモ
   ルフアス材料、微結晶材料などの非結晶質材料
   からなる、実用新案登録請求の範囲第１項ない
   し第10項のいずれかに記載の光起電力装置。 12 前記第２の半導体光活性層は前記集電極上に
   も形成される、実用新案登録請求の範囲第11項
   記載の光起電力装置。