JPH0714833Y2 - 照射光量積算計および非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents

照射光量積算計および非晶質シリコン太陽電池

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JPH0714833Y2
JPH0714833Y2 JP1988075308U JP7530888U JPH0714833Y2 JP H0714833 Y2 JPH0714833 Y2 JP H0714833Y2 JP 1988075308 U JP1988075308 U JP 1988075308U JP 7530888 U JP7530888 U JP 7530888U JP H0714833 Y2 JPH0714833 Y2 JP H0714833Y2
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博文 田中
信弘 福田
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三井東圧化学株式会社
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、任意の対象物に入射する光量の積算値を測定
する照射光量積算計に関する。
(従来の技術とその課題) 従来光量測定に用いられている照射光量測定器は、工業
計測用として総入射光量の絶対値を高精度で測定するた
めのものが大半で、従っ構成も複雑になり、形状も大き
く、対象物への入射光をできるだけ遮らずに測定を行う
ことが容易にできなかった。したがって、栽培植物等へ
の照射量を、太陽光等を遮らずに行いがたかった。さら
に多点同時長時間測定を行うために便利な測定器は存在
しなかった。
加えて従来の光量測定器は、植物の成長に関与する光の
波長成分に対する感度とのズレが大きいものが多く、ま
た屋外における直接入射光と散乱光に対する感度が大き
く違っているために、植物の成長と入射光量が対応しな
いと云う問題があった。この点、人体皮膚に入射する紫
外線の測定についても同じことがいえる。
(課題を解決するための手段) 本考案はかかる点に鑑みなされたもので、その要旨とす
るところは、光電変換素子、電流−電圧変換器、電圧−
周波数変換器、分周器、パルス数積算器、表示駆動器、
表示器を備えてなる照射光量積算計、である。
以下、本考案の構成要件を分説し、添付図面を参照しつ
つその好ましい実施例の態様の一例を説明する。
第1図は、本考案で使用する光電変換素子の構成を示
し、第2図は、本考案の照射光量積算計の素子構成を示
し、第3図はその他の素子構成の構成例を示す。
図に示すように、本考案の照射光量積算計は、少なくと
も、光電変換素子7、電流−電圧変換器8、電圧−周波
数変換器9、分周器10、パルス数積算器11、表示駆動器
12、表示器13を備えてなるものである。
(1)光電変換素子 光電変換素子は、照射光を受け、これを照射光量に応
じた電流に変換する素子である。
第1図は、上記したごとく、本考案で使用する光電変換
素子7、(もしくは14)の構成を示す説明図であって;1
は透明絶縁物層、2は導電性透明材料層、もしくは金属
層、3はp型もしくはn型半導体層、4は非晶質シリコ
ン層、5はn型もしくはp型半導体層、6は電極であ
る。透明絶縁物層1は可視光もしくは紫外光もしくは赤
外光もしくはその組合せの光に対して透明な窓材料で絶
縁物である。また、1は必ずしも必須でなく1がない場
合もありうる。導電性透明材料層2は可視光もしくは紫
外光もしくは赤外光もしくはその組合せの光に対して透
明な酸化物もしくは導電性を有する材料もしくは金属で
ある。p型もしくはn型半導体層3は厚さ10〜500オン
グストローム程度のp型またはn型の通常非晶質もしく
は微結晶を含む非晶質シリコンである。非晶質シリコン
層4は厚さ1ミクロン程度以下の非晶質シリコンであ
り、光学活性層である。n型もしくはp型半導体層5
は、上記4がp型の場合は、厚さ100〜500オングストロ
ーム程度のn型の非晶質もしくは微結晶を含む非晶質シ
リコンであり、逆に上記4がn型の場合は、厚さ10〜50
0オングストローム程度のn型の非晶質もしくは微結晶
を含む非晶質シリコンである。電極6は金属もしくは導
電性を有する酸化物である。すなわち、光電変換素子と
しては、非晶質シリコン太陽電池を使用することが好ま
しい。
なお、第1図の光電変換素子において、透明絶縁物層
1の片面に所定の波長吸収特性を有する光学フィルター
を設けることにより、所望の波長範囲のみの光を選択的
に透過させ、吸収させることも好ましい態様である。例
えば紫外線のA波、B波、C波等を選択的に計測するこ
とが出来る。
また、本考案で使用する光電変換素子においては、3
のp型もしくはn型半導体層、4の非晶質シリコン層、
5のn型もしくはp型半導体層、の厚みの総和が、特に
1.1ミクロン以下となる薄膜を使用することにより、基
板に垂直な入射角度以外の入射角度から入射する光に対
しても、効率良く光電変換を行い、植物や人体の皮膚に
作用を起こしている光量とほぼ同じ光量の光を検知可能
なようにすることが出来るのである。
さらに特筆すべきことは、本考案で使用する光電変換
素子において、3のp型もしくはn型半導体層、4の非
晶質シリコン層、5のn型もしくはp型半導体層の厚み
の総和が、400〜3000オングストロームと云う特定の範
囲にあるものはその膜厚をこの中で特定範囲とすること
により、恐らく干渉作用によるものと思われるが、反射
光スペクトルを任意の色調に変化させることが可能なこ
とである。すなわち、光電変換素子そのものの色を、な
んら着色等することなく、美しい赤、ピンク、橙、黄
緑、青、藍、紫の任意の色とすることができるものであ
るから、装飾的にみてもきわめて有用なものである。こ
れは、本考案者により初めて見出された新規な知見であ
り、通常、周知のごとく、非晶質シリコン薄膜を使用し
た太陽電池の該薄膜表面は黒色の外観を有しており、極
めて汚らしい印象を与えるのが通常であったところ、3
のp型もしくはn型半導体層、4の非晶質シリコン層、
5のn型もしくはp型半導体層の厚みの総和が、例え
ば、1200〜1500オングストロームと特定範囲のものは、
驚くべきことに美しいピンク色の色相を示すのである!!
