(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の太陽電池と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を変換する第１の電圧変換素子と、
第２の太陽電池と、
前記第２の太陽電池の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子と、
制御素子と、を有し、
前記第１の電圧変換素子は、前記制御素子からの第１の信号でオン状態となる第１のトランジスタを有し、
前記第２の電圧変換素子は、前記制御素子からの第２の信号でオン状態となる第２のトランジスタを有し、
前記第１の信号は、周期Ｔ１で前記第１のトランジスタに入力され、
前記第２の信号は、周期Ｔ２で前記第２のトランジスタに入力され、
周期Ｔ１と周期Ｔ２とは同じ長さであり、
前記第２の信号がオフ状態になるタイミングで、前記第１の信号はオン状態となり、
前記第１の太陽電池は、非晶質半導体を光電変換層として有し、
前記第２の太陽電池は、単結晶半導体を光電変換層として有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
第１の太陽電池と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を変換する第１の電圧変換素子と、
第２の太陽電池と、
前記第２の太陽電池の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子と、
制御素子と、を有し、
前記第１の電圧変換素子は、前記制御素子からの第１の信号でオン状態となる第１のトランジスタを有し、
前記第２の電圧変換素子は、前記制御素子からの第２の信号でオン状態となる第２のトランジスタを有し、
前記第１の信号は、周期Ｔ１で前記第１のトランジスタに入力され、
前記第２の信号は、周期Ｔ２で前記第２のトランジスタに入力され、
周期Ｔ１と周期Ｔ２とは同じ長さであり、
前記第１の信号がオフ状態になるタイミングで、前記第２の信号はオン状態となり、
前記第１の太陽電池は、非晶質半導体を光電変換層として有し、
前記第２の太陽電池は、単結晶半導体を光電変換層として有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域として酸化物半導体膜を有す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】
開示される発明の一様態は、光電変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力効果により、受けた光を直接電力に変換して出力する光電変換素子の一つとして
、太陽電池が挙げられる（特許文献１参照）。太陽電池は、従来の発電方式のように、途
中で熱エネルギーや運動エネルギーへのエネルギー変換の必要がない。
【０００３】
太陽電池の出力は、日射量、温度及び動作点電圧などにより変動する。従って、太陽電池
の負荷を調整し、常に太陽電池から最大電力を取り出すことが望まれる。そこで、太陽電
池に電力変換素子を接続し、該電力変換素子により、太陽電池から最大電力を取り出す制
御、所謂最大電力点追従（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ
：ＭＰＰＴ）制御が行われる。
【０００４】
最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御とは、太陽電池の動作点の電圧や電流を検出して太陽電
池の電圧目標値を設定し、検出される電圧値が電圧目標値と一致するように、電力変換素
子の出力を調整するものである。つまり、太陽電池の電圧を変動させて、各電圧値に対す
る電流値を検出して、電圧値と電流値の積から太陽電池の出力電力を算出する。そして、
最大電力を示す電圧値を電圧目標値として太陽電池の出力電力が最大になるように制御す
る（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１０８４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
該電力変換素子の電力変換動作や入力電圧制御などにより、太陽電池の出力にリップル（
脈動）が生じる。このリップルが大きすぎると、太陽電池の動作は最大出力点から離れて
出力低下を招く。
【０００７】
よって開示される発明の一様態では、リップルを抑制することを課題の一とする。
【０００８】
また該リップルが大きすぎると、光電変換装置の出力電圧が低下する。
【０００９】
そこで開示される発明の一様態では、光電変換装置の出力電圧の低下を抑制することを課
題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の光電変換素子、該第１の光電変換素子を制御する第１の電力変換素子、該第１の光
電変換素子とは特性の異なる第２の光電変換素子、及び該第２の光電変換素子を制御する
第２の電力変換素子を有する光電変換装置を作製する。第１の電力変換素子及び第２の電
力変換素子は、それぞれ上記ＭＰＰＴ制御を行う制御素子が接続され、該制御素子により
それぞれ最大電力が取り出される。
【００１１】
当該光電変換装置において、第１の光電変換素子及び第１の電力変換素子から出力される
第１の電力、並びに、第２の光電変換素子及び第２の電力変換素子から出力される第２の
電力を加算する。制御素子は、第１の電力及び第２の電力を加算した出力電力のリップル
が小さくなるように制御する。
【００１２】
上記第１の電力変換素子及び第２の電力変換素子として、例えばＤＣ−ＤＣコンバータが
挙げられる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、太陽電池が出力する直流電圧を昇圧或いは降圧す
ることが可能であり好適である。
【００１３】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧を、別の直流電圧に変換する回路である。ＤＣ−ＤＣ
コンバータの変換方式としては、リニア方式やスイッチング方式が代表的である。
【００１４】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子を有しており、該スイッチング素子は、太陽
電池が出力する直流電圧の電圧値を別の電圧値に変換する時間と直流電圧の電圧値を別の
電圧値に変換しない時間を制御する。すなわち、スイッチング素子がオンになると、直流
電圧が昇圧或いは降圧され続け、スイッチング素子がオフになると、直流電圧の昇圧或い
は降圧等の電圧変換が停止される。
【００１５】
太陽電池の出力する直流電圧は、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧である。ＤＣ
−ＤＣコンバータの出力電圧は、スイッチング素子のオンになる時間とオフになる時間に
よって制御されると言える。
【００１６】
開示される発明の一様態は、第１の光電変換素子、該第１の光電変換素子の出力電圧を変
換する第１の電圧変換素子、該第１の光電変換素子と特性の異なる第２の光電変換素子、
該第２の光電変換素子の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子、及び該第１の電圧変換
素子及び第２の電圧変換素子各々のタイミングを制御する制御素子を有する光電変換装置
に関する。
【００１７】
第１の光電変換素子として、例えば非晶質半導体膜を用いた太陽電池が挙げられる。さら
に具体的には、第１の光電変換素子として、非晶質珪素膜を用いた太陽電池が挙げられる
。
【００１８】
第２の光電変換素子として、例えば単結晶半導体膜を用いた太陽電池が挙げられる。さら
に具体的には、第２の光電変換素子として、単結晶珪素膜を用いた太陽電池が挙げられる
。
【００１９】
第１の電圧変換素子及び第２の電圧変換素子は、該第１の電圧変換素子及び第２の電圧変
換素子に接続された制御素子によって制御される。制御素子は該第１の電圧変換素子及び
第２の電圧変換素子それぞれのるタイミングを制御する。該電圧変換素子のタイミングは
、制御素子より出力されたパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ：ＰＷＭ）信号（以下「ＰＷＭ信号」と呼ぶ）によって制御される。
【００２０】
開示される発明の一様態は、第１の太陽電池と、前記第１の太陽電池の出力電圧を変換す
る第１の電圧変換素子と、前記第１の太陽電池と特性の異なる第２の太陽電池と、前記第
２の太陽電池の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子と、前記第１の電圧変換素子及び
第２の電圧変換素子各々のタイミングを制御する制御素子とを有することを特徴とする光
電変換装置に関する。
【００２１】
開示される発明の一様態は、第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子の出力電圧
を変換する第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の光電変換素子と特性の異なる第２
の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子の出力電圧を変換する第２のＤＣ−ＤＣコン
バータと、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータ各々のタイ
ミングを制御する制御素子とを有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２２】
開示される発明の一様態は、第１の太陽電池と、前記第１の太陽電池の出力電圧を変換す
る第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の太陽電池と特性の異なる第２の太陽電池と
、前記第２の太陽電池の出力電圧を変換する第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の
ＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータ各々のタイミングを制御する制御
素子とを有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２３】
開示される発明の一様態は、第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子の出力電圧
を変換する第１の電圧変換素子と、前記第１の光電変換素子と特性の異なる第２の光電変
