(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光電変換素子と、第２の光電変換素子と、第１のＤＣＤＣコンバータと、第２のＤＣＤＣコンバータと、を有し、
前記第１の光電変換素子は、第１の電力を生成する機能を有し、
前記第２の光電変換素子は、第２の電力を生成する機能を有し、
前記第１の光電変換素子は、前記第２の光電変換素子と、樹脂を含む層を間に挟んで重なる領域を有し、
前記第１のＤＣＤＣコンバータは、前記第１の電力に基づいて第１の電圧を出力する機能を有し、
前記第２のＤＣＤＣコンバータは、前記第２の電力に基づいて第２の電圧を出力する機能を有し、
前記第１の光電変換素子の光電変換効率は、第１の照度を有する環境下において、前記第２の光電変換効率よりも高く、
前記第２の光電変換素子の光電変換効率は、第２の照度を有する環境下において、前記第１の光電変換効率よりも高く、
前記第２の照度は、前記第１の照度よりも高く、
前記第１の電力及び前記第２の電力のうち、前記第１の電力の一部のみが、前記第１のＤＣＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
第１の光電変換素子と、第２の光電変換素子と、第１のＤＣＤＣコンバータと、第２のＤＣＤＣコンバータと、を有し、
前記第１の光電変換素子は、第１の電力を生成する機能を有し、
前記第２の光電変換素子は、第２の電力を生成する機能を有し、
前記第１の光電変換素子は、前記第２の光電変換素子と、樹脂を含む層を間に挟んで重なる領域を有し、
前記第１のＤＣＤＣコンバータは、前記第１の電力に基づいて第１の電圧を出力する機能を有し、
前記第２のＤＣＤＣコンバータは、前記第２の電力に基づいて第２の電圧を出力する機能を有し、
前記第１の光電変換素子は、非晶質シリコンを有する第１の光吸収層を有し、
前記第２の光電変換素子は、単結晶シリコンを有する第２の光吸収層を有し、
前記第１の電力及び前記第２の電力のうち、前記第１の電力の一部のみが、前記第１のＤＣＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１の電力の一部が、前記第１のＤＣＤＣコンバータが有する制御回路、及び前記第２のＤＣＤＣコンバータが有する制御回路の駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１のＤＣＤＣコンバータが有する前記制御回路、及び前記第２のＤＣＤＣコンバータが有する前記制御回路のそれぞれは、誤差増幅器、位相補償回路、コンパレータ、及び三角波発振器を有し、
前記第１の電力の一部が、前記誤差増幅器、前記位相補償回路、前記コンパレータ、及び前記三角波発振器のいずれかの駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第１の光電変換素子を透過した光が、前記第２の光電変換素子に入射することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１のＤＣＤＣコンバータは、前記第１の電力に基づいて前記第１の電圧を第１の出力端子から出力する機能を有し、
前記第２のＤＣＤＣコンバータは、前記第２の電力に基づいて前記第２の電圧を第２の出力端子から出力する機能を有し、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とが直列に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する、多端子構造の光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体接合を用いた太陽電池などの光電変換装置は、半導体接合が１つの単接合タイプのものと、複数の半導体接合を用いた多接合タイプのものとに分類できる。バンドギャップの異なる複数の半導体接合を、光の進行方向において重なるよう配置した多接合タイプの光電変換装置は、紫外線から赤外線まで幅広い波長の光を含んでいる太陽光を、より高い変換効率で無駄なく電気エネルギーに変換することができる。
【０００３】
なお、多接合タイプの光電変換装置は、積層された複数の光電変換素子が直列に接続された二端子構造だと、全ての光電変換素子に流れる電流が、最も短絡電流の小さい光電変換素子によって決まってしまう。そのため、光電変換素子どうしの電圧電流特性が異なる場合、全ての光電変換素子を、最大の出力電力が得られる最大出力点で動作させることが難しい。しかし、同じ多接合タイプの光電変換装置でも、複数の光電変換素子を直列に接続せずに、複数の光電変換素子のそれぞれから電力を取り出す多端子構造だと、各光電変換素子を最大出力点で動作させることができる。そのため、多端子構造の方が二端子構造よりも、光電変換装置全体の光電変換効率を高めることができる。
【０００４】
下記の特許文献１には、出力特性の異なる複数の光電変換素子が積層され、なおかつ、上記複数の光電変換素子はそれぞれの電圧調整回路を介して並列に接続されている電源装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、多端子構造の光電変換装置では、電力を取り出す端子の数に合わせて、ＤＣＤＣコンバータを複数設けることが多い。この場合、各光電変換素子から出力された電力は、個々のＤＣＤＣコンバータに送られる。各ＤＣＤＣコンバータは、電力が送られてくると、その電圧の調整を行った後、負荷に出力する。
【０００７】
ところで、シリコンの場合、単結晶の光電変換層を有する光電変換素子（以下、単結晶光電変換素子と呼ぶ）は、太陽光のような高光量の光が得られる環境下では、非晶質の光電変換層を有する光電変換素子（以下、非晶質光電変換素子と呼ぶ）に比べ、その光電変換効率が飛躍的に高い。しかし、光の波長にもよるが、室内光のような低光量の光しか得られない環境下では、単結晶光電変換素子は、その光電変換効率が著しく低下するため、非晶質光電変換素子よりも低い電力しか生成できない。
【０００８】
なお、ＤＣＤＣコンバータの駆動に必要な駆動電力は、光電変換素子からＤＣＤＣコンバータに入力される電力で賄われている。すなわち、多端子構造の光電変換装置に単結晶光電変換素子を用いている場合、当該単結晶光電変換素子において生成された電力を用いて、単結晶光電変換素子の後段に接続されたＤＣＤＣコンバータが駆動を行う。よって、低光量の光しか得られない環境下において、上記多端子構造の光電変換装置を用いる場合、単結晶光電変換素子において生成される電力が低すぎて、その後段のＤＣＤＣコンバータが正常に動作しないという事態が起こりうる。ＤＣＤＣコンバータの一つが正常に動作しないと、光電変換装置全体の動作が不安定になり、光電変換装置の信頼性が確保できない。
【０００９】
上述の課題に鑑み、本発明は、高照度において高い光電変換効率を得ることができ、なおかつ、広い照度範囲において動作の信頼性を確保できる、多端子構造の光電変換装置の提供を、目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、非晶質光電変換素子の光電変換効率が、太陽光のような高光量の光が得られる高照度の環境下だと、単結晶光電変換素子に比べて劣ってしまうが、室内光のような低光量の光しか得られない低照度の環境下だと、単結晶光電変換素子より高くなることに着目した。
【００１１】
非晶質光電変換素子と単結晶光電変換素子の光電変換効率は、室内光の波長によって異なるが、蛍光灯や白熱電球などの一般的な人工光源から得られる波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の室内光の場合、概ね上述したような傾向が得られる。よって、本発明者らは、非晶質光電変換素子は、低照度の環境下でも、非晶質光電変換素子用のＤＣＤＣコンバータの駆動電力のみならず、単結晶光電変換素子用のＤＣＤＣコンバータの駆動電力をも賄うだけの電力を、生成することが可能であると考えた。
【００１２】
そこで、本発明の一態様に係る光電変換装置では、電圧電流特性が互いに異なる少なくとも２つの光電変換素子を用いる。そして、一方の光電変換素子は、非晶質光電変換素子のように、室内光が得られる環境下において、他方の光電変換素子よりも光電変換効率が高いものとする。また、他方の光電変換素子は、単結晶光電変換素子のように、太陽光が得られる環境下において、一方の光電変換素子よりも光電変換効率が高いものとする。さらに、上記少なくとも２つの光電変換素子において生成された電力は、上記少なくとも２つの光電変換素子に対応する少なくとも２つのＤＣＤＣコンバータにおいて、それぞれその電圧が調整される。そして、上記一方の光電変換素子において生成された電力の一部を、上記少なくとも２つのＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いる。
【００１３】
本発明の一態様では、上記構成により、室内光が得られる低照度の環境下であっても、複数のＤＣＤＣコンバータの駆動電力を確保することができる。なおかつ、太陽光が得られる高照度の環境下では、高い光電変換効率を確保することができる。
【００１４】
具体的に、本発明の一態様に係る光電変換装置は、光の進行方向において重なるように積層された第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子を少なくとも有する。さらに、上記光電変換装置は、第１の光電変換素子において生成された第１の電力が送られてくると、その電圧を調整して出力する第１のＤＣＤＣコンバータと、第２の光電変換素子において生成された第２の電力が送られてくると、その電圧を調整して出力する第２のＤＣＤＣコンバータとを少なくとも有する。また、第１の光電変換素子の光電変換効率は、第１照度を有する環境下で、第２の光電変換素子の光電変換効率よりも高く、第２の光電変換素子の光電変換効率は、第１照度よりも高い第２照度を有する環境下で、第１の光電変換素子の光電変換効率よりも高い。そして、第１の電力の一部は、第１のＤＣＤＣコンバータの駆動電力、及び第２のＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様は、上記構成により、高照度の環境下において高い光電変換効率を得ることができ、なおかつ、広い照度範囲において動作の信頼性を確保できる、多端子構造の光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光電変換装置の構成を示す図。
【図２】光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果。
【図３】光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果。
【図４】制御回路の構成を示す図。
【図５】ＤＣＤＣコンバータの構成を示す図。
【図６】電圧Ｖｇｓの時間変化と、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す図。
【図７】電圧Ｖｇｓの時間変化と、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す図。
【図８】光電変換装置の構成を示す図。
【図９】ＤＣＤＣコンバータの構成を示す図。
【図１０】第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子の断面構造を示す図。
【図１１】光電変換装置の構成を示す図。
【図１２】電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
なお、本発明の一態様に係る光電変換装置は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの電力を入力電力とするＤＣＤＣコンバータとを少なくとも有する。さらに、本発明の一態様に係る光電変換装置は、上記構成に加えて、ＤＣＤＣコンバータからの出力電力により充電を行う二次電池、キャパシタなどの蓄電部を有していても良い。
【００１９】
また、単数または複数の光電変換装置（セル）を、光電変換装置の外部に電力を取り出すための端子に接続したものが光電変換モジュールまたは光電変換パネルに相当する。光電変換モジュールまたは光電変換パネルは、さらに、湿気、汚れ、紫外線、物理的な応力などからセルを保護するために、樹脂、強化ガラス、金属枠等の保護材で補強したものであってもよい。また、所望の電力が得られるように、複数の光電変換モジュールまたは光電変換パネルを直列または並列に接続したものが、光電変換アレイに相当する。本発明の光電変換装置は、光電変換モジュール、光電変換アレイも、その範疇に含める。
【００２０】
（実施の形態１）
図１に、本発明の一態様に係る光電変換装置の構成を、一例として示す。図１に示す光電変換装置は、第１の光電変換素子１０１ａと、第２の光電変換素子１０１ｂと、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する。
【００２１】