かかる観点からみても、光電変換素子の3のp型もしく
はn型半導体層、4の非晶質シリコン層、5のn型もし
くはp型半導体層の材料として非晶質シリコンおよびそ
の合金等を上記特定の薄膜厚みとして使用することが有
効である。
第2図はすでにのべた如く、本考案の光電変換素子の
素子構成を示すが、このように、照射光測定用の光電変
換素子7とは別の光電変換素子14と電荷充電用キャパシ
タ15を組合せて、回路駆動電源として用いることができ
る。また第3図に示すように、第2図の光電変換素子1
4、電荷充電用キャパシタ15を省略し、その代わり、補
助電源18として、乾電池等の一次電池や充電可能な二次
電池を用いることも勿論可能である。
(2)電流−電圧変換器 光電変換素子の電流出力を電圧に変換する素子8であっ
て、光電変換素子の出力、電圧−周波数変換器の分解
能、およびS/N比を考慮に入れて設計される。実用的に
は抵抗器が有用である。この場合1Ω〜1kΩ程度の範囲
の値をもつ抵抗器が使用される。さらに好ましくは、増
幅作用を有する素子であり、その増幅率としては、105V
/A以上のものを用いる。
(3)電圧−周波数変換器 上記電流−電圧変換器より出力された電圧値Vに比例し
た周波数fを有するパルス電圧を出力する素子9であ
る。
(4)分周器 上記電圧−周波数変換器より出力された周波数をある一
定の分周率で分周する装置10であり、本考案で使用する
分周率は百分の一から一億分の一程度の範囲であること
が好ましい。
(5)パルス数積算器 上記分周器より出力されたパルスを積算し、積算数をN
進数表現に変換する装置11である。Nは2〜10の値をと
る。なお、第2図におけるが如く、瞬時値表示用切替ス
イッチ16により照射光量の瞬時値を表しすることも出来
るが、かかる場合においては、該パルス積算値は一定間
隔毎に自動的に積算値をリセットする機能17を有するの
である。
(6)表示駆動器 N進数表現入力に対応して表示器を駆動する装置12であ
る。なお、第2図、第3図に示した構成例の如く、瞬時
値表示用切替スイッチ16により照射光量の瞬時値を表示
せしめることも可能であるが、斯る場合においては、一
定期間、出力を変化させないような機能を有するものが
好ましい。
(7)表示器 表示駆動器より出力された電圧により、積算数を表示す
る素子13であり、消費電力の少ないものが好ましい。ま
た、紫外線カットフィルターを併用することもできる。
なお、瞬時値表示用切替スイッチ16により照射光量の瞬
時値を表示することができ、さらに表示リセットスイッ
チ17により積算値を0にすることができる。
第4図は、本考案の照射光量積算計の外観を示す斜視図
である。
(作用) まず、表示リセットスイッチ17により表示器13が0にリ
セットされる。次に、本考案の照射光量積算計に入射し
た照射光は光電変換素子7で電流に変換され、電流−電
圧変換器8で電圧に変換される。さらに電圧−周波数変
換器9で電圧に比例する周波数をもつパルス列に変換さ
れ、分周器10で、パルス数積算器11の入力としての最適
な値に分周されたパルス列になる。パルス数積算器11で
は入力されたパルス列の数を積算して、その積算値を表
示器13で表示させるために、表示器駆動器12が動作でき
る符号に変換される。さらに、表示駆動器12の出力によ
って表示器13に照射光の積算値を表示するのである。ま
た、瞬時値表示用切替スイッチ16を切替えることによ
り、照射光量の瞬時値の表示も可能である。
(産業上の利用可能性) 本考案は任意の対象物に入射する光量の積算値を表示さ
せるもので、光電変換素子、積算器、表示器を一体化
し、さらに光電変換素子を駆動用電源として兼ねること
により、小型化を行い、対象物のすぐ側で入射光量を精
度よく測定できるようにしたものである。用途として
は、工業用の日射光量積算計はもちろんのこと、植物栽
培用における総日射量の測定、さらに局所的な日射量の
ばらつきを定量化するなど農業用として広く好適に使用
される。本考案者らの知見によると、本考案の如く、非
晶質シリコン太陽をセンサー(場合によっては、電源と