換素子と、前記第２の光電変換素子の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子と、前記第
１の電圧変換素子及び第２の電圧変換素子各々を、最大電力点追従し、かつ、タイミング
を制御する制御素子とを有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２４】
開示される発明の一様態は、第１の太陽電池と、前記第１の太陽電池の出力電圧を変換す
る第１の電圧変換素子と、前記第１の太陽電池と特性の異なる第２の太陽電池と、前記第
２の太陽電池の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子と、前記第１の電圧変換素子及び
第２の電圧変換素子各々を、最大電力点追従し、かつ、タイミングを制御する制御素子と
を有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２５】
開示される発明の一様態は、第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子の出力電圧
を変換する第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の光電変換素子と特性の異なる第２
の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子の出力電圧を変換する第２のＤＣ−ＤＣコン
バータと、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータ各々を、最
大電力点追従し、かつ、タイミングを制御する制御素子とを有することを特徴とする光電
変換装置に関する。
【００２６】
開示される発明の一様態は、第１の太陽電池と、前記第１の太陽電池の出力電圧を変換す
る第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の太陽電池と特性の異なる第２の太陽電池と
、前記第２の太陽電池の出力電圧を変換する第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１の
ＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータ各々を、最大電力点追従し、かつ
、タイミングを制御する制御素子とを有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２７】
開示される発明の一様態において、当該第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子は、
太陽電池であり、当該太陽電池は、非晶質珪素膜を用いた太陽電池、単結晶珪素膜を用い
た太陽電池、ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  
Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）太陽電池、ＣＩＧ系薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、有機薄膜
太陽電池、色素増感太陽電池のいずれか一であることを特徴とする。
【００２８】
開示される発明の一様態において、当該第１の太陽電池及び第２の太陽電池は、非晶質珪
素膜を用いた太陽電池、単結晶珪素膜を用いた太陽電池、ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃ
ｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）太陽電池、ＣＩＧ系
薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池のいずれか一で
あることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
開示される発明の一様態により、リップル電圧を抑制することが可能である。また開示さ
れる発明の一様態では、光電変換装置の出力電圧の低下を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】光電変換装置のブロック図。
【図２】電圧変換素子の回路図。
【図３】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図４】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図５】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図６】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図７】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図８】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図９】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図１０】光電変換素子の断面図。
【図１１】光電変換素子の断面図。
【図１２】太陽光発電モジュールを示す上面図及び断面図。
【図１３】光電変換素子の断面図。
【図１４】電圧変換素子の回路図。
【図１５】光電変換装置のブロック図。
【図１６】光電変換装置のブロック図。
【図１７】トランジスタの上面図及び断面図。
【図１８】トランジスタの作製方法を示す断面図。
【図１９】トランジスタの断面図。
【図２０】ＰＷＭ信号のタイミングチャートを示す図。
【図２１】太陽光発電モジュールを示すブロック図。
【図２２】太陽光発電モジュールを示す上面図及び断面図。
【図２３】太陽光発電モジュールを搭載した電動推進車両を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し
、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書
に開示された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。従って、本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。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機
能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３２】
［実施の形態１］
本実施の形態の光電変換装置を、図１、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｂ
）、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７
、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９（Ａ）〜図９（Ｂ）、図１０、図１１、図１２（Ａ）〜
図１２（Ｂ）、図１３、図１５、図１７（Ａ）〜図１７（Ｂ）、図１８（Ａ）〜図１８（
Ｅ）、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）、図２０（Ａ）〜図２０（Ｃ）を用いて説明する。
【００３３】
本実施の形態の光電変換装置１００を図１に示す。図１に示す光電変換装置１００は、第
１の光電変換素子１０１、第１の光電変換素子１０１に接続される第１の電圧変換素子１
０３、第２の光電変換素子１０２、第２の光電変換素子１０２に接続される第２の電圧変
換素子１０４、制御素子１０５を有している。制御素子１０５から、第１の電圧変換素子
１０３を制御する第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１、及び第２の電圧変換素子１０４を制御す
る第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２が入力される。
【００３４】
制御素子１０５は、第１の光電変換素子１０１及び第２の光電変換素子１０２の最大電力
を取り出すように、第１の電圧変換素子１０３及び第２の電圧変換素子１０４を最大電力
点追従（ＭＰＰＴ）制御する。第１の電圧変換素子１０３及び第２の電圧変換素子１０４
の制御は各々、第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及び第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２によって行
われる。
【００３５】
第１の光電変換素子１０１で発生した電圧Ｖ１＿１は、第１の電圧変換素子１０３により
、電圧Ｖ２＿１に変換される。第２の光電変換素子１０２で発生した電圧Ｖ１＿２は、第
２の電圧変換素子１０４により、電圧Ｖ２＿２に変換される。第１の電圧変換素子１０３
から出力された電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素子１０４から出力された電圧Ｖ２＿
２は加算され、出力電圧Ｖｏｕｔとして光電変換装置１００の外部に出力される。
【００３６】
なお光電変換装置１００には、バッテリ、インバータ、電圧安定回路等の外部回路１０６
が接続されていてもよい。
【００３７】
本実施の形態の第１の電圧変換素子１０３及び第２の電圧変換素子１０４を、図２（Ａ）
〜図２（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態では、第１の電圧変換素子１０３及び第２
の電圧変換素子１０４の一例として、直流電圧の電圧値を別の電圧値に変換するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータについて述べる。
【００３８】
図２（Ａ）に示す電圧変換素子３０１は、トランジスタ３０２、コイル３０３、ダイオー
ド３０４、コンデンサ３０５を有する昇圧回路である。電圧変換素子３０１は、光電変換
素子３０７の出力電圧を変換する素子である。光電変換素子３０７は、上述の第１の光電
変換素子１０１又は第２の光電変換素子１０２、あるいはその両方である。
【００３９】
コイル３０３の一方の端子は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側の電極に電気的に接
続されている。コイル３０３の他方の端子はトランジスタ３０２のソースあるいはドレイ
ンの一方と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一
