(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側電極、光電変換層及び裏面側電極からなる光電変換素子を備えたマイクロマシン用光電変換装置において、前記光電変換装置のマイクロ波が照射される側に、マイクロ波を反射するための材料で構成された格子状反射パターン電極を形成し、当該反射パターン電極でマイクロ波を反射し、光電変換素子が吸収し電気に変換するための光を透過することを特徴とするマイクロマシン用光電変換装置。
【請求項２】
基板上に複数の光電変換素子が直列または並列若しくは直並列に接続され、前記隣接する光電変換素子間の分離部に相当する部分に前記反射パターン電極を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシン用光電変換装置。
【請求項３】
前記反射パターン電極が光電変換素子が形成されている透明絶縁基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロマシン用光電変換素子。
【請求項４】
光電変換素子上に透明絶縁膜が設けられ、その上面に前記反射パターン電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロマシン用光電変換装置。
【請求項５】
前記反射パターン電極を透明電極材料を用いて形成したことを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシン用光電変換装置。
【請求項６】
前記反射パターン電極を入射側電極と兼用したことを特徴とする請求項５に記載のマイクロマシン用光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、数センチメートル、あるいはそれ以下の大きさの微少機械であるマイクロマシンに用いられる光電変換装置に関し、特にマシン外部から無索でエネルギーが供給されるマイクロマシンに用いて好適な光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシンと称して数ミリメートル、或いはそれ以下の大きさの微少機械が提案され、実用化を目指して様々な研究開発が行われている。マイクロマシンとしては、有索方式と無索方式とがある。無索方式は、有索方式に比べて動きに制限がなくなるなどの利点があるが、マシンユニットを駆動するためのエネルギー源をユニットに搭載する必要があり、マシン全体の大きさや重量が増すなどの問題がある。
【０００３】
そこで、無索方式のマイクロマシンにおいて、エネルギー源をマシンユニットには搭載せずに、マイクロマシンユニットの表面を、太陽電池等の光電変換装置によって覆い、照射された光線等の電磁波を電力に変換し、エネルギーの供給を外部から無索で行う方法が提案されている（特開平４−２４１００４号公報：ＩＰＣ  Ｇ０５Ｂ  ２４／０２  参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光電変換層としてシリコン系半導体を用いた光電変換装置では、光やマイクロ波等の複数種類のエネルギーが供給される環境下においては、光電変換素子が約２５％のマイクロ波を吸収する。このため、このマイクロ波の吸収による温度上昇により、出力特性が低下する問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものにして、マイクロ波が供給される環境下で用いても光電変換素子の温度上昇を防ぎ、出力低下を抑制することができるマイクロマシン用光電変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のマイクロマシン用光電変換装置は、入射側電極、光電変換層及び裏面側電極からなる光電変換素子を備えたマイクロマシン用光電変換装置において、前記光電変換装置のマイクロ波が照射される側に、マイクロ波を反射するための材料で構成された格子状反射パターン電極を形成し、当該反射パターン電極でマイクロ波を反射し、光電変換素子が吸収し電気に変換するための光を透過することを特徴とする。
【０００７】
上記した構成によれば、光やマイクロ波等の複数種類のエネルギーを供給する環境下において、マイクロ波の吸収等の温度上昇による、出力特性の低下も抑制することが可能となる。
【０００８】
また、この発明は、基板上に複数の光電変換素子が直列または並列若しくは直並列に接続され、前記隣接する光電変換素子間の分離部に相当する部分に前記反射パターン電極を形成すればよい。
【０００９】
隣接する光電変換素子間の分離部は発電に寄与しない無効部であり、この部分に反射パターン電極を形成することにより、光電変換層の光吸収が前記部材により阻害される量が減り、光の有効利用とマイクロ波の反射が図れる。
【００１０】
上記反射パターン電極は、光電変換素子が形成されている透明絶縁基板上に形成することがができる。
【００１１】
また、光電変換素子上に透明絶縁膜が設けられ、その上面に反射パターン電極を形成することができる。
【００１２】
【００１３】
反射パターン電極として透明電極材料を用いることができる。
【００１４】
反射パターン電極を入射側電極と兼用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の光電変換装置の構造をより具体的に説明する。図１は、この発明が適用されるマイクロマシンユニットの一例を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、このマイクロマシンユニット１は、例えば、直径が約５〜１０ｍｍ程度の管９内に挿入されて、管壁検査等の所定の動作を行う。マイクロマシンユニット１には、複数の駆動脚２…が設けられ、この駆動脚２とマイクロマシンユニット１本体の伸縮動作により前進及び後退移動が可能になっている。