しても)として用いることにより、植物成長に関わる波
長と非晶質シリコン太陽電池の感度が近似しているた
め、結晶太陽電池をセンサーとして用いる場合より、実
効的な照射光測定が行なえるのである。また携帯用屋外
日射光量計として、人体皮膚の日焼けの予知、および抑
制のための計器としても使え、健康器具またはレジャー
用としても好適に使用可能なものである。特に最近、屋
外における紫外線強度の関心が高くなっているが、すで
に述べたように、適当な紫外線フィルターを設けること
により、紫外線のA波、B波、C波などと呼ばれるよう
に特に有害な紫外線を選択的に計測する道具としても使
用可能である。また、所望により積算計としての機能だ
けではなく、入射光量の瞬時値を表示させることもでき
るので、必要もしくは有害な光の強度を、簡便にかつ対
象物のすぐ側で、必要な時に測定することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の光電変換素子の素子構成を示す説明図
であり、第2図は本考案の照射光量積算計の構成を示す
ブロック図であり、第3図は補助電源を伴う場合の照射
光量積算計の構成を示すブロック図である。第4図は本
考案の光電変換素子の外観の一例を示す斜視図である。 図において、 1…透明絶縁物層、2…導電性透明材料層、もしくは金
属層、3…p型もしくはn型半導体層、4…非晶質シリ
コン層、5…n型もしくはp型半導体層、6…電極、7
…光電変換素子、8…電流−電圧変換器、9…電圧−周
波数変換器、10…分周器、11…パルス数積算器、12…表
示器駆動器、13…表示器、14…電源用光電変換素子、15
…電荷充電用キャパシタ、16…瞬時値表示用切替スイッ
チ、17…表示リセットスイッチ、18…補助電源、19…ケ
ースを示す。

Claims (4)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換素子、電流−電圧変換器、電圧−
    周波数変換器、分周器、パルス数積算器、表示駆動器、
    瞬時値表示用切替スイッチ、表示器および電荷充電用キ
    ャパシタを備えてなる照射光量積算計にして、該光電変
    換素子が、透明絶縁物層、導電性透明材料層、p型半導
    体層、非晶質シリコン層、n型半導体層、および金属も
    しくは導電性を有する酸化物からなる電極を備えた非晶
    質シリコン太陽電池であり、該p型半導体層、非晶質シ
    リコン層およびn型半導体層の厚みの総和を、40〜300n
    mの範囲とし、かくして、干渉により、該非晶質シリコ
    ン太陽電池からの反射光を、赤、ピンク、橙、黄、緑、
    青、藍、紫色から選択されるいずれかの色調とせしめた
    光電変換素子である前記照射光量積算計。
  2. 【請求項2】光電変換素子が、p型半導体層、非晶質シ
    リコン層およびn型半導体層の厚みの総和を、120〜150
    nmの範囲とし、かくして、干渉により、反射光をピンク
    の色相とせしめた光電変換素子である請求項1記載の積
    算計。
  3. 【請求項3】透明絶縁物層、導電性透明材料層、p型半
    導体層、非晶質シリコン層、n型半導体層、および金属
    もしくは導電性を有する酸化物からなる電極を備えた非
    晶質シリコン太陽電池であって、該p型半導体層、非晶
    質シリコン層およびn型半導体層の厚みの総和を、40〜
    300nmの範囲とし、かくして、干渉により、該非晶質シ
    リコン太陽電池からの反射光を、赤、ピンク、橙、黄、
    緑、青、藍、紫色のうちのいずれかひとつの色の色調と
    せしめたことを特徴とする非晶質シリコン太陽電池。
  4. 【請求項4】p型半導体層、非晶質シリコン層およびn
    型半導体層の厚みの総和を、120〜150nmの範囲とし、か
    くして、干渉により、反射光をピンクの色相とせしめた
    請求項3記載の非晶質シリコン太陽電池。
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