方は、コイル３０３の他方の端子及びダイオード３０４の入力端子と電気的に接続されて
いる。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方は、光電変換素子３０７のｎ
型半導体層側の電極及びコンデンサ３０５の一方の端子と電気的に接続されている。コン
デンサ３０５の他方の端子は、ダイオード３０４の出力端子及び出力端子ＯＵＴに電気的
に接続されている。なお、光電変換素子３０７のｎ型半導体層側の電極、トランジスタ３
０２のソースあるいはドレインの他方、及びコンデンサ３０５の一方の端子は接地されて
いる。
【００４０】
なお、上記トランジスタのゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部または全部のこ
とをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や
別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４１】
上記トランジスタのソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部または
全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低
い領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをい
う。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配
線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４２】
上記トランジスタのドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一
部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成
領域より低い領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導
電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と
、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４３】
また、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造や動作条件などによって
互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難で
ある。そこで、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）においては、ソース及
びドレインのいずれか一方をソース及びドレインの一方と表記し、他方をソース及びドレ
インの他方と表記する。
【００４４】
トランジスタ３０２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３０２のゲー
トは、電圧変換素子３０１の制御回路に接続されている。電圧変換素子３０１の制御回路
からの信号ＰＷＭにより、トランジスタ３０２はオン状態あるいはオフ状態となる。Ｈ（
ハイレベル）の信号ＰＷＭが入力されるとトランジスタ３０２はオン状態となり、Ｌ（ロ
ーレベル）の信号ＰＷＭが入力されるとトランジスタ３０２はオフ状態となる。
【００４５】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態のとき、コイル３０３に流れ込む
電流により、コイル３０３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【００４６】
トランジスタ３０２がオフ状態になると、コイル３０３に蓄えられた励磁エネルギーが放
出される。コイル３０３から放出される励磁エネルギーに起因する電圧が、電圧Ｖ１に上
積みされて電圧Ｖ２となる。これにより電圧変換素子３０１は昇圧回路として機能する。
【００４７】
すなわち、トランジスタ３０２がオン状態の時間が長いほど、蓄えられる励磁エネルギー
が増える。そのため、トランジスタ３０２がオン状態の時間が長いほど、電圧Ｖ１に上積
みされる電圧が増大し、電圧Ｖ２が増大する。よって、トランジスタ３０２がオン状態の
時間が長いほど、電圧変換素子３０１が出力する電圧Ｖ２が増大すると言える。
【００４８】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態の時間をＴｏｎ、トランジスタ３
０２がオフ状態の時間をＴｏｆｆとする。出力する電圧Ｖ２の値は、以下の（式１）で表
される。
【００４９】
Ｖ２＝Ｖ１×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ                （式１）
【００５０】
トランジスタ３０２のオン状態の時間Ｔｏｎが長く、コイル３０３に蓄えたエネルギーが
大きいほど、大電力を取り出すことができる。
【００５１】
なお本実施の形態において、トランジスタ３０２として例えば電界効果トランジスタを用
いることができる。
【００５２】
電界効果トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインを少なくとも有する。電界効果
トランジスタとしては、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴともいう）を用いることができ
る。また、電界効果トランジスタとしては、例えばトップゲート型、又はボトムゲート型
のトランジスタを用いることができる。また、電界効果トランジスタは、ｎ型の導電型に
することができる。
【００５３】
また、本実施の形態における電界効果トランジスタは、例えばチャネル形成領域としての
機能を有する酸化物半導体膜を有するトランジスタを用いる。なお、チャネル形成領域の
水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。該水素濃
度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による値である。またトランジスタのキャリア濃度は、１
×１０１４／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３以下とする。
【００５４】
また本実施の形態において、コイル３０３として、基板上にコイル状に形成した配線を用
いることができる。
【００５５】
また本実施の形態において、ダイオード３０４として、例えばショットキーバリアダイオ
ードを用いることができる。
【００５６】
また、本実施の形態において、コンデンサ３０５として、例えば第１の電極と、第２の電
極と、誘電体と、を有する構成のコンデンサを用いることができる。
【００５７】
図２（Ｂ）に示す電圧変換素子３１１は、トランジスタ３１２、コイル３１３、ダイオー
ド３１４、コンデンサ３１５を有する降圧回路である。電圧変換素子３１１は、光電変換
素子３１７の出力電圧を変換する素子である。光電変換素子３１７は、上述の第１の光電
変換素子１０１又は第２の光電変換素子１０２、あるいはその両方である。
【００５８】
トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの一方は、光電変換素子３１７のｐ型半導
体層側の電極に電気的に接続されている。トランジスタ３１２のソースあるいはドレイン
の他方は、ダイオード３１４の出力端子及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続さ
れている。ダイオード３１４の入力端子は、光電変換素子３１７のｎ型半導体層側の電極
及びコンデンサ３１５の一方の端子に電気的に接続されている。ダイオード３１４の出力
端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びコイル３１３の一方の
端子と電気的に接続されている。コイル３１３の一方の端子は、トランジスタ３１２のソ
ースあるいはドレインの他方及びダイオード３１４の出力端子に電気的に接続されている
。コイル３１３の他方の端子は、コンデンサ３１５の他方の端子及び出力端子ＯＵＴに電
気的に接続されている。なお、光電変換素子３１７のｎ型半導体層側の電極、ダイオード
３１４の入力端子、及びコンデンサ３１５の一方の端子は接地されている。
【００５９】
トランジスタ３１２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３１２のゲー
トは、電圧変換素子３１１の制御回路に接続されている。電圧変換素子３１１の制御回路
からの信号ＰＷＭにより、トランジスタ３１２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【００６０】
スイッチング素子であるトランジスタ３１２がオン状態のとき、降圧回路の電流により、
コイル３１３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【００６１】
トランジスタ３１２がオフ状態になると、コイル３１３は電流を保とうとして起電力を発
生させ、ダイオード３１４をオン状態にする。ダイオード３１４を通じて電流が流れるこ
とによって、電圧がＶ２になる。電圧Ｖ１より電圧Ｖ２が低下するため、電圧変換素子３
１１は降圧回路として機能する。
【００６２】
なお本実施の形態において、トランジスタ３１２として例えば電界効果トランジスタを用
いることができる。
【００６３】
また本実施の形態において、コイル３１３として、基板上にコイル状に形成した配線を用
いることができる。
【００６４】
また本実施の形態において、ダイオード３１４として、例えばショットキーバリアダイオ
ードを用いることができる。
【００６５】
また、本実施の形態において、コンデンサ３１５として、例えば第１の電極と、第２の電
極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【００６６】
以下に、第１の電圧変換素子及び第２の電圧変換素子のタイミングを制御する方法につい
て述べる。
【００６７】
まず図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に、第１の電圧変換素子１０３に入力され、第１の電
圧変換素子１０３の出力を制御するＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ａ及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１