【００１７】
マシン本体は伸縮可能な筒状の胴部と、この胴部の前端部に設けられたテーパ部とから構成され、この胴部及びテーパ部に外部から与えられる光線等の電磁波を電気エネルギーに変換するための光電変換装置３が配設されている。
【００１８】
また、マシン本体の筒部とテーパ部との境には、管９内壁に向けて複数の回折格子板１０…が設けられ、本体筒部と管内壁の間隙に向かって管軸方向へ進行する光を胴部表面の光電変換装置３に向けて屈折させるように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、光やマイクロ波等の複数種類のエネルギーを供給される環境下においては、マイクロ波が光電変換装置３にも与えられる。前述したように、マイクロ波が光電変換装置３に与えられると、光電変換素子はマイクロ波を吸収して、温度が上昇する。そこで、この発明の光電変換装置３においては、マイクロ波を反射し、光電変換装置内はマイクロ波を吸収しないように構成している。
【００２０】
図２及び図３に示す光電変換装置３は、透明基板側から光が入射するいわゆる順タイプの光電変換層として非晶質シリコンを用いた光電変換装置である。
【００２１】
図２及び図３に示すように、ガラス等からなる透明絶縁基板３０上に透明電極３１が設けられ、この上に内部にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層３２が周知のプラズマＣＶＤ法などにより積層形成され、非晶質シリコン層３２上に銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等からなる裏面電極層３３が設けられ、光電変換素子が形成される。そして、光電変換素子は樹脂層３４で被覆されている。
【００２２】
この光電変換装置３は、１枚の透明絶縁基板３０上に多数の光電変換素子をカスケード接続して所望の電圧等を取り出せるように集積化されており、例えば、透明絶縁基板３０上に適当なパターニングによって、各光電変換素子の分離部（無効部）で透明電極３１及び裏面電極層３３を通じて隣接する光電変換素子それぞれ接続される。図２に示す例では、隣接する各セルの境界部分（分離部）で直列接続している。
【００２３】
図２及び図３に示すように、透明絶縁基板３０上には、マイクロ波を反射するための材料により格子状の反射パターン電極３５が形成されている。この反射パターン電極３５の材料は、抵抗値の小さい電極材料が望ましい。この反射パターン電極３５は、スパッタリング法等の蒸着法、メッキ法、Ａｇペースト等を用いた印刷法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
【００２４】
反射パターン電極３５の材料としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｒｎ等を用いることができる。
【００２５】
反射パターン電極３５の間隔については、以下の通りとなる。
【００２６】
マイクロ波は、一般に波長１ｍｍ（周波数３００ＧＨｚ）程度から、波長１ｍ（周波数３００ＭＨｚ）といわれている。そして、マイクロ波の反射材料の形状は一種の矩形導波管と考えることができ、管径をａとした場合、導波管に存在し得る限界の波長である遮断波長（カットオフ波長）は、次の数１に示すようになる。
【００２７】
（数１）
λ＝２ａ
【００２８】
従って、電極間隔は、次の数２に示す値以下になる。
【００２９】
（数２）
ａ＝λ／２
【００３０】
ここで、λ＝ｃ／ｆ＝３×１０8／ｆ（但し、ｃは光速、ｆは周波数）であるので、例えば、３ＧＨｚのマイクロ波の場合の電極間隔は、
ａ＝（３×１０8 ／３×１０9 ）／２＝０．０５ｍ
以下となる。
【００３１】
反射パターン電極３５の各電極の形成場所は、光電変換装置の発電に寄与しない分離部の位置が望ましいが、上記条件を満たせば任意の場所に形成できる。
【００３２】
また、反射パターン電極３５の材料として透明電極材料を用いれば、反射パターン電極３５による入射光の損失を少なくすることができる。透明電極材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｒｈ等の金属材料の薄膜、或いは、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、Ｃｄ2 ＳｎＯ4 、ＣｄＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ等の透明導電材料を用いることができ、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００３３】
このように、透明絶縁基板３０の光入射側に反射パターン電極３５を設けることにより、図４に示すように、光は光電変換層３２に入射し、光電変換され電気エネルギーに変換される。これに対し、マイクロ波は反射パターン電極３５により反射され、光電変換層には吸収されない。従って、マイクロ波による温度上昇が防げ、出力低下が抑制できる。
【００３４】
図５及び図６は絶縁性基板に金属電極を形成し、順に半導体層、透光性電極を形成して、透明電極側から光を入射する構造の光電変換素子、いわゆる逆タイプの光電変換素子にこの発明を適用した場合を示す。
【００３５】