第１の光電変換素子１０１ａは、照射された光エネルギーから電力を生成し、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに与える。第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の光電変換素子１０１ａから入力電力が与えられると、その電圧を調整した後、出力電力として出力する。同様に、第２の光電変換素子１０１ｂは、照射された光エネルギーから電力を生成し、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに与える。第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、第２の光電変換素子１０１ｂから入力電力が与えられると、その電圧を調整した後、出力電力として出力する。
【００２２】
そして、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂは、光の進行方向において重なるように積層されている。また、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂは、第１の光電変換素子１０１ａを透過した光が第２の光電変換素子１０１ｂに入射するように、積層されている。
【００２３】
なお、本明細書において光電変換素子は、光照射により光起電力を得る少なくとも１つの光電変換層と、上記光電変換層から上記光起電力を取り出すための一対の電極（導電膜）とを有している。また、光電変換層は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合などを代表例とする半導体接合を単数有する半導体層であっても良いし、光を吸収する有機色素を用いて光起電力を得る色素増感タイプであっても良い。
【００２４】
また、一の光電変換素子が、直列に接続された複数の光電変換層を有していても良い。複数の光電変換層を直列に接続する場合、全ての光電変換層の順方向バイアスが揃うようにする。複数の各光電変換層は、異なる電圧電流特性を有していても良いし、ほぼ同じ電圧電流特性を有していても良い。直列に接続された複数の光電変換層を用いることで、光電変換素子は高い起電力を得ることができる。ただし、直列に接続された複数の光電変換層を用いて一の光電変換素子を形成する場合、短絡電流の最も小さい光電変換層により全ての光電変換層に流れる電流が決まる。よって、複数の光電変換層がほぼ同じ電圧電流特性を有している方が、最大の出力電力が得られる最大出力点で複数の各光電変換層を動作させ、より高い起電力を得ることができるので、望ましい。
【００２５】
また、光の進行方向において重なる複数の光電変換素子は、その少なくとも２つが、互いに異なる波長領域の光を吸収することが望ましい。異なる波長の光を吸収する複数の光電変換素子を重ねることで、紫外線から赤外線まで幅広い波長の光を含んでいる太陽光を、より高い変換効率で無駄なく電気エネルギーに変換することができる。
【００２６】
そして、本発明の一態様では、複数の光電変換素子のうち、一の光電変換素子が他の一の光電変換素子に比べて、室内光が得られる環境下において光電変換効率が高く、高い照度の環境下において光電変換効率が低い。具体的に、図１に示す光電変換装置では、低い照度の環境下において、第１の光電変換素子１０１ａの方が、第２の光電変換素子１０１ｂよりも、その光電変換効率が高い。逆に、高い照度の環境下において、第２の光電変換素子１０１ｂの方が、第１の光電変換素子１０１ａよりも、その光電変換効率が高い。
【００２７】
なお、室内光とは、人工光源によって得られる光を意味する。人工光源は、熱エネルギー、化学エネルギー、電気エネルギーなどを利用して、人工的に光を得る光源を意味する。具体的には、ガス灯などの燃焼光源と、白熱電球と、蛍光灯などの放電ランプと、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬなどのエレクトロルミネッセンス素子とが、人工光源の一例として挙げられる。また、室内光が得られる環境下では、照度が１００ルクス以上１０００ルクス以下であり、太陽光が得られる環境下では、照度が１００００ルクス以上１５００００ルクス以下程度となる。
【００２８】
第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂの組み合わせの一例として、例えば、非晶質シリコンを光電変換層に用いた非晶質光電変換素子を、第１の光電変換素子１０１ａとし、単結晶シリコンを光電変換層に用いた単結晶光電変換素子を、第２の光電変換素子１０１ｂとすると良い。或いは、非晶質光電変換素子を、第１の光電変換素子１０１ａとし、微結晶シリコンを光電変換層に用いた微結晶光電変換素子を、第２の光電変換素子１０１ｂとすると良い。
【００２９】
なお、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂの組み合わせは、上記構成に限定されない。本発明の一態様に係る光電変換装置では、上述したように、一の光電変換素子が他の一の光電変換素子に比べて、低い照度の環境下において光電変換効率が高く、高い照度の環境下において光電変換効率が低いという条件を満たしていれば良い。そして、照度による光電変換効率の違いは、例えば、光電変換層を構成する半導体の材料、結晶性などによってもたらされるので、上記条件を満たすように各光電変換素子の構成を決めればよい。
【００３０】
特に、光電変換層のうち、実際に光が吸収される光吸収層の結晶性は、光電変換素子の電圧電流特性に影響を与える。例えば、光吸収層が非晶質シリコンで構成されている光電変換素子と、光吸収層が単結晶シリコンで構成されている光電変換素子とでは、光の波長にもよるが、室内光が得られる低照度の環境下において、前者の方が後者に比べて光電変換効率が高い。また、太陽光が得られる高照度の環境下において、後者の方が前者に比べて光電変換効率が高い。
【００３１】
次いで、非晶質シリコンを光電変換層に用いた第１の光電変換素子と、単結晶シリコンを光電変換層に用いた第２の光電変換素子の、電圧電流特性の測定結果について述べる。
【００３２】
まず、測定に用いた第１の光電変換素子は、厚さ１．１ｍｍのソーダガラスの基板上に、膜厚１５０ｎｍの酸化珪素膜、及び、表面に凹凸を有する膜厚約６００ｎｍの酸化スズを用いた導電膜が順に積層された旭硝子社製の基板（商品名：Ａｓａｈｉ−Ｕ）を用いた。さらに、第１の光電変換素子は、上記基板上に、ｐ層、ｉ層、ｎ層、及び膜厚５０ｎｍとなるように形成したインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を含む導電膜が、順に積層された構造とした。そして、第１の光電変換素子への光の照射は、ＩＴＯを用いた導電膜側から行った。
【００３３】
第１の光電変換素子に用いられる、ｐ層、ｉ層、ｎ層の具体的な作製方法について述べる。ｐ層は、モノシランと、メチルシランと、水素と、ジボランの濃度が０．１ｍｏｌ％となるまで水素で希釈したガスとを、それぞれ４ｓｃｃｍ、０．７ｓｃｃｍ、５９０ｓｃｃｍ、１８ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力２００Ｐａ、基板温度２００℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚１０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。また、ｉ層は、モノシランと、水素とを、それぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力４０Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚４００ｎｍの非晶質シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。ｎ層は、モノシランと、水素と、ホスフィンの濃度が０．５ｍｏｌ％となるまで水素で希釈したガスとを、それぞれ５ｓｃｃｍ、９５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力１３３Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、膜厚１０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。
【００３４】
一方、測定に用いた第２の光電変換素子は、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）を用いて膜厚３００ｎｍとなるように形成した導電膜、ｐ層、（１１０）の面方位を有する厚さ７００μｍのｐ型の単結晶シリコン基板、ｉ層、ｎ層、及びインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いて膜厚７０ｎｍとなるように形成した導電膜が、順に積層された構造とした。そして、第２の光電変換素子への光の照射は、ＩＴＯを用いた導電膜側から行った。
【００３５】
第２の光電変換素子に用いられる、ｐ層、ｉ層、ｎ層の具体的な作製方法について述べる。ｐ層は、モノシランと、水素と、ジボランとを、それぞれ８ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力２００Ｐａ、基板温度２００℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚２０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。また、ｉ層は、モノシランと、水素とを、それぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力４０Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚２０ｎｍの非晶質シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。ｎ層は、モノシランと、水素と、ホスフィンの濃度が０．５ｍｏｌ％となるまで水素で希釈したガスとを、それぞれ５ｓｃｃｍ、９５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力１３３Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、膜厚２０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。
【００３６】
なお、第１の光電変換素子における光吸収層は、非晶質シリコンを用いたｉ層内に主に形成される。第２の光電変換素子における光吸収層は、ｐ型の単結晶シリコン基板内に主に形成される。
【００３７】
また、第１の光電変換素子の受光面の面積は１ｃｍ２であり、第２の光電変換素子の受光面の面積は９５ｃｍ２であった。
【００３８】
そして、電圧電流特性の測定に用いた光照射は、２条件で行った。第１の条件は、太陽光下における環境を再現した条件であり、ソーラーシミュレータにより発生させた基準太陽光を用い、太陽光スペクトルはＡＭ１．５、照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ２（１ｓｕｎ）とした。また、第２の条件は、室内光下における環境を再現した条件であり、照度５００ルクスの電球色の蛍光灯を用い、照射強度は０．０８５ｍＷ／ｃｍ２とした。
【００３９】
図２に、太陽光下を想定した第１の条件を用いた場合の、第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果を示す。図２において、実線２０１は、第１の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当し、実線２０２は、第２の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当する。
【００４０】
図２の実線２０１に示すように、第１の光電変換素子は、短絡電流密度が１５．１８ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧が０．８６８Ｖ、フィルファクターが０．５９１となった。よって、その光電変換効率は７．７９％であることがわかった。また、図２の実線２０２に示すように、第２の光電変換素子は、短絡電流密度が３８．４５ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧が０．５７３４Ｖ、フィルファクターが０．７９１９となった。よって、その光電変換効率は１７．４６％であることがわかった。
【００４１】
従って、太陽光下を想定した第１の条件を用いた場合、光吸収層が主に単結晶シリコンで構成される第２の光電変換素子の方が、光吸収層が主に非晶質シリコンで構成される第１の光電変換素子よりも、高い光電変換効率が得られた。
【００４２】
図３に、室内光下を想定した第２の条件を用いた場合の、第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果を示す。図３において、実線２０３は、第１の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当し、実線２０４は、第２の光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当する。