＿Ｂ、並びに第２の電圧変換素子１０４に入力され、第２の電圧変換素子１０４の出力を
制御するＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ａ及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ｂのタイミングチャート
を示す。
【００６８】
ただし、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ａ及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ａでは、ＰＷＭ信号ＰＷ
Ｍ＿２＿Ａがオフ状態になるタイミングで、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ａがオン状態となる
例を示している。すなわちＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ａがオン状態になる時間Ｔｏｎ＿１及
びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ａがオン状態になる時間Ｔｏｎ＿２が重畳しない例を示す（図
２０（Ａ）参照）。またこのときの出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ａを図２０（Ｃ）に示す。
【００６９】
一方、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ｂ及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ｂでは、ＰＷＭ信号ＰＷＭ
＿１＿Ｂがオン状態となる時間Ｔｏｎ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿Ｂがオン状態とな
る時間Ｔｏｎ＿２が重畳している例を示す（図２０（Ｂ）参照）。またこのときの出力電
圧Ｖｏｕｔ＿Ｂを図２０（Ｃ）に示す。
【００７０】
ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ａのオン状態となる時間Ｔｏｎ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２＿
Ａがオン状態となる時間Ｔｏｎ＿２は重畳しない。そのため、第１の電圧変換素子１０３
から出力される電圧Ｖ２＿１が昇圧される時間と、第２の電圧変換素子１０４から出力さ
れる電圧Ｖ２＿２が昇圧される時間は重畳しない。
【００７１】
電圧Ｖ２＿１が昇圧される時間及び電圧Ｖ２＿２が昇圧される時間が重畳しないため、電
圧Ｖ２＿１及び電圧Ｖ２＿２を加算した電圧である出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ａの変動幅ＷＡは
抑制される。
【００７２】
一方、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ｂのオン状態となる時間Ｔｏｎ＿１の及びＰＷＭ信号ＰＷ
Ｍ＿２＿Ｂがオン状態となる時間Ｔｏｎ＿２は、一部が重畳する。そのため、第１の電圧
変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１が昇圧される時間と、第２の電圧変換素子１
０４から出力される電圧Ｖ２＿２が昇圧される時間は、一部重畳する。
【００７３】
電圧Ｖ２＿１が昇圧される時間及び電圧Ｖ２＿２が昇圧される時間が、一部重畳するため
、電圧Ｖ２＿１及び電圧Ｖ２＿２を加算した電圧である出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ｂの変動幅Ｗ
Ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔ＿Ａの変動幅ＷＡよりも大きくなってしまう。
【００７４】
すなわち、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１＿Ｂのオン状態となる時間Ｔｏｎ＿１及びＰＷＭ信号Ｐ
ＷＭ＿２＿Ｂがオン状態となる時間Ｔｏｎ＿２が重畳している場合は、リップル電圧が増
大する。
【００７５】
以上から、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のオン状態となる時間Ｔｏｎ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ
＿２がオン状態となる時間Ｔｏｎ＿２を重畳させないことは、リップル電圧を抑制すると
いう点で好適である。
【００７６】
以下、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の様々な例を示す。
【００７７】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に、第１の電圧変換素子１０３に入力され、第１の電圧変換素
子１０３の出力を制御するＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１、並びに第２の電圧変換素子１０４に入
力され、第２の電圧変換素子１０４の出力を制御するＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２のタイミング
チャートを示す。
【００７８】
ここで、図１に示す第１の光電変換素子１０１及び第２の光電変換素子１０２に接続され
ている２つの昇圧回路において、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期
Ｔを同じ長さにすると好適である。ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周
期Ｔを同じ長さにすると、制御素子１０５の規模を小さくすることができる。制御素子１
０５の規模を小さくすることができると、光電変換装置１００の消費電力を低減すること
が可能である。光電変換装置１００の消費電力を低減することができると、光電変換装置
１００の効率を向上させることが可能である。
【００７９】
図３（Ａ）において、第１の電圧変換素子１０３に入力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴ
ｏｎ＿１、及び第２の電圧変換素子１０４に入力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿
２が重畳しないように制御する。なお点線で囲まれた領域は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴ
ｏｎ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２が重ならない時間を示している。なお、
Ｔｏｎ＿１は、第１の電圧変換素子１０３のトランジスタ３０２がオン状態の時間、Ｔｏ
ｎ＿２は、第２の電圧変換素子１０４のトランジスタ３０２がオン状態の時間を示してい
る。
【００８０】
これにより第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換
素子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制さ
れる。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【００８１】
さらに、図１に示す制御素子１０５により、第１の電圧変換素子１０３及び第２の電圧変
換素子１０４に対して最大電力点追従（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒ
ａｃｋｉｎｇ：ＭＰＰＴ）制御が行われた場合のタイミングチャートを図３（Ｂ）に示す
。なお図３（Ｂ）では、太陽光の強度が図３（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミング
チャートである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため
、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【００８２】
図３（Ｂ）に示すＴｏｎ＿１は、図３（Ａ）に示すＴｏｎ＿１より長い。かつ、図３（Ｂ
）に示すＴｏｎ＿２は、図３（Ａ）に示すＴｏｎ＿２より長い。図３（Ｂ）では、図３（
Ａ）に比べて、太陽光の強度が小さくなったため、電圧変換する時間、本実施の形態では
昇圧する時間を長くして、より大きい出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
【００８３】
図３（Ｂ）では、図３（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２のそれぞれが長くなり、かつ重ならないように制御される。
【００８４】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素
子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２とを加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制さ
れる。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【００８５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）とは異なるタイミングチャート
の例を示す。
【００８６】
図４（Ａ）では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１がオン状態の中間点と、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２が
オン状態の中間点とを、周期Ｔの１／２となるように制御した例を示す。
【００８７】
図４（Ｂ）では、太陽光の強度が図４（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミングチャー
トである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため、ＭＰ
ＰＴ制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【００８８】