図５及び図６に示すように、絶縁性基板或いは表面に絶縁処理がされた基板４０上に銀（Ａｇ）等の金属電極４１が設けられ、この金属電極４１上に内部にｎｉｐ接合を有する非晶質シリコン層４２が順次プラズマＣＶＤ法などにより形成されている。そして、非晶質シリコン層上にＳｎＯ2 、ＺｎＯ2 、ＩＴＯなどからなる透明電極（ＴＣＯ）４３が形成されている。そして、素子上に透明絶縁層４４が形成される。透明絶縁層４４は、Ｉｎ2 ０3 、ＺｎＯ、Ａｌ2 ０3 、Ｃｒ2 ０3 、ＳｉＯ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ、ＴｉＯ2 等の酸化膜を用いることができる。
【００３６】
さらに、絶縁膜４４上にマイクロ波を反射する格子状の反射パターン電極４５を形成する。反射パターン電極４５の材料、形成方法は前述した実施の形態と同様である。また、反射パターン電極４５の形成場所は、光電変換デバイスの発電に寄与しない分離部の位置が望ましいが、上記条件を満たせば任意の場所に形成できる。
【００３７】
この実施の形態においても反射パターン電極４５の材料として透明電極材料を用いれば、反射パターン電極４５による入射光の損失を少なくすることができる。
【００３８】
図７及び図８はいわゆる逆タイプの光電変換素子にこの発明を適用した場合の他の実施の形態を示し、図７は平面図、図８は図７のＡ−Ａ’線断面図である。尚、図５及び図６と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
図７及び図８に示す実施の形態は、反射パターン電極と光入射側電極とを兼用したものである。即ち、透明電極４５ａをグリッド状に形成し、各電極間を上記したように、ａ＝λ／２以下になるようにスパッタ法等により形成されている。
【００４０】
図８に示すように、非晶質シリコン層４２上に上記条件を満足するグリッド状のＳｎＯ2 、ＺｎＯ2 、ＩＴＯなどからなる透明電極膜４５ａが形成されている。そして、素子上に透明絶縁層４４が形成される。
【００４１】
このように、透明電極４５ａの電極間の間隔をａ＝λ／２以下にしたグリッド電極とすることで、この透明電極４５ａによりマイクロ波を反射することができ、反射パターン電極を別個設ける必要がなくなり、部品点数を増加させることなくマイクロ波による光電変換層の温度上昇を抑制できる。但し、この時の反射パターン電極の方向は、マイクロ波の偏波面の方向に向いている必要がある。
【００４２】
尚、図２及び図３に示した順タイプの光電変換装置においても透明電極と反射パターン電極を兼用することができる。
【００４３】
図９及び図１０に単結晶シリコン光電変換素子にこの発明を適用した場合を示す。この光電変換素子は、既知の形成法によって、ｐ型単結晶シリコン基板５１にｎ型拡散層５２が設けられ、基板５１の裏面側に第１電極５３が、ｎ型拡散層５２に図示しない第２電極が設けられる。ｎ型拡散層５２上には反射防止膜５４が形成されている。受光面側、この実施の形態では、反射防止膜５４上にマイクロ波を反射する格子状の反射パターン電極５５を形成する。反射パターン電極５５の材料、形成方法は前述した実施の形態と同様である。
【００４４】
尚、反射パターン電極５５は、表面格子状（グリッド）電極を兼用しても良い。
【００４５】
また、この実施の形態においても反射パターン電極５５の材料として透明電極材料を用いれば、反射パターン電極５５による入射光の損失を少なくすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の光電変換装置では、光電変換層と光電変換層の一面に形成された入射側電極と、光電変換層の他面に形成された裏面側電極とを有する単一あるいは複数の光電変換素子を直列、並列又は、直並列接続してなる光電変換装置において、マイクロ波の照射される側に、ガラス基板や絶縁層を介して、あるいは直接マイクロ波を反射する格子状反射パターン電極を形成し、マイクロ波を反射させ、光電変換素子が吸収し電気に変換するための光は透過させるため、光やマイクロ波等の複数種類のエネルギーを供給する環境下において、マイクロ波の吸収等の温度上昇による、出力特性の低下も抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明が適用されるマイクロマシンユニットを示す斜視図である。
【図２】  この発明を順タイプの光電変換装置に適用した実施の形態を示す断面図である。
【図３】  この発明を順タイプの光電変換装置に適用した実施の形態を示す平面図である。
【図４】  図２及び図３に示す光電変換装置に光とマイクロ波が照射された状態を示す断面図である。
【図５】  この発明を逆タイプの光電変換装置に適用した実施の形態を示す断面図である。
【図６】  この発明を逆タイプの光電変換装置に適用した実施の形態を示す平面図である。
【図７】  この発明を逆タイプの光電変換装置に適用した他の実施の形態を示す平面図である。
【図８】  図７のＡ−Ａ’線断面図である。
【図９】  この発明を単結晶シリコンを用いた光電変換装置に適用した実施の形態を示す断面図である。
【図１０】  この発明を単結晶シリコンを用いた光電変換装置に適用した実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
３    光電変換装置
３０  透明絶縁基板
３１  透明電極
３２  非晶質シリコン層
３３  裏面電極層
３５  反射パターン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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