【００４３】
図３の実線２０３に示すように、第１の光電変換素子は、短絡電流密度が０．０４６ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧が０．６３９Ｖ、フィルファクターが０．７４８となった。よって、その光電変換効率は２５．６９％であることがわかった。また、図３の実線２０４に示すように、第２の光電変換素子は、短絡電流密度が０．０５９ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧が０．２４３Ｖ、フィルファクターが０．４４８となった。よって、その光電変換効率は７．５６％であることがわかった。
【００４４】
従って、室内光下を想定した第２の条件を用いた場合、光吸収層が主に非晶質シリコンで構成される第１の光電変換素子の方が、光吸収層が主に単結晶シリコンで構成される第２の光電変換素子よりも、高い光電変換効率が得られた。
【００４５】
なお、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂが有する光電変換層には、シリコンやゲルマニウム等の半導体を用いることができるが、本発明の一態様はこの構成に限定されない。例えば、第１の光電変換素子１０１ａ、第２の光電変換素子１０１ｂとして、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓなどを光電変換層に用いた、ＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系またはカルコパイライト系と呼ばれる光電変換素子を用いていても良い。或いは、光電変換層にＣｄ化合物を用いたＣｄＴｅ−ＣｄＳ系の光電変換素子を、第１の光電変換素子１０１ａ、第２の光電変換素子１０１ｂとして用いていても良い。色素増感光電変換素子、有機半導体光電変換素子のように、光電変換層に有機系材料を用いた有機系光電変換素子を、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂとして用いていても良い。
【００４６】
また、短い波長領域の光は、長い波長領域の光よりも高いエネルギーを有している。よって、複数の光電変換素子のうち、短い波長領域の光を利用して光電変換を行う光電変換素子を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができる。例えば、非晶質光電変換素子は、短い波長領域（０．４μｍ〜０．６μｍ）における光電変換効率が高く、単結晶光電変換素子は、長い波長領域（０．４μｍ〜０．９μｍ）において光電変換効率が高い。よって、非晶質光電変換素子を光が入射する側に近い第１の光電変換素子１０１ａとし、単結晶光電変換素子を光が入射する側から遠い第２の光電変換素子１０１ｂとすることで、光電変換装置全体の光電変換効率を高めることができるので、望ましい。
【００４７】
さらに、本発明の一態様に係る光電変換装置は、複数の各ＤＣＤＣコンバータが、スイッチング素子と、電圧変換部と、制御回路とを有する。具体的に、図１に示す光電変換装置の場合、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａが、第１のスイッチング素子１０３ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有する。また、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂが、第２のスイッチング素子１０３ｂと、第２の電圧変換部１０４ｂと、第２の制御回路１０５ｂとを有する。
【００４８】
以下、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成と動作について、図１を参照して説明する。
【００４９】
第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、第１の光電変換素子１０１ａから第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２に入力電力が与えられると、第１のスイッチング素子１０３ａが、入力端子ＩＮａ１に与えられる電圧（入力電圧）の、第１の電圧変換部１０４ａへの供給を制御する。具体的には、第１のスイッチング素子１０３ａがオンのときに第１の電圧変換部１０４ａに入力端子ＩＮａ１からハイレベルの入力電圧が供給され、オフのときにその供給が停止する。また、入力端子ＩＮａ２にはローレベルの入力電圧、具体的にはグラウンドなどの固定電圧が与えられる。よって、第１のスイッチング素子１０３ａのスイッチングに従って、ハイレベルの入力電圧と固定電圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有する信号が、第１の電圧変換部１０４ａに供給される。
【００５０】
第１の電圧変換部１０４ａは、コイル、コンデンサ、ダイオードのいずれか一つまたは複数を有している。第１の電圧変換部１０４ａは、パルス状の信号が供給されると、上記信号の電圧を平滑化或いは保持することで、所定の出力電圧を有する出力電力を生成する。
【００５１】
第１の制御回路１０５ａは、パルス状の電圧波形を有する制御信号を生成し、第１のスイッチング素子１０３ａのゲート電極に与える。第１のスイッチング素子１０３ａは、ゲート電極とソース端子間の電圧Ｖｇｓによって、その動作が制御される。よって、制御信号の電圧がそのゲート電極に与えられた場合、ゲート電極とソース端子間の電圧Ｖｇｓが、制御信号の有するパルス状の電圧波形に従って変化するため、第１のスイッチング素子１０３ａはオンとオフを繰り返してスイッチングを行う。上記スイッチングにおける、オンとオフの時間の比率であるデューティ比は、制御信号の電圧に従って定まる。
【００５２】
なお、上述したように、第１のスイッチング素子１０３ａは、入力電圧の第１の電圧変換部１０４ａへの供給を制御している。よって、上記スイッチングのデューティ比が変化すると、第１の電圧変換部１０４ａに供給されるパルス状の電圧波形を有する信号のデューティ比も連動して変化し、結果、第１の電圧変換部１０４ａから出力される出力電圧の値が変化する。具体的に、第１の電圧変換部１０４ａに供給される信号は入力電圧と固定電圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有している。そして、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期間の割合が大きいほど、出力電圧と固定電圧の差は大きくなる。逆に、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期間の割合が小さいほど、出力電圧と固定電圧の差は小さくなる。すなわち、第１の電圧変換部１０４ａの出力電圧は、第１のスイッチング素子１０３ａにおけるスイッチングのデューティ比に見合った大きさとなる。
【００５３】
同様に、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成と動作について説明する。
【００５４】
第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様に、第２の光電変換素子１０１ｂから第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの入力端子ＩＮｂ１と入力端子ＩＮｂ２に入力電力が与えられると、第２のスイッチング素子１０３ｂが、入力端子ＩＮｂ１に与えられる電圧（入力電圧）の、第２の電圧変換部１０４ｂへの供給を制御する。そして、第２のスイッチング素子１０３ｂがオンのときに第２の電圧変換部１０４ｂに入力端子ＩＮｂ１からハイレベルの入力電圧が供給され、オフのときにその供給が停止する。また、入力端子ＩＮｂ２にはローレベルの入力電圧、具体的にはグラウンドなどの固定電圧が与えられる。よって、第２のスイッチング素子１０３ｂのスイッチングに従って、ハイレベルの入力電圧と固定電圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有する信号が、第２の電圧変換部１０４ｂに供給される。
【００５５】
第２の電圧変換部１０４ｂは、第１の電圧変換部１０４ａと同様の構成を有しており、パルス状の信号が供給されると、上記信号の電圧を平滑化或いは保持することで、所定の出力電圧を有する出力電力を生成する。
【００５６】
そして、第２の制御回路１０５ｂは、第１の制御回路１０５ａと同様に、パルス状の電圧波形を有する制御信号を生成し、第２のスイッチング素子１０３ｂのゲート電極に与える。第２のスイッチング素子１０３ｂは、第１のスイッチング素子１０３ａと同様に、上記制御信号に従ってオンとオフを繰り返してスイッチングを行う。
【００５７】
よって、第２の電圧変換部１０４ｂに供給される信号は、入力電圧と固定電圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有している。そして、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期間の割合が大きいほど、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧と固定電圧の差は大きくなる。逆に、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期間の割合が小さいほど、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧と固定電圧の差は小さくなる。すなわち、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧は、第２のスイッチング素子１０３ｂにおけるスイッチングのデューティ比に見合った大きさとなる。
【００５８】
なお、図１では、第１のスイッチング素子１０３ａを、入力端子ＩＮａ１と第１の電圧変換部１０４ａの間に設けており、第２のスイッチング素子１０３ｂを、入力端子ＩＮｂ１と第２の電圧変換部１０４ｂの間に設けているが、本発明の一態様に係る光電変換装置は、この構成に限定されない。第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａにおいて第１のスイッチング素子１０３ａを設ける位置については、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの回路構成により異なる。また、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂにおいて第２のスイッチング素子１０３ｂを設ける位置については、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの回路構成により異なる。
【００５９】
そして、本発明の一態様では、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに与えられる入力電力の一部が、第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂに与えられる。第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂは、上記入力電力の一部を駆動電力として用い、動作を行う。
【００６０】
第１の光電変換素子１０１ａは、室内光が得られる低照度の環境下であっても、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの駆動電力を賄う程度の電力を生成することができる。よって、上記構成により、室内光が得られる低照度の環境下であっても、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの駆動が可能となるため、広い照度範囲において光電変換装置の動作の信頼性を確保できる。また、第２の光電変換素子１０１ｂは、太陽光が得られる高照度の環境下において、第１の光電変換素子１０１ａよりも高い電力を生成することができる。よって、光電変換装置の光電変換効率を高めることができる。
【００６１】
図４に、第１の制御回路１０５ａの構成を一例として示す。なお、第２の制御回路１０５ｂは、第１の制御回路１０５ａと同様の構成を有している。よって、第２の制御回路１０５ｂの構成については、以下の第１の制御回路１０５ａの構成についての説明を参照することができる。
【００６２】
図４に示す第１の制御回路１０５ａは、抵抗１２０、抵抗１２１、誤差増幅器１２２、位相補償回路１２３、コンパレータ１２４、三角波発振器１２５、バッファ１２６を有している。第１の光電変換素子１０１ａから出力される電力の一部は、第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂが有する、動作に電力を要する回路、具体的には、誤差増幅器１２２、位相補償回路１２３、コンパレータ１２４、三角波発振器１２５、バッファ１２６などに供給される。
【００６３】