図４（Ｂ）では、図４（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２のそれぞれが長くなり、かつ重ならないように制御される。
【００８９】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素
子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制され
る。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【００９０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）とは異なるタイミングチャート
の例を示す。
【００９１】
図５（Ａ）では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１がオン状態になるタイミングと、ＰＷＭ信号ＰＷ
Ｍ＿２がオン状態になるタイミングとを、周期Ｔの１／２となるように制御した例を示す
。
【００９２】
図５（Ｂ）では、太陽光の強度が図５（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミングチャー
トである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため、最大
電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【００９３】
図５（Ｂ）では、図５（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２のそれぞれが長くなり、かつ重ならないように制御される。
【００９４】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素
子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制され
る。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【００９５】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）とは異なるタイミングチャート
の例を示す。
【００９６】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１がオフ状態になるタイミングで、
ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２がオン状態となる例を示している。
【００９７】
図６（Ｂ）では、太陽光の強度が図６（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミングチャー
トである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため、最大
電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【００９８】
図６（Ｂ）では、図６（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２のそれぞれが長くなり、かつ重ならないように制御される。
【００９９】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素
子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制され
る。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【０１００】
最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２とが長くなる場合が生じる。Ｔｏｎ＿１及びＴｏｎ＿２の合
計が周期Ｔより長くなり、Ｔｏｎ＿１及びＴｏｎ＿２が重畳した場合を図７に示す。
【０１０１】
上述の通り、Ｔｏｎ＿１及びＴｏｎ＿２を重畳させないことが、リップル電圧を抑制する
という点で好ましい。しかしながら、Ｔｏｎ＿１及びＴｏｎ＿２が重畳してしまう場合は
、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２を、Ｔｏｆｆ＿１とＴｏｆｆ＿２が重
畳しないように制御すると好適である。Ｔｏｆｆ＿１は、第１の電圧変換素子１０３のト
ランジスタ３０２がオフ状態の時間、Ｔｏｆｆ＿２は、第２の電圧変換素子１０４のトラ
ンジスタ３０２がオフ状態の時間である。
【０１０２】
Ｔｏｆｆ＿１とＴｏｆｆ＿２が重畳しないように制御すると、Ｔｏｎ＿１とＴｏｎ＿２が
重畳しない場合と同様に、電力を変換しない時間が重畳しないので、リップル電圧を抑制
することが可能である。
【０１０３】
図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ
）〜図６（Ｂ）、図７では、光電変換素子及び電圧変換素子が２組の場合のタイミングチ
ャートを示した。しかしながら、光電変換素子及び電圧変換素子の組は、２組に限定され
るものではなく、３組以上であってもよい。
【０１０４】
図１５に、３組の光電変換素子及び電圧変換素子を有する光電変換装置１００を示す。
【０１０５】
図１５に示す光電変換装置１００は、第１の光電変換素子１０１、第１の光電変換素子１
０１に接続される第１の電圧変換素子１０３、第２の光電変換素子１０２、第２の光電変
換素子１０２に接続される第２の電圧変換素子１０４、第３の光電変換素子１０７、第３
の光電変換素子１０７に接続される第３の電圧変換素子１０８、制御素子１０５を有して
いる。制御素子１０５から、第１の電圧変換素子１０３を制御する第１のＰＷＭ信号ＰＷ
Ｍ＿１、第２の電圧変換素子１０４を制御する第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２、及び第３の
電圧変換素子１０８を制御する第３のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿３が入力される。
【０１０６】
制御素子１０５は、第１の光電変換素子１０１、第２の光電変換素子１０２、及び第３の
光電変換素子１０７の最大電力を取り出すように、第１の電圧変換素子１０３、第２の電
圧変換素子１０４、及び第３の電圧変換素子１０８を制御する。第１の電圧変換素子１０
３、第２の電圧変換素子１０４、及び第３の電圧変換素子１０８の制御は各々、第１のＰ
ＷＭ信号ＰＷＭ＿１、第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２、及び第３のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿３に
よって行われる。
【０１０７】
第１の光電変換素子１０１で発生した電圧Ｖ１＿１は、第１の電圧変換素子１０３により
、電圧Ｖ２＿１に変換される。第２の光電変換素子１０２で発生した電圧Ｖ１＿２は、第
２の電圧変換素子１０４により、電圧Ｖ２＿２に変換される。第３の光電変換素子１０７
で発生した電圧Ｖ１＿３は、第３の電圧変換素子１０８により、電圧Ｖ２＿３に変換され
る。
【０１０８】
第１の電圧変換素子１０３から出力された電圧Ｖ２＿１、第２の電圧変換素子１０４から
出力された電圧Ｖ２＿２、及び第３の電圧変換素子１０８から出力された電圧Ｖ２＿３は
加算され、出力電圧Ｖｏｕｔとして光電変換装置１００の外部に出力される。
【０１０９】
なお光電変換装置１００には、バッテリ、インバータ、電圧安定回路等の外部回路１０６
が接続されていてもよい。
【０１１０】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、周期Ｔを三分割（「Ｔ／３」と表記する）し、ＰＷＭ信
号ＰＷＭ＿１、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２、及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿３各々がオンになるタイ
ミングを、Ｔ／３ずつずらした例を示している。すなわち、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１がオン
状態になるタイミングのＴ／３後に、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２がオン状態になる。次いで、
ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２がオン状態になるタイミングのＴ／３後に、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿３
がオン状態になる。
【０１１１】
図８（Ｂ）では、太陽光の強度が図８（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミングチャー
トである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため、最大
電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【０１１２】
図８（Ｂ）では、図８（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１、ＰＷＭ信
号ＰＷＭ＿２のＴｏｎ＿２、及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿３のＴｏｎ＿３のそれぞれが長くな
り、かつ重ならないように制御される。
【０１１３】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、第２の電圧変換素子１
０４から出力される電圧Ｖ２＿２、及び第３の電圧変換素子１０８から出力される電圧Ｖ
２＿３を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制される。すなわち図１に示す光電変
換装置１００のリップル電圧が抑制される。なお光電変換素子及び電圧変換素子を４組以
上用いた場合には、図１５とその説明に基づいて、光電変換装置１００の回路を作製し、
図８（Ａ）〜図８（Ｂ）とその説明に基づいて、ＰＷＭ信号及びオンの時間Ｔｏｎを決定
すればよい。
【０１１４】
図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ
）〜図６（Ｂ）、図７、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）では、第１の光電変換素子１０１及び第