第１の制御回路１０５ａにおいて、抵抗１２０と抵抗１２１は直列に接続されており、抵抗１２０の一方の端子には、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子ＯＵＴａ１からの出力電圧が与えられている。また、抵抗１２１の一方の端子には、グラウンドなどの固定の電圧が与えられている。そして、抵抗１２０の他方の端子と、抵抗１２１の他方の端子とが接続されているノードが、誤差増幅器１２２の反転入力端子（−）に接続されている。よって、出力電圧は、抵抗１２０と抵抗１２１によって抵抗分割され、誤差増幅器１２２の反転入力端子（−）に与えられる。
【００６４】
誤差増幅器１２２の非反転入力端子（＋）には参照電圧Ｖｒｅｆが与えられている。誤差増幅器１２２は、反転入力端子（−）に与えられた電圧と、参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その誤差を増幅させた電圧を有する信号を、誤差増幅器１２２の出力端子から出力する。
【００６５】
誤差増幅器１２２から出力された信号の電圧は、位相補償回路１２３に与えられる。位相補償回路１２３は、誤差増幅器１２２から出力された信号の電圧の位相を調整してから出力する。なお、第１の制御回路１０５ａは必ずしも位相補償回路１２３を有していなくとも良い。ただし、位相補償回路１２３による電圧の位相の調整により、誤差増幅器１２２またはコンパレータ１２４などのアンプの出力電圧が発振するのを防ぎ、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの動作を安定化させることができる。
【００６６】
位相補償回路１２３から出力された信号の電圧は、コンパレータ１２４の非反転入力端子（＋）に与えられる。また、コンパレータ１２４の反転入力端子（−）には、三角波発振器１２５から出力される三角波、或いはノコギリ波の電圧波形を有する信号が与えられる。よって、コンパレータ１２４からは、周期が一定であり、なおかつパルス幅が非反転入力端子（＋）に与えられる電圧の大きさに従って変化する、矩形波の電圧波形を有する制御信号が出力される。コンパレータ１２４から出力された制御信号は、バッファ１２６を介して第１の制御回路１０５ａから出力される。そして、第１の制御回路１０５ａから出力された制御信号は、第１のスイッチング素子１０３ａに入力される。
【００６７】
なお、図４では、パルス幅制御（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）の制御信号を生成する場合の、第１の制御回路１０５ａの構成を例示している。しかし、本発明の一態様に係る光電変換装置では、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂが、パルス周波数制御（ＰＦＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）の制御信号を用いて動作していても良い。
【００６８】
なお、図１に示す光電変換装置は、第１の光電変換素子１０１ａ及び第１の光電変換素子１０１ａ用の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、第２の光電変換素子１０１ｂ及び第２の光電変換素子１０１ｂ用の第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する場合を例示している。しかし、本発明の一態様では、光電変換素子とＤＣＤＣコンバータの組み合わせが２つの場合に限定されない。例えば、光電変換素子とＤＣＤＣコンバータの組み合わせが、３つ以上光電変換装置に用いられていても良い。
【００６９】
また、図１に示す光電変換装置は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが並列に接続されている。すなわち、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴｂ１とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴｂ１の電圧が、出力電圧として、光電変換装置の出力端子ＯＵＴ１に与えられる。また、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ２とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が、出力電圧として、光電変換装置の出力端子ＯＵＴ２に与えられる。
【００７０】
図１に示す光電変換装置のように、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が並列に接続されている場合、出力端子ＯＵＴａ１と出力端子ＯＵＴｂ１が必ず同電位となるので、光電変換装置の出力電圧の値が変動しにくく、安定した出力電圧を得ることができる。
【００７１】
なお、本発明の一態様に係る光電変換装置は、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が直列に接続されていても良い。図８に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが並列に接続されている場合の、光電変換装置の構成を示す。図８に示す光電変換装置は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴａ２と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子ＯＵＴｂ１及び出力端子ＯＵＴｂ２の接続構成のみが、図１に示す光電変換装置と異なっている。
【００７２】
具体的に、図８に示す光電変換装置では、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ１とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ１の電圧が、出力電圧として光電変換装置の出力端子ＯＵＴ１に与えられる。また、出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が、出力電圧として、光電変換装置の出力端子ＯＵＴ２に与えられる。
【００７３】
図８に示す光電変換装置のように、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が直列に接続されている場合、複数の各ＤＣＤＣコンバータの出力電圧を加算した電圧が、光電変換装置の出力電圧として得られる。すなわち、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２の間の電圧が、出力端子ＯＵＴａ１と出力端子ＯＵＴａ２の間の電圧に、出力端子ＯＵＴｂ１と出力端子ＯＵＴｂ２の間の電圧を加算した値に相当する。
【００７４】
なお、複数のＤＣＤＣコンバータが有する出力端子の接続構成は、図１と図８に示した構成に限定されず、実施者が自由に設計することが可能である。
【００７５】
次いで、第１の電圧変換部１０４ａと、第２の電圧変換部１０４ｂの具体的な構成について説明する。
【００７６】
図５（Ａ）に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一例として示す。なお、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様の構成を有している。よって、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成については、以下の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成についての説明を参照することができる。
【００７７】
また、本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
【００７８】
また、回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極としても機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
【００７９】
また、トランジスタが有するソース端子とドレイン端子は、トランジスタの極性及び各電極に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソース端子と呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレイン端子と呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレイン端子と呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソース端子と呼ばれる。以下、ソース端子とドレイン端子のいずれか一方を第１端子、他方を第２端子とし、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成について説明する。
【００８０】
また、トランジスタのソース端子とは、活性層の一部であるソース領域、或いは活性層に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレイン端子とは、活性層の一部であるドレイン領域、或いは活性層に接続されたドレイン電極を意味する。
【００８１】
図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧に対して小さい出力電圧が得られる降圧型である。図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有している。
【００８２】
また、図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴａ２とを有している。
【００８３】
そして、図５（Ａ）に示す第１の電圧変換部１０４ａは、ダイオード１１０、コイル１１１、コンデンサ１１２を有している。トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ１とダイオード１１０が有する陰極の間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、その第１端子が入力端子ＩＮａ１に接続されており、その第２端子がダイオード１１０の陰極に接続されている。コイル１１１が有する一対の端子は、一方がダイオード１１０の陰極に接続され、他方が第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。入力端子ＩＮａ２は、ダイオード１１０の陽極と出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。そして、コンデンサ１１２が有する一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続され、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。
【００８４】
図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、トランジスタ１０６ａがオンになると、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１との間に電位差が生じるので、コイル１１１に電流が流れる。コイル１１１は、上記電流が流れることで磁化すると共に、自己誘導により電流の流れとは逆向きの起電力が生じる。そのため、出力端子ＯＵＴａ１には、入力端子ＩＮａ１に与えられる入力電圧を降圧することで得られる電圧が与えられる。すなわち、コンデンサ１１２が有する一対の電極間には、入力端子ＩＮａ２から与えられる固定電圧と、入力電圧を降圧することで得られる電圧との差分に相当する電圧が、与えられる。
【００８５】
次いで、トランジスタ１０６ａがオフになると、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１の間に形成されていた電流の経路が遮断される。コイル１１１では、上記電流の変化を妨げる方向、すなわち、トランジスタ１０６ａがオンのときに生じた起電力とは逆の方向の起電力が生じる。そのため、コイル１１１を流れる電流は、上記起電力によって生じた電圧により、維持される。すなわち、トランジスタ１０６ａがオフのときには、入力端子ＩＮａ２または出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴａ１の間に、コイル１１１とダイオード１１０を介した電流の経路が形成される。よって、コンデンサ１１２が有する一対の電極間に与えられている電圧は、ある程度保持される。
【００８６】
なお、コンデンサ１１２に保持されている電圧は、出力端子ＯＵＴａ１から出力される出力電圧に相当する。上記動作において、トランジスタ１０６ａがオンである期間の比率が高いほど、コンデンサ１１２に保持される電圧は固定電圧と入力電圧の差分に近くなる。よって、入力電圧により近い大きさの出力電圧が得られるように、降圧することができる。逆に、トランジスタ１０６ａがオフである期間の比率が高いほど、コンデンサ１１２に保持される電圧は固定電圧との差分が小さくなる。よって、固定電圧により近い大きさの出力電圧が得られるように、降圧することができる。