２の光電変換素子１０２に接続されている２つの昇圧回路において、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿
１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期Ｔが同じ長さである例を示した。しかし本実施の形態
では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期は、同じ長さに限定されな
い。ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１の周期及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期が異なる長さである場
合は、それぞれのＴｏｎ（Ｔｏｎ＿１及びＴｏｎ＿２）の重畳を制御しやすいので好適で
ある。
【０１１５】
図９にＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期が異なる例を示す。ＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿１の周期Ｔ１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期Ｔ２は互いに異なる周期であ
る。図９では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１の周期Ｔ１及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期Ｔ２が
異なる例として、Ｔ２がＴ１の半分（Ｔ２＝Ｔ１／２）である例を示す。
【０１１６】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）では、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２の周期Ｔ２がＰＷＭ信号ＰＷＭ＿
１の周期Ｔ１の半分でり、２つ目のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１がオン状態になるタイミングで
、２つ目のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿２がオフ状態となる。
【０１１７】
図９（Ｂ）では、太陽光の強度が図９（Ａ）よりも小さくなった場合のタイミングチャー
トである。太陽光の強度が変わることにより、太陽電池の最大電力点が変わるため、最大
電力点追従（ＭＰＰＴ）制御により、Ｔｏｎの長さが変わる。
【０１１８】
図９（Ｂ）では、図９（Ａ）と比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿１及びＰＷＭ
信号ＰＷＭ＿１のＴｏｎ＿２のそれぞれが長くなり、かつ重ならないように制御される。
【０１１９】
以上から第１の電圧変換素子１０３から出力される電圧Ｖ２＿１、及び第２の電圧変換素
子１０４から出力される電圧Ｖ２＿２を加算した出力電圧Ｖｏｕｔは、変動幅が抑制され
る。すなわち図１に示す光電変換装置１００のリップル電圧が抑制される。
【０１２０】
本実施の形態では、図１に示す光電変換素子１０１として、例えば、図１０に示す非晶質
半導体層を光電変換層２１１に有する太陽電池、光電変換素子１０２として、図１３に示
す単結晶半導体層を光電変換層４１５に有する太陽電池を用いる。また第１の電圧変換素
子１０３及び第２の電圧変換素子１０４として、図２（Ａ）に示す昇圧回路を用いる。た
だしこれらの素子は一例であり、これらに限定されるものではない。
【０１２１】
本実施の形態の第１の光電変換素子１０１を図１０を用いて説明する。本実施の形態では
、光電変換素子１０１の一例として、非晶質半導体層を光電変換層に有する太陽電池につ
いて述べる。
【０１２２】
図１０に示す太陽電池は、基板２０１上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導
体層２１４、及びｎ型非晶質半導体層２１５を有する、非晶質半導体層の光電変換層２１
１を備えている。光電変換層２１１の一方の面には、導電膜２１０が設けられている。光
電変換層２１１の他方の面には、導電膜２１２が設けられている。
【０１２３】
具体的には、導電膜２１０上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４
、ｎ型非晶質半導体層２１５が積層される。ｎ型非晶質半導体層２１５上には、導電膜２
１２が設けられる。
【０１２４】
導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１２はそれぞれ、所定の形状に加工され
ている。当該所定の形状に加工された導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１
２は、１つのセルを構成する。各セルは、異なるセルと直列に接続されている。各セルが
異なるセルと直列に接続されていると、出力電圧を上昇させることが可能である。
【０１２５】
基板２０１は、基板２０１側から光が入射することを想定して、太陽光に対して透光性を
有する材料を用いる。
【０１２６】
透光性を有する基板２０１として、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、セラミック基板を用いることができる。
【０１２７】
透光性を有する基板２０１として、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（プラスチック基板）を用いる場合は、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。
【０１２８】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレ
ンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（Ｐ
ＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミ
ド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ
酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【０１２９】
導電膜２１０は、基板２０１側から光が入射するので、太陽光に対して透光性を有する導
電材料を用いて形成する。
【０１３０】
透光性を有する導電材料として、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  
Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウ
ム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ））、ガリウム（Ｇａ）をドープしたＺｎＯ、酸化ス
ズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むイ
ンジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム
錫酸化物などが好適である。
【０１３１】
なお、導電膜２１０にインジウム錫酸化物を用いる場合、導電膜２１０上に、ｐ型非晶質
半導体層２１３を形成すると、ｐ型非晶質半導体層２１３中に存在する水素が、導電膜２
１０中のインジウム錫酸化物を還元してしまう。そのため、導電膜２１０の膜質が劣化す
る恐れがある。
【０１３２】
インジウム錫酸化物を導電膜２１０に用いる場合、インジウム錫酸化物が還元されるのを
防ぐために、インジウム錫酸化物を用いた導電膜とｐ型非晶質半導体層２１３との間に、
酸化スズを用いた導電膜、または、酸化亜鉛と窒化アルミニウムとの混合材料を含む導電
性材料を用いた導電膜を、数十ｎｍの膜厚で積層したものを、導電膜２１０として用いる
ことが好ましい。
【０１３３】
また、導電膜２１０の、光電変換層２１１側の面に凹凸を形成しておくと、導電膜２１０
において光が屈折または乱反射する。このため、光電変換層２１１内における光の吸収率
を高め、変換効率を高めることができるので好適である。
【０１３４】
導電膜２１０上には、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶
質半導体層２１５が順に積層された光電変換層２１１が設けられている。
【０１３５】
本実施の形態では、ｐ型非晶質半導体層２１３として、ｐ型非晶質珪素層を用いる。ｐ型
非晶質珪素層は、ｐ型を付与する元素、例えばホウ素を含む珪素層である。
【０１３６】
また本実施の形態では、真性非晶質半導体層２１４として、真性非晶質珪素層を用いる。
【０１３７】
本実施の形態では、ｎ型非晶質半導体層２１５として、ｎ型非晶質珪素層を用いる。ｎ型
非晶質珪素層は、ｎ型を付与する元素、例えばリンを含む珪素層である。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、光電変換層２１１として、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非
晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が順に積層された例を示すが、積層の順
番はｎ型非晶質半導体層、真性非晶質半導体層、ｐ型非晶質半導体層の順でもよい。
【０１３９】
ただし、非晶質半導体層あるいは単結晶半導体層に限らず、ｐ型半導体層はｎ型半導体層
よりも、光が入射される側に近くなるよう配置することが望ましい。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、真性半導体層内において多量の電子とホールが形成され、電子
はｎ型半導体層側へ、ホールはｐ型半導体層側へ移動し、起電力を得ることができる。
【０１４０】
光の照射をｐ型半導体層側から行うと、電子とホールの形成が、真性半導体層内のｎ型半
導体層よりもｐ型半導体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型半導体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。
【０１４１】
本実施の形態では、光はｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の両方から入射する。そのた
め、光電変換層の積層の順番は、ｎ型半導体層、真性半導体層、ｐ型半導体層、あるいは
、ｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層、のどちらでもよい。しかし、入射する光
の強度がより強い側にｐ型半導体層を設けると、より高い起電力を得ることができる。
【０１４２】
本実施の形態では、光電変換層２１１の上部からも光が入射する光電変換素子を例とする
。よって、導電膜２１２は、導電膜２１０と同様に、可視光に対して透光性を有する上記
導電材料を用いることが好適である。
【０１４３】
次いで、第２の光電変換素子１０２を、図１３を用いて説明する。本実施の形態では、光
電変換素子１０２の一例として、単結晶半導体層を光電変換層に有する太陽電池について
述べる。
【０１４４】
図１３は、単結晶半導体層を光電変換層に有する太陽電池の断面図である。
【０１４５】
なお、図１３に示す太陽電池は、光電変換層４１５と接する導電膜４２２側から光が入射
して、光電効果を発現する。ここでは、導電膜４２２側が主受光面となり、導電膜４２４
側が裏面となる。
【０１４６】
具体的には、導電膜４２４上にｎ型単結晶半導体層４０８を含む単結晶半導体層４１０が
形成され、該単結晶半導体層４１０上にｐ型半導体層４１４が形成されている。
【０１４７】
なお、ｎ型半導体層であるｎ型単結晶半導体層４０８とｐ型半導体層４１４は、積層の順
が逆であってもよい。その場合は、導電膜４２４上にｐ型単結晶半導体層を含む単結晶半
導体層が形成され、該単結晶半導体層上にｎ型半導体層が形成される。
【０１４８】
単結晶半導体層４１０の導電膜４２４が形成された面の周辺端部には、絶縁層４０４が形
成されている。また、図１３で示す光電変換装置の側面では、単結晶半導体層４１０を覆
ってｐ型半導体層４１４が形成される例を示している。導電膜４２４と、側面に形成され
たｐ型半導体層４１４及び導電膜４２２の積層構造との間に、絶縁層４０４が設けられて
いる。
【０１４９】
図１３に示す太陽電池は、単結晶半導体層４１０及びｐ型半導体層４１４で構成される。
また、単結晶半導体層４１０の一表面側にｎ型単結晶半導体層４０８が形成されている。
ｎ型単結晶半導体層４０８は、単結晶半導体層４１０の導電膜４２４と接する側に設けら
れている。なお、単結晶半導体層４１０のｎ型単結晶半導体層４０８が形成されていない
領域を、便宜的に非拡散単結晶半導体層４０９ともいう。ｐ型半導体層４１４は、単結晶
半導体層４１０の導電膜４２４が形成される側の面と反対側の面に設けられている。
【０１５０】
単結晶半導体層４１０は、薄板化された単結晶半導体基板であり、１μｍ以上１０μｍ以
下、好ましくは３μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。単結晶半導体層４１０は、代表的
には単結晶珪素層が適用される。例えば、単結晶半導体層４１０は、イオン注入法又はイ
オンドーピング法を利用して単結晶半導体基板にイオンを照射し、その後熱処理を行うこ
とにより単結晶半導体基板の一部を分離することで得ることができる。また、多光子吸収
を生じるレーザビームを単結晶半導体基板に照射して、その後単結晶半導体基板の一部を
分離する方法を適用してもよい。
【０１５１】
なお、本明細書では、「イオン注入」は原料ガスから生成されるイオンを質量分離して対
象物に照射して該イオンを構成する元素を添加する方式を指す。「イオンドーピング」と
は原料ガスから生成されるイオンを質量分離せず対象物に照射して該イオンを構成する元
素を添加する方式を指す。
【０１５２】
ｎ型単結晶半導体層４０８は、ｎ型を付与する不純物元素を含む。ｐ型半導体層４１４は
、ｐ型を付与する不純物元素を含む。ただし、ｎ型単結晶半導体層４０８に代えてｐ型単
結晶半導体層を、ｐ型半導体層４１４に代えてｎ型半導体層を形成することも可能である
。ｎ型を付与する不純物元素としてはリン、ヒ素などの元素周期表第１５族元素が適用さ
れる。ｐ型を付与する不純物元素としてはホウ素、アルミニウムなどの元素周期表第１３
族元素が適用される。
【０１５３】
ｎ型単結晶半導体層４０８は、単結晶半導体層４１０の導電膜４２４が形成される側の面
に、ｎ型を付与する不純物元素をイオン注入法、イオンドーピング法、熱拡散法又はレー
ザドーピング法により導入して形成することができる。単結晶半導体層４１０のうち、ｎ
型単結晶半導体層４０８が形成されなかった領域を、非拡散単結晶半導体層４０９とする
。非拡散単結晶半導体層４０９は、単結晶半導体層４１０を分離した単結晶半導体基板と
同じ導電型を示す。単結晶半導体層４１０を分離する単結晶半導体基板がｎ型半導体基板
であれば非拡散単結晶半導体層４０９はｎ型半導体層となり、ｐ型半導体基板であれば非
拡散単結晶半導体層４０９はｐ型半導体層となる。非拡散単結晶半導体層４０９としては
、ｎ型半導体層又はｐ型半導体層が適用され、ｎ型単結晶半導体層４０８と同じ導電型と
してもよいし、ｐ型半導体層４１４と同じ導電型としてもよい。非拡散単結晶半導体層４
０９とｎ型単結晶半導体層４０８が同じ導電型である場合は、ｎ型単結晶半導体層４０８
と比較して、非拡散単結晶半導体層４０９の不純物濃度は低濃度とすることが好ましい。
ｎ型単結晶半導体層４０８と非拡散単結晶半導体層４０９とに含まれる不純物の濃度差を
つけ、ｎ型単結晶半導体層４０８の方を高濃度とすることで、キャリアの収集効率を高め
ることができる。
【０１５４】
ｐ型半導体層４１４としては、単結晶半導体層４１０の導電膜４２４が形成される側の面
とと反対側の面に、ｐ型を付与する不純物元素を含む半導体層を形成する。具体的には、
ドーピングガスと半導体材料ガスとを混合した原料ガスを用いて、化学気相成長法、代表
的にはプラズマＣＶＤ法によりｐ型半導体層４１４を形成することができる。ｐ型半導体
層４１４は、微結晶半導体層、非晶質半導体層、又は単結晶半導体層で形成される。ｐ型
半導体層４１４としては、代表的には微結晶珪素層が適用される。
【０１５５】
光電変換層４１５のｎ型単結晶半導体層４０８に接して、導電膜４２４が設けられている
。導電膜４２４は、本形態に係る太陽電池の裏面側に設けられており、裏面電極ともいえ
る。光電変換層４１５のｐ型半導体層４１４に接して、導電膜４２２が設けられている。
導電膜４２２は、本実施の形態に係る太陽電池の主受光面側に設けられており、受光面電
極ともいえる。本実施の形態に係る太陽電池において、導電膜４２４と導電膜４２２は、
一方は正極、他方は負極に対応する。本実施の形態に係る太陽電池は、光電変換を行う光
電変換層４１５に対して、正極に対応する電極と負極に対応する電極を反対側に配置する
構成とする。
【０１５６】
本実施の形態に係る太陽電池は、光が入射する側にｐ型半導体層が配置され、裏面側にｎ
型半導体層が配置されることが好ましい。つまり、光入射側となる導電膜４２２と接して
ｐ型半導体層４１４が配置され、裏面側となる導電膜４２４と接してｎ型単結晶半導体層
４０８が配置されることが好適である。
【０１５７】
上述のように、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。そのため、ホールキャリアライフを考慮すると、ホールの移動距離を短くする方
が好ましい。
【０１５８】
なお、裏面側となる導電膜４２４と接する単結晶半導体層４１０をｐ型単結晶半導体層と
し、さらにｐ型を付与する不純物元素を導入して、単結晶半導体層４１０よりも高濃度な
ｐ＋型半導体であるｐ型単結晶半導体層を形成して、裏面電界（ＢＳＦ；Ｂａｃｋ  Ｓｕ
ｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）を形成することもできる。ＢＳＦによる光閉じこめ効果により
、光励起により生成されたキャリア（電子とホール）の再結合を防ぎキャリア収集効率を
高めることができる。なお、この場合は、光入射側となる導電膜４２２と接してｎ型半導
体層が配置されることとなる。
【０１５９】
なお本実施の形態では、光電変換素子１０１として非晶質半導体層を光電変換層２１１と
して有する太陽電池、光電変換素子１０２として単結晶半導体層を光電変換層４１５とし
て有する太陽電池を用いたが、これに限定されない。光電変換素子１０１及び光電変換素
子１０２は、互いに特性の異なる光電変換素子であれば、どのような光電変換素子も適用
可能である。
【０１６０】
また、本実施の形態では、光電変換素子１０１と光電変換素子１０２を別々の作製工程で
作製するが、光電変換素子１０１及び光電変換素子１０２を積層すると、第１の光電変換
素子１０１及び第２の光電変換素子１０２の占有面積を低減可能であるという点で好適で
ある。
【０１６１】
以下に、異なる特性を有する光電変換素子１０１及び光電変換素子１０２を積層した例に
ついて、図１１を用いて説明する。
【０１６２】
図１１に単結晶半導体層を第１の光電変換層、及び非晶質半導体層を第２の光電変換層に
有し、当該第１及び第２の光電変換層が積層された太陽電池の断面図を示す。
【０１６３】
図１１に示す太陽電池は、支持基板９０１上に、絶縁層９０２、導電膜９０３、第１の光
電変換層９１１、導電膜９１５、絶縁層９１７、第２の光電変換層９１２、導電膜９１８
が順に積層された構造を有している。
【０１６４】
第１の光電変換層９１１は、ｐ型単結晶半導体層９０４、真性微結晶半導体層９０５、ｎ
型微結晶半導体層９０６の積層構造である。
【０１６５】
支持基板９０１は、絶縁表面を有する基板又は絶縁基板である。該絶縁基板としては、例
えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラ
スのような電子工業用に使われる各種ガラス基板を用いることができる。または、上記ガ
ラス基板の他、セラミック基板、石英基板やサファイア基板などの絶縁体でなる絶縁基板
、金属やステンレスなどの導電体でなる基板の表面を絶縁処理した基板などを用いても良
い。
【０１６６】
絶縁層９０２は支持基板９０１と導電膜９０３とを接着する機能を有している。この意味
において、絶縁層９０２を接合層と呼ぶことができる。また、導電膜９０３は第１の光電
変換層９１１と接して形成されているため、第１の光電変換層９１１は絶縁層９０２によ
って支持基板９０１に固定されることになる。
【０１６７】
導電膜９０３は、透光性を有する材料により形成されていると、太陽光を透過させるので
好適である。
【０１６８】
上記導電膜９０３の第１の光電変換層９１１が形成されていない領域には、補助電極９１
６が形成されており、これにより、電気エネルギーの外部への取り出しを可能としている
。
【０１６９】
第１の光電変換層９１１において、ｐ型単結晶半導体層９０４及びｎ型微結晶半導体層９
０６はそれぞれ、ｐ型を付与する不純物元素を含む単結晶半導体層及びｎ型を付与する不
純物元素を含む微結晶半導体層である。ｐ型を付与する不純物元素としてはホウ素、アル