【００８７】
また、第１の電圧変換部１０４ａと、第２の電圧変換部１０４ｂの別の具体的な構成について説明する。
【００８８】
図５（Ｂ）に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一例として示す。図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧に対して大きい出力電圧が得られる昇圧型である。図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有している。
【００８９】
また、図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴａ２とを有している。
【００９０】
そして、図５（Ｂ）に示す第１の電圧変換部１０４ａは、ダイオード１１０、コイル１１１、コンデンサ１１２を有している。コイル１１１が有する一対の端子は、一方が入力端子ＩＮａ１に接続され、他方がダイオード１１０の陽極に接続されている。トランジスタ１０６ａは、上記コイル１１１とダイオード１１０の間のノードと、入力端子ＩＮａ２または出力端子ＯＵＴａ２との間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、その第１端子がコイル１１１とダイオード１１０間のノードに接続されており、その第２端子が入力端子ＩＮａ２または出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。また、ダイオード１１０の陰極は出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有する一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続され、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。
【００９１】
図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、トランジスタ１０６ａがオンになると、入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２の間に生じる電位差により、コイル１１１に電流が流れる。コイル１１１は、上記電流が流れることで磁化する。なお、コイル１１１は、自己誘導により電流の流れとは逆向きの起電力が生じるため、上記電流は徐々に上昇する。
【００９２】
次いで、トランジスタ１０６ａがオフになると、入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２の間に形成されていた電流の経路が遮断される。コイル１１１では、上記電流の変化を妨げる方向、すなわち、トランジスタ１０６ａがオンのときに生じた起電力とは逆の方向の起電力が生じる。そのため、コイル１１１が有する一対の端子間には、トランジスタ１０６ａがオンのときにコイル１１１に流れていた電流の高さに準じた大きさの電圧が生じる。そして、コイル１１１を流れる電流は、端子間に生じた電圧によって維持される。すなわち、トランジスタ１０６ａがオフのときには、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１の間に、コイル１１１とダイオード１１０を介した電流の経路が形成される。このとき、出力端子ＯＵＴａ１には、入力端子ＩＮａ１に与えられている入力電圧に、コイル１１１の端子間に生じた電圧が加算された電圧が与えられ、この電圧が出力電圧として第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａから出力される。上記出力端子ＯＵＴａ１の電圧と、固定電圧との差分に相当する電圧は、コンデンサ１１２の電極間において保持される。
【００９３】
上記動作において、トランジスタ１０６ａがオンである期間の比率が高いと、トランジスタ１０６ａがオフになる直前においてコイル１１１に流れる電流が高くなる。そのため、トランジスタ１０６ａがオフになったときにコイル１１１の端子間に生じる電圧が大きくなるので、出力電圧と入力電圧の差が大きくなるように昇圧することができる。逆に、トランジスタ１０６ａがオフである期間の比率が高いほど、トランジスタ１０６ａがオフになる直前においてコイル１１１に流れる電流は低くなる。そのため、トランジスタ１０６ａがオフになったときにコイル１１１の端子間に生じる電圧が小さくなるので、出力電圧と入力電圧の差が小さくなるように昇圧することができる。
【００９４】
次いで、図６（Ａ）に、パルス幅制御を用いた場合の、第１のスイッチング素子１０３ａまたは第２のスイッチング素子１０３ｂとして機能するトランジスタの、ゲート電圧Ｖｇｓの時間変化を一例として示す。図６（Ａ）では、ゲート電圧Ｖｇｓはパルス状の電圧波形を有しており、なおかつ、そのパルス幅Ｔｏｎを時間の経過に伴い大きくしている場合を示している。パルス幅制御の場合、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐが一定に保たれており、パルス幅Ｔｏｎが可変となる。
【００９５】
図６（Ｂ）に、図６（Ａ）に示したゲート電圧Ｖｇｓに従ってトランジスタをスイッチングさせたときに、得られる出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す。図６（Ｂ）に示すように、パルス幅Ｔｏｎを大きくするに伴い、大きい出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００９６】
また、図７（Ａ）に、パルス周波数制御を用いた場合の、トランジスタのゲート電圧Ｖｇｓの時間変化を一例として示す。図７（Ａ）では、ゲート電圧Ｖｇｓにパルス状の電圧が印加されており、なおかつ、そのパルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐを時間の経過に伴い小さくしている場合を示している。パルス周波数制御の場合、パルス幅Ｔｏｎが一定に保たれており、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐが可変となる。
【００９７】
図７（Ｂ）に、図７（Ａ）に示したゲート電圧Ｖｇｓに従ってトランジスタをスイッチングさせたときに、得られる出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す。図７（Ｂ）に示すように、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐを時間の経過に従って小さくするに伴い、大きい出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００９８】
なお、本発明の一態様では、パルス幅制御とパルス周波数制御とを組み合わせて、トランジスタのスイッチングによる出力電圧の調整を行っても良い。例えば、出力電圧が小さい場合は、パルス周波数制御を用いた方がトランジスタのスイッチングの周波数を低く抑えることができ、トランジスタのスイッチングによる電力損失を小さく抑えることができる。逆に、出力電圧が大きい場合は、パルス幅制御を用いた方がトランジスタのスイッチングの周波数を低く抑えることができ、トランジスタのスイッチングによる電力損失を小さく抑えることができる。よって、出力電圧の大きさに合わせて、パルス幅制御とパルス周波数制御を切り替えることで、電力変換効率の向上を図ることができる。
【００９９】
なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、スイッチング素子を一のトランジスタで構成する場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様では、複数のトランジスタで一のスイッチング素子を構成していても良い。一のスイッチング素子を複数のトランジスタで構成している場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良いし、直列と並列が組み合わされて接続されていても良い。
【０１００】
なお、本明細書において、トランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第１のトランジスタの第１端子と第２端子のいずれか一方のみが、第２のトランジスタの第１端子と第２端子のいずれか一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されている状態とは、第１のトランジスタの第１端子が第２のトランジスタの第１端子に接続され、第１のトランジスタの第２端子が第２のトランジスタの第２端子に接続されている状態を意味する。
【０１０１】
（実施の形態２）
本発明の一態様にかかる光電変換装置は、少なくとも二つの光電変換素子を有する。図１０に、光の進行方向において重なる第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子の断面構造を一例として示す。本実施の形態では、図１０を用いて、本発明の一態様に係る光電変換装置の構成について説明する。
【０１０２】
図１０（Ａ）は、第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子が、薄膜の半導体層を用いて形成された光電変換層を有している場合を例示している。具体的に、図１０（Ａ）に示す光電変換装置は、基板５０１と、基板５０１に支持されている第１の光電変換素子５０２と、基板５０３と、基板５０３に支持されている第２の光電変換素子５０４と、第１の光電変換素子５０２及び第２の光電変換素子５０４を固着させる接着層５０５とを有する。
【０１０３】
また、図１０（Ａ）に示す第１の光電変換素子５０２は、光電変換層５０６と、光電変換層５０６を間に挟む導電膜５０７及び導電膜５０８とを有する。導電膜５０７と導電膜５０８とでは、導電膜５０７の方が基板５０１に近いものとする。また、第２の光電変換素子５０４は、光電変換層５０９と、光電変換層５０９を間に挟む導電膜５１０及び導電膜５１１とを有する。導電膜５１０と導電膜５１１とでは、導電膜５１０の方が基板５０３に近いものとする。なお、図１０（Ａ）では、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４が、それぞれ単数の光電変換層を有している場合を例示しているが、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４は、積層された複数の光電変換層を有していても良い。
【０１０４】
そして、図１０（Ａ）では、光電変換層５０６がｐ層５１２と、ｉ層５１３と、ｎ層５１４とを有する。ｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４が、導電膜５０７側から順に積層されることで、ｐｉｎ接合が形成されている。また、図１０（Ａ）では、光電変換層５０９がｎ層５１５と、ｉ層５１６と、ｐ層５１７とを有する。ｎ層５１５、ｉ層５１６、ｐ層５１７が導電膜５１０側から順に積層されることで、ｐｉｎ接合が形成されている。
【０１０５】
なおｐ層は、ｐ型の導電性を有する半導体層のことであり、ｉ層は、ｉ型の導電性を有する半導体層のことであり、ｎ層は、ｎ型の導電性を有する半導体層のことを意味する。
【０１０６】
また、図１０（Ａ）では、光電変換層５０６及び光電変換層５０９がｐｉｎ接合を有する場合を例示しているが、光電変換層５０６及び光電変換層５０９はｐｎ接合を有していても良い。
【０１０７】
そして、第１の光電変換素子５０２が有する光電変換層５０６と、第２の光電変換素子５０４が有する光電変換層５０９とは、矢印で示す光の進行方向において重なるように、順に配置されている。すなわち、図１０（Ａ）に示す光電変換装置は、光電変換層５０６と、光電変換層５０９のみに着目すると、光が入射する基板５０１側から順に、ｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４、ｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５が積層された構造を有している。
【０１０８】
なお、図１０（Ａ）では、光を基板５０１側から入射させているが、逆に基板５０３側から光を入射させても良い。ただし、この場合、ｐ層５１２をｎ層５１４よりも、光の入射する側に近くなるよう配置することが望ましい。また、ｐ層５１７をｎ層５１５よりも、光の入射する側に近くなるよう配置することが望ましい。なぜならば、ホールのキャリアとしての寿命は、電子のキャリアとしての寿命の約半分と短い。ｐｉｎ接合を有する光電変換層に光が照射されると、ｉ層内において多量の電子とホールが形成され、電子はｎ層側へ、ホールはｐ層側へ移動し、起電力を得ることができる。光の照射をｐ層側から行うと、電子とホールの形成が、ｉ層内のｎ層よりもｐ層に近い側において多く行われる。そのため、寿命が短いホールがｐ層へ移動する距離を、短くすることができ、その結果、高い起電力を得ることができる。