ミニウムなどの第１３族元素を用いることができ、ｎ型不純物元素としてはリン、ヒ素な
どの第１５族元素を用いることができる。
【０１７０】
なお、第１の光電変換層９１１として、ｐ型単結晶半導体層９０４、真性微結晶半導体層
９０５、ｎ型微結晶半導体層９０６の順で積層したが、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の積
層関係は逆であってもよい。その場合は、ｐ型単結晶半導体層９０４の代わりにｎ型単結
晶半導体層、及びｎ型微結晶半導体層９０６の代わりにｐ型微結晶半導体層を形成すれば
よい。ただし、第１の光電変換層９１１として、ｎ型単結晶半導体層、真性微結晶半導体
層、ｐ型微結晶半導体層を積層した場合は、第２の光電変換層９１２もｎ型半導体層、真
性半導体層、ｐ型半導体層の順に積層する必要がある。
【０１７１】
ｐ型単結晶半導体層９０４は、代表的には単結晶珪素層で形成される。
【０１７２】
ｐ型単結晶半導体層９０４は、単結晶半導体基板を分割して形成することができる。例え
ば、単結晶半導体基板中に水素などのイオンを高濃度に導入し、該イオン導入領域におい
て単結晶半導体基板を分割することでｐ型単結晶半導体層９０４を形成する。上記の単結
晶半導体基板としては、単結晶シリコンウェハを用いれば良い。
【０１７３】
真性微結晶半導体層９０５及びｎ型微結晶半導体層９０６は、ｐ型単結晶半導体層９０４
に微結晶半導体層を形成し、該微結晶半導体層の一部にｎ型を付与する不純物元素を添加
することにより形成する。該微結晶半導体層中のｎ型を付与する不純物元素が添加された
領域が、ｎ型微結晶半導体層９０６となり、添加されなかった領域が、真性微結晶半導体
層９０５となる。
【０１７４】
ｎ型微結晶半導体層９０６を覆って、絶縁層９１７が設けられている。絶縁層９１７は、
第１の光電変換層９１１及び第２の光電変換層９１２を絶縁分離する機能を有する。
【０１７５】
絶縁層９１７上には、第２の光電変換層９１２及び導電膜９１８が積層されている。第２
の光電変換層９１２は、ｐ型非晶質半導体層９０７、真性非晶質半導体層９０８、ｎ型非
晶質半導体層９０９を有している。
【０１７６】
上記絶縁層９１７の第２の光電変換層９１２が形成されていない領域には、補助電極９１
９が形成されており、これにより、電気エネルギーの外部への取り出しを可能としている
。
【０１７７】
ｐ型非晶質半導体層９０７、真性非晶質半導体層９０８、ｎ型非晶質半導体層９０９とし
て、それぞれ、例えばｐ型非晶質珪素層、真性非晶質珪素層、ｎ型非晶質珪素層を用いる
ことができる。当該ｐ型非晶質珪素層、真性非晶質珪素層、ｎ型非晶質珪素層は、例えば
プラズマＣＶＤ法を用いて形成すればよい。プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質珪素層を
形成する際には、原材料としてシラン系ガス及びジボランを用いて成膜すればよい。また
プラズマＣＶＤ法により真性非晶質珪素層を形成する際には、原材料としてシラン系ガス
を用いて成膜すればよい。またプラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質珪素層を形成する際に
は、原材料としてシラン系ガス及びホスフィンを用いて成膜すればよい。
【０１７８】
ｎ型非晶質半導体層９０９に接して、導電膜９１８が設けられている。
【０１７９】
導電膜９１８は、透光性を有する材料により形成されていると、太陽光を透過させるので
好適である。
【０１８０】
図１１に示す、第１の光電変換層９１１を第１の光電変換素子１０１、及び第２の光電変
換層９１２を第２の光電変換素子１０２として用いると、第１の光電変換素子１０１及び
第２の光電変換素子１０２の占有面積を抑制することができるので好適である。
【０１８１】
また、光電変換層に用いられる半導体の材料として、例えば珪素以外に、ゲルマニウム、
炭化珪素、ガリウムヒ素、リン化インジウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、シリコンゲ
ルマニウムなどのような化合物半導体も用いることができる。
【０１８２】
また、光電変換層として、非晶質半導体層や単結晶半導体層だけでなく、多結晶半導体層
や微結晶半導体層を用いてもよい。多結晶半導体を用いて光電変換層を形成する場合、非
晶質半導体膜または微結晶半導体膜を、レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルな
どの結晶化を助長する触媒元素を用いた熱結晶化法等を単独で、或いは複数組み合わせて
実施することで、形成することができる。また、多結晶半導体層を、スパッタ法、プラズ
マＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いて、直接形成しても良い。
【０１８３】
あるいは、本実施の形態は、単結晶半導体層の代わりに多結晶半導体層を適用することも
でき、代表的には多結晶珪素層を適用することができる。単結晶半導体層の代わりに多結
晶半導体層を適用した場合、本実施の形態における「単結晶半導体」は「多結晶半導体」
に置き換えることが可能である。
【０１８４】
さらに、第１の光電変換素子１０１及び第２の光電変換素子１０２として、ＨＩＴ（Ｈｅ
ｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）太
陽電池、ＣＩＧ系薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電
池などを用いることが可能である。本実施の形態では、特性が異なる太陽電池であれば、
種類の如何を問わずどのような太陽電池にも適用可能である。
【０１８５】
以上から第１の光電変換素子、及び、該第１の光電変換素子と特性の異なる第２の光電変
換素子を得ることが可能である。
【０１８６】
また、第１の光電変換素子、及び該第１の光電変換素子と特性の異なる第２の光電変換素
子では、それぞれ最大電力点が異なる。最大電力点が異なる第１及び第２の光電変換素子
に各々、第１及び第２の電圧変換素子を接続する。当該第１の電圧変換素子及び第２の電
圧変換素子は、接続されている各々の光電変換素子の特性に合わせてＭＰＰＴ制御が行え
るため、出力効率が高くなる。
【０１８７】
以上から、第１の光電変換素子、及び該第１の光電変換素子と特性の異なる第２の光電変
換素子の出力を加算した光電変換装置は、出力効率が高いという点で好適である。
【０１８８】
図２（Ａ）に示す電圧変換素子３０１のトランジスタ３０２或いは図２（Ｂ）に示す電圧
変換素子３１１のトランジスタ３１２の例として、後述のトランジスタ７１０を挙げる。
トランジスタ７１０の構造及びその作製方法について、図１７（Ａ）〜図１７（Ｂ）、図
１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）を用いて説明する。
【０１８９】
まず、図１７（Ａ）にトランジスタ７１０の平面、図１７（Ｂ）にその断面構造の一例を
示す。図１７（Ａ）はトップゲート構造のトランジスタ７１０の平面図であり、図１７（
Ｂ）は図１７（Ａ）の線Ａ−Ａ’における断面図である。
【０１９０】
トランジスタ７１０は、基板７００上に、絶縁膜７０７、酸化物半導体膜７１２、ソース
電極及びドレイン電極の一方である電極７１６、ソース電極及びドレイン電極の他方であ
る電極７１７、ゲート絶縁膜７０２、及び、ゲート電極７１１を有し、電極７１６、電極
７１７にはそれぞれ配線層７１４、配線層７１５が接して設けられ、電気的に接続されて
いる。トランジスタ７１０は、ソース電極及びドレイン電極である電極７１６及び電極７
１７が、チャネル形成領域を含む酸化物半導体膜７１２の上面で接しているので、トップ
コンタクト型のトランジスタと言える。
【０１９１】
酸化物半導体膜７１２はチャネル形成領域として機能する。また酸化物半導体膜７１２は
透光性を有する。
【０１９２】
なお、図１７（Ａ）に示すトランジスタ７１０はシングルゲート構造のトランジスタを示
しているが、本実施の形態はこの構成に限定されるものではなく、ゲート電極を複数有し
、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタとしてもよい。
【０１９３】
トランジスタ７１０のチャネル形成領域としての機能を有する酸化物半導体膜は、高純度
の酸化物半導体膜であることが好適である。高純度の酸化物半導体膜を有するトランジス
タの特徴及びその利点について、以下に説明する。
【０１９４】
高純度の酸化物半導体膜は、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性に悪影響を与
える不純物が極めて少ないレベルにまで低減されたものである。電気特性に悪影響を与え
る不純物の代表例としては、水素が挙げられる。
【０１９５】
水素は、酸化物半導体膜中でキャリアの供与体（ドナー）となり得る不純物であり、酸化
物半導体膜中に水素が多量に含まれていると、酸化物半導体がｎ型化されてしまう。
【０１９６】
このように水素が多量に含まれた酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオ
ンとなってしまう。そして、トランジスタのオン・オフ比を十分にとることができない。
【０１９７】
本明細書における「高純度の酸化物半導体膜」は、酸化物半導体膜における水素が極力低
減され、過剰な酸化処理が行われているものであって、真性又は実質的に真性な半導体膜
を指す。高純度の酸化物半導体膜の一例としては、キャリア濃度が１×１０１４／ｃｍ３
未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未
満、または６．０×１０１０／ｃｍ３未満である酸化物半導体膜が挙げられる。過剰な酸
化処理の具体例としては、酸化物半導体膜に水素、水、及び水酸基等を除去するための加
熱処理を行った後、連続して酸素雰囲気または窒素及び酸素を含む雰囲気（例えば、窒素
と酸素の体積比が４：１）での加熱処理を行う方法が挙げられる。
【０１９８】
酸化物半導体膜に含まれる水素を徹底的に除去し、過剰な酸化処理を行うことにより得ら
れる高純度の酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、シリコンをチ
ャネル形成領域に用いたトランジスタ等に比較して、オフ電流が非常に小さいという特徴
を有している。
【０１９９】
また、本実施の形態においては、高純度の酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ｎチ
ャネル型のトランジスタであるものとして以下説明する。
【０２００】
なお、本明細書においてオフ電