【０１０９】
また、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４と、光電変換層５０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５は、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体などの結晶性を有する半導体を用いていても良いし、非晶質半導体を用いていても良い。また、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４と、光電変換層５０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、炭化シリコンなどを用いることができる。ただし、本発明の一態様では、第１の光電変換素子５０２の方が、第２の光電変換素子５０４に比べて、低い照度の環境下において光電変換効率が高く、第２の光電変換素子５０４の方が、第１の光電変換素子５０２に比べて、高い照度の環境下において光電変換効率が高いという条件を満たすようにする。照度による光電変換効率の違いは、例えば、光電変換層を構成する半導体の材料、結晶性などによってもたらされるので、上記条件を満たすように光電変換層５０６と光電変換層５０９の構成を決めればよい。
【０１１０】
また、光が入射する側の層は、光の吸収係数の小さい材料を用いることが望ましい。例えば、炭化シリコンはシリコン単体に比べて光の吸収係数が小さい。よって、ｐ層またはｎ層のうち、光の入射側により近い層に炭化シリコンを用いることで、ｉ層に届く光の入射光量を高くすることができ、結果、光電変換素子の起電力を高めることができる。
【０１１１】
図１０（Ａ）では、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４を非晶質シリコンで形成し、光電変換層５０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５を微結晶シリコンで形成する。
【０１１２】
なお、微結晶半導体とは、非晶質と結晶質（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体である。微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体である。例示的には、結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である半導体を含む層である。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンのラマンスペクトルは、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１と非晶質シリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、またはネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。このような微結晶半導体は格子歪みを有し、該格子歪みにより光学特性が、単結晶シリコンの間接遷移型から直接遷移型に変化する。少なくとも１０％の格子歪みがあれば、光学特性が直接遷移型に変化する。なお、歪みが局部的に存在することにより、直接遷移と間接遷移の混在した光学特性を呈することもできる。
【０１１３】
また、短波長の光は、長波長の光よりも高いエネルギーを有している。よって、図１０（Ａ）に示した光電変換装置において、第１の光電変換素子５０２の光電変換層５０６を非晶質シリコンで形成し、第２の光電変換素子５０４の光電変換層５０９を微結晶シリコンで形成した場合、第１の光電変換素子５０２の方が第２の光電変換素子５０４よりも、短い波長領域の光を利用して光電変換を行うことになる。よって、第１の光電変換素子５０２を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができる。
【０１１４】
なお、ｉ層に用いる半導体は、例えば、ｐ型若しくはｎ型を付与する不純物元素が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、酸素及び窒素が９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上とする。ｉ層には、硼素が１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加されていてもよい。ｉ層は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないと、弱いｎ型の電気伝導性を示すことがある。この現象は、ｉ層を非晶質半導体で形成する場合において、顕著に現れる。よって、ｐｉｎ接合を有する光電変換層を形成する場合には、ｐ型を付与する不純物元素を成膜と同時に、或いは成膜後に、ｉ層に添加すると良い。ｐ型を付与する不純物元素としては、代表的には硼素であり、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３などの不純物気体を１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの割合で半導体材料ガスに混入させると良い。そして硼素の濃度を、例えば１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすると良い。
【０１１５】
或いは、ｐ層を形成した後にｉ層を形成することで、ｐ層中に含まれているｐ型を付与する不純物元素を、ｉ層中に拡散させることができる。上記構成により、意図的にｐ型を付与する不純物元素をｉ層に添加しなくても、ｉ層の価電子制御を行うことができる。
【０１１６】
基板５０１、基板５０３は、少なくとも一方が透光性を有する基板であればよい。図１０（Ａ）では、基板５０１側から光が入射する場合を例示しているので、少なくとも基板５０１が透光性を有するものとする。具体的に、基板５０１、基板５０３は、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス基板を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板などを用いることができる。また、絶縁膜がその表面に形成されたステンレスなどの金属基板は、透光性が低いので、基板５０３として用いることができる。セラミック基板は、透光性が高い基板と低い基板とがあり、透光性が高いセラミック基板は基板５０１と基板５０３の両方に用いることができ、透光性が低いセラミック基板は基板５０３に用いることができる。
【０１１７】
プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１１８】
なお、基板５０１、基板５０３の光入射面には、反射防止膜が設けられていても良い。例えば、酸化チタン又は、銅、マンガン、ニッケル、コバルト、鉄、亜鉛から選択される少なくとも一種の金属元素が添加された酸化チタン膜を、反射防止膜として用いることができる。
【０１１９】
また、基板５０１側から光電変換装置に光が入射すると仮定するならば、第１の光電変換素子５０２が有する導電膜５０７及び導電膜５０８と、第２の光電変換素子５０４が有する導電膜５１１には、透光性を有する導電材料、具体的には酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（ＩＴＳＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などを用いることができる。そして、第２の光電変換素子５０４が有する導電膜５１０には、光を反射しやすい導電材料、具体的にはアルミニウム、銀、チタン、タンタルなどを用いる。或いは、導電膜５１０に上述したような透光性を有する導電材料を用いていても良いが、この場合、第２の光電変換素子５０４を透過した光が反射する反射膜を、基板５０３の第２の光電変換素子５０４とは反対側の面上に形成することが望ましい。反射膜には、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いることが望ましい。
【０１２０】
光を反射しやすい導電材料を用いて導電膜５１０を形成する場合、光電変換層５０９と接する側の表面に凹凸を形成すると、導電膜５１０の表面において光が乱反射するため、光電変換層５０９において光の吸収率を高め、光電変換効率を高めることができる。同様に、反射膜を形成する場合、導電膜５１０のうち、反射膜の光が入射する側の面に凹凸を形成することで、光電変換効率を高めることができる。
【０１２１】
なお、透光性を有する導電材料としては、酸化インジウムなどの酸化物金属に代えて、導電性高分子材料（導電性ポリマーともいう）を用いることができる。導電性高分子材料としては、π電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン及び又はその誘導体、ポリピロール及び又はその誘導体、ポリチオフェン及び又はその誘導体、アリニン、ピロール及びチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０１２２】
また、接着層５０５は透光性を有しており、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４の間において光を透過させることができる材料を用いる。例えば、接着層５０５として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、またはシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。或いは、接着層５０５として、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、接着層５０５として、上記熱可塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂の複数を用いてもよい。上記有機樹脂を用いることで、熱処理により第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４を固着することが可能である。
【０１２３】
なお、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４は、直列に接続された複数の光電変換素子でそれぞれ構成されていても良い。図１０（Ｂ）に、第１の光電変換素子が、直列に接続された複数の光電変換素子で構成されている場合を例示する。なおかつ、図１０（Ｂ）では、第１の光電変換素子が薄膜の半導体層を用いて形成された光電変換層を有しており、第２の光電変換素子が、単結晶の半導体基板を用いて形成されている場合を例示している。
【０１２４】
具体的に、図１０（Ｂ）に示す光電変換装置は、基板５２１と、基板５２１に支持されている第１の光電変換素子５２２と、ｐ型の単結晶半導体基板５２３と、ｐ型の単結晶半導体基板５２３を用いて形成されている第２の光電変換素子５２４と、第１の光電変換素子５２２及び第２の光電変換素子５２４を固着させる接着層５２５とを有する。
【０１２５】
また、図１０（Ｂ）に示す第１の光電変換素子５２２は、複数の光電変換層５２６と、各光電変換層５２６を間に挟む複数の導電膜５２７及び導電膜５２８とを有する。導電膜５２７と導電膜５２８とでは、導電膜５２７の方が基板５２１に近いものとする。導電膜５２７と導電膜５２８により、基板５２１に並置された複数の光電変換層５２６が、直列に接続される。すなわち、第１の光電変換素子５２２は、光電変換層５２６と、導電膜５２７及び導電膜５２８とで構成される光電変換素子が、複数直列に接続された構成を有する。
【０１２６】
また、第２の光電変換素子５２４は、光電変換層５２９と、光電変換層５２９を間に挟む導電膜５３０及び導電膜５３１とを有する。なお、図１０（Ｂ）では、第２の光電変換素子５２４が単数の光電変換層を有している場合を例示しているが、第２の光電変換素子５２４は積層された複数の光電変換層を有していても良い。
【０１２７】
そして、図１０（Ｂ）では、複数の光電変換層５２６がｐ層５３２と、ｉ層５３３と、ｎ層５３４とをそれぞれ有する。ｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４が、導電膜５２７側から順に積層されることで、ｐｉｎ接合が形成されている。また、図１０（Ｂ）では、光電変換層５２９がｐ層５３５と、ｐ型の単結晶半導体基板５２３と、ｎ層５３７とを有する。ｐ層５３５、ｐ型の単結晶半導体基板５２３、ｎ層５３７が導電膜５３０側から順に積層されることで、ｐｎ接合が形成されている。
【０１２８】
また、図１０（Ｂ）では、光電変換層５２６がｐｉｎ接合を有し、光電変換層５２９がｐｎ接合を有する場合を例示しているが、光電変換層５２６がｐｎ接合を有する、或いは光電変換層５２９がｐｉｎ接合を有していても良い。
【０１２９】
そして、図１０（Ａ）と同様に、第１の光電変換素子５２２が有する光電変換層５２６と、第２の光電変換素子５２４が有する光電変換層５２９とは、矢印で示す光の進行方向において重なるように、順に配置されている。
【０１３０】
また、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４は、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体などの結晶性を有する半導体を用いていても良いし、非晶質半導体を用いていても良い。また、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４と、光電変換層５２９が有するｎ層５３７、ｐ型の単結晶半導体基板５２３、ｐ層５３５は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、炭化シリコンなどを用いることができる。ただし、本発明の一態様では、第１の光電変換素子５２２の方が、第２の光電変換素子５２４に比べて、低い照度の環境下において光電変換効率が高く、第２の光電変換素子５２４の方が、第１の光電変換素子５２２に比べて、高い照度の環境下において光電変換効率が高いという条件を満たすようにする。照度による光電変換効率の違いは、例えば、光電変換層を構成する半導体の材料、結晶性などによってもたらされるので、上記条件を満たすように光電変換層５２６と光電変換層５２９の構成を決めればよい。
【０１３１】
図１０（Ｂ）では、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４を非晶質シリコンで形成する。光電変換層５２９が有するｎ層５３７、ｐ層５３５を、単結晶シリコンで形成する。
【０１３２】
また、短波長の光は、長波長の光よりも高いエネルギーを有している。よって、図１０（Ｂ）に示した光電変換装置において、第１の光電変換素子５２２の光電変換層５２６を非晶質シリコンで形成し、第２の光電変換素子５２４の光電変換層５２９を単結晶シリコンで形成した場合、第１の光電変換素子５２２の方が第２の光電変換素子５２４よりも、短い波長領域の光を利用して光電変換を行うことになる。よって、第１の光電変換素子５２２を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができる。
【０１３３】
基板５２１は、透光性を有する基板であればよく、図１０（Ａ）の基板５０１と同様の基板を用いることができる。
【０１３４】
また、基板５２１側から光電変換装置に光が入射すると仮定するならば、第１の光電変換素子５２２が有する導電膜５２７及び導電膜５２８と、第２の光電変換素子５２４が有する導電膜５３１には、上述したような透光性を有する導電材料を用いることができる。そして、第２の光電変換素子５２４が有する導電膜５３０には、上述したような、光を反射しやすい導電材料を用いることができる。或いは、導電膜５３０に上述したような透光性を有する導電材料を用いていても良いが、この場合、第２の光電変換素子５２４を透過した光が反射する反射膜を、導電膜５３０のｐ層５３５とは反対側の面上に形成することが望ましい。反射膜には、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いることが望ましい。
【０１３５】
光を反射しやすい導電材料を用いて導電膜５３０を形成する場合、光電変換層５２９と接する側の導電膜５３０の面に凹凸を形成すると、当該面において光が乱反射するため、光電変換層５２９において光の吸収率を高め、光電変換効率を高めることができる。同様に、反射膜を形成する場合、導電膜５３０のうち、反射膜の光が入射する側の面に凹凸を形成することで、光電変換効率を高めることができる。
【０１３６】
また、接着層５２５は透光性を有しており、第１の光電変換素子５２２と第２の光電変換素子５２４の間において光を透過させることができる材料を用いる。接着層５２５として、接着層５０５と同様の材料を用いることができる。
【０１３７】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１３８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図５に示したＤＣＤＣコンバータとは、電圧変換部の構成が異なる、ＤＣＤＣコンバータの一形態について説明する。なお、本実施の形態では、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａが有する第１の電圧変換部１０４ａの構成について説明する。第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様の構成を有しているので、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成については、以下の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成についての説明を参照することができる。
【０１３９】
図９（Ａ）に、フライバック式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一例として示す。図９（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有している。
【０１４０】
そして、図９（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の電圧変換部１０４ａがダイオード１１０、コンデンサ１１２、トランス１１３を有する。また、図９（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴａ２とを有している。
【０１４１】
トランス１１３は、その中心に共通のコアが設けられた、一次コイルと二次コイルを有している。トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ２と、トランス１１３の一次コイルが有する一方の端子との、間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、その第１端子が入力端子ＩＮａ２に接続されており、その第２端子が、トランス１１３の一次コイルが有する一方の端子に接続されている。また、トランス１１３の一次コイルが有する他方の端子は、入力端子ＩＮａ１に接続されている。
【０１４２】
また、トランス１１３が有する二次コイルは、一対の端子のいずれか一方がダイオード１１０の陽極に接続されており、他方の端子が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。ダイオード１１０の陰極は、出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有する一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続されており、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。
【０１４３】
また、図９（Ｂ）に、フォワード式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成を一例として示す。図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有している。
【０１４４】
そして、図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の電圧変換部１０４ａがダイオード１１０、ダイオード１１４、コイル１１１、コンデンサ１１２、トランス１１５を有する。また、図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴａ２とを有している。
【０１４５】
トランス１１５は、図９（Ａ）に示したトランス１１３と同様に、その中心に共通のコアが設けられた、一次コイルと二次コイルを有している。ただし、トランス１１３は、一次コイルと二次コイルの巻き始めの位置が逆側に配置されているのに対し、トランス１１５は、一次コイルと二次コイルの巻き始めの位置が同じ側に配置されている。
【０１４６】
トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ２と、トランス１１５の一次コイルが有する一方の端子との、間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、その第１端子が入力端子ＩＮａ２に接続されており、その第２端子が、トランス１１５の一次コイルが有する一方の端子に接続されている。また、トランス１１５の一次コイルが有する他方の端子は、入力端子ＩＮａ１に接続されている。
【０１４７】
また、トランス１１５が有する二次コイルは、一対の端子のいずれか一方がダイオード１１０の陽極に接続されており、他方の端子が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。ダイオード１１０の陰極は、ダイオード１１４の陰極及びコイル１１１の一方の端子に接続されている。ダイオード１１４の陽極は、出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。コイル１１１の他方の端子は、出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有する一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続されており、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。
【０１４８】
なお、本実施の形態では、フライバック式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、フォワード式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成について示したが、本発明の一態様に係る第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、これらに限定されない。本発明の一態様に係る光電変換装置は、スイッチング素子のスイッチングのデューティ比により出力電圧の大きさを調整することができる、スイッチング方式のＤＣＤＣコンバータを用いていれば良い。
【０１４９】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１５０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、交流電圧の出力を行う、本発明の一態様に係る光電変換装置の一例について説明する。
【０１５１】
図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１の光電変換素子１０１ａと、第２の光電変換素子１０１ｂと、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する。さらに、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置とは異なり、第１のスイッチ１５１ａと、第１のコンデンサ１５２ａと、第２のスイッチ１５１ｂと、第２のコンデンサ１５２ｂと、パルス幅変調回路１５３と、インバータ１５４と、バンドパスフィルタ１５５とを有している。
【０１５２】
また、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａが、第１のスイッチング素子１０３ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有する。また、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂが、第２のスイッチング素子１０３ｂと、第２の電圧変換部１０４ｂと、第２の制御回路１０５ｂとを有する。
【０１５３】
そして、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが並列に接続されている。すなわち、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴｂ１とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴｂ１の電圧が後段の回路に与えられる。また、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ２とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が後段の回路に与えられる。
【０１５４】
また、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに与えられる入力電力の一部が、第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂに与えられる。第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂは、上記入力電力の一部を駆動電力として用い、動作を行う。
【０１５５】
具体的に、図１１に示す光電変換装置では、第１の光電変換素子１０１ａに光が照射されると電力が生じる。上記電力は、第１のコンデンサ１５２ａにおいてその電圧が平滑化された後、第１のスイッチ１５１ａを介して、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに入力される。なお、第１のコンデンサ１５２ａを設けることで、第１のスイッチ１５１ａのオンオフによって生じるパルス状の電流が、第１の光電変換素子１０１ａに流れ込むのを防ぐことができる。そして、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに入力された電力は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａにおいてその電圧の大きさが調整されてから、出力される。
【０１５６】
同様に、図１１に示す光電変換装置では、第２の光電変換素子１０１ｂに光が照射されると電力が生じる。上記電力は、第２のコンデンサ１５２ｂにおいてその電圧が平滑化された後、第２のスイッチ１５１ｂを介して、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに入力される。なお、第２のコンデンサ１５２ｂを設けることで、第２のスイッチ１５１ｂのオンオフによって生じるパルス状の電流が、第２の光電変換素子１０１ｂに流れ込むのを防ぐことができる。そして、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに入力された電力は、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂにおいてその電圧の大きさが調整されてから、出力される。
【０１５７】
第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂから出力された電圧は、直流電圧である。インバータ１５４は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂから出力された直流電圧を交流電圧に変換し、出力する。図１１では、インバータ１５４が４つのトランジスタ１５６〜トランジスタ１５９と、４つのダイオード１６０〜ダイオード１６３とで構成されている例を示している。
【０１５８】
具体的に、トランジスタ１５６は、その第１端子が出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴｂ１に接続されており、その第２端子がトランジスタ１５７の第１端子に接続されている。トランジスタ１５７の第２端子は、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２に接続されている。トランジスタ１５８は、その第１端子が出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴｂ１に接続されており、その第２端子がトランジスタ１５９の第１端子に接続されている。トランジスタ１５９の第２端子は、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２に接続されている。ダイオード１６０〜ダイオード１６３は、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９と、それぞれ並列に接続されている。具体的には、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９の第１端子にダイオード１６０〜ダイオード１６３の陰極がそれぞれ接続され、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９の第２端子にダイオード１６０〜ダイオード１６３の陽極がそれぞれ接続されている。
【０１５９】
また、パルス幅変調回路１５３には、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂから出力された直流電圧が与えられている。パルス幅変調回路１５３は、上記電圧が与えられることで動作し、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９のスイッチングを制御する信号を生成する。
【０１６０】
パルス幅変調回路１５３からの上記信号に従ってトランジスタ１５６〜トランジスタ１５９がスイッチングを行うことで、インバータ１５４が有する、トランジスタ１５６の第２端子とトランジスタ１５７の第１端子が接続されているノードと、トランジスタ１５８の第２端子とトランジスタ１５９の第１端子が接続されているノードとから、ＰＷＭ波形を有する交流電圧が出力される。
【０１６１】
そして、バンドパスフィルタ１５５を用いて、インバータ１５４から出力された交流の電圧の高周波成分を除去することで、正弦波を有する交流電圧を得ることができる。
【０１６２】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【０１６３】
本発明の一態様に係る光電変換装置は、広い照度範囲において動作の信頼性が高い。よって、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、電子機器が使用可能である場所の制限が緩和されるため、利便性が高まる。特に携帯用の電子機器の場合、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、使用可能である場所の制限が緩和されると、利便性が飛躍的に高まる。
【０１６４】
また、本発明の一態様に係る光電変換装置は、高い光電変換効率を得ることができる。よって、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、電子機器の動作に要する電力を確保しやすくなるため、動作の信頼性を高めることができる。特に電力の供給を常時受けることが困難な携帯用の電子機器の場合、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、連続使用時間が長くなるといったメリットが得られる。
【０１６５】
本発明の一態様に係る光電変換装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１２に示す。
【０１６６】
図１２（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体７０３１、筐体７０３２、表示部７０３３、表示部７０３４、マイクロホン７０３５、スピーカー７０３６、操作キー７０３７、スタイラス７０３８等を有する。本発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い携帯型ゲーム機を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を携帯型ゲーム機に用いることで、携帯型ゲーム機の連続使用時間を長くすることができる。なお、図１２（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部７０３３と表示部７０３４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０１６７】
図１２（Ｂ）は携帯電話であり、筐体７０４１、表示部７０４２、音声入力部７０４３、音声出力部７０４４、操作キー７０４５、受光部７０４６等を有する。受光部７０４６において受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯電話の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯電話の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い携帯電話を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を携帯電話に用いることで、携帯電話の連続使用時間を長くすることができる。
【０１６８】
図１２（Ｃ）は携帯情報端末であり、筐体７０５１、表示部７０５２、操作キー７０５３等を有する。図１２（Ｃ）に示す携帯情報端末は、モデムが筐体７０５１に内蔵されていても良い。本発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い携帯情報端末を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を携帯情報端末に用いることで、携帯情報端末の連続使用時間を長くすることができる。
【０１６９】
図１２（Ｄ）は照明装置であり、筐体７０８１、光源７０８２等を有する。光源７０８２には、発光素子が設けられている。本発明の一態様に係る光電変換装置は、照明装置の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。照明装置の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い照明装置を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を照明装置に用いることで、照明装置の連続使用時間を長くすることができる。
【０１７０】
本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
１０１ａ    第１の光電変換素子
１０１ｂ    第２の光電変換素子
１０２ａ    第１のＤＣＤＣコンバータ
１０２ｂ    第２のＤＣＤＣコンバータ
１０３ａ    第１のスイッチング素子
１０３ｂ    第２のスイッチング素子
１０４ａ    第１の電圧変換部
１０４ｂ    第２の電圧変換部
１０５ａ    第１の制御回路
１０５ｂ    第２の制御回路
１０６ａ    トランジスタ
１１０    ダイオード
１１１    コイル
１１２    コンデンサ
１１３    トランス
１１４    ダイオード
１１５    トランス
１２０    抵抗
１２１    抵抗
１２２    誤差増幅器
１２３    位相補償回路
１２４    コンパレータ
１２５    三角波発振器
１２６    バッファ
１５１ａ    第１のスイッチ
１５１ｂ    第２のスイッチ
１５２ａ    第１のコンデンサ
１５２ｂ    第２のコンデンサ
１５３    パルス幅変調回路
１５４    インバータ
１５５    バンドパスフィルタ
１５６    トランジスタ
１５７    トランジスタ
１５８    トランジスタ
１５９    トランジスタ
１６０    ダイオード
１６１    ダイオード
１６２    ダイオード
１６３    ダイオード
２０１    実線
２０２    実線
２０３    実線
２０４    実線
５０１    基板
５０２    第１の光電変換素子
５０３    基板
５０４    第２の光電変換素子
５０５    接着層
５０６    光電変換層
５０７    導電膜
５０８    導電膜
５０９    光電変換層
５１０    導電膜
５１１    導電膜
５１２    ｐ層
５１３    ｉ層
５１４    ｎ層
５１５    ｎ層
５１６    ｉ層
５１７    ｐ層
５２１    基板
５２２    第１の光電変換素子
５２３    ｐ型の単結晶半導体基板
５２４    第２の光電変換素子
５２５    接着層
５２６    光電変換層
５２７    導電膜
５２８    導電膜
５２９    光電変換層
５３０    導電膜
５３１    導電膜
５３２    ｐ層
５３３    ｉ層
５３４    ｎ層
５３５    ｐ層
５３７    ｎ層
７０３１    筐体
７０３２    筐体
７０３３    表示部
７０３４    表示部
７０３５    マイクロホン
７０３６    スピーカー
７０３７    操作キー
７０３８    スタイラス
７０４１    筐体
７０４２    表示部
７０４３    音声入力部
７０４４    音声出力部
７０４５    操作キー
７０４６    受光部
７０５１    筐体
７０５２    表示部
７０５３    操作キー
７０８１    筐体
７０８２    光源
【図１】
0005912404.tif 000002
【図２】
0005912404.tif 000003
【図３】
0005912404.tif 000004
【図４】
0005912404.tif 000005
【図５】
0005912404.tif 000006
【図６】
0005912404.tif 000007
【図７】
0005912404.tif 000008
【図８】
0005912404.tif 000009
【図９】
0005912404.tif 000010
【図１０】
0005912404.tif 000011
【図１１】
0005912404.tif 000012
【図１２】
0005912404.tif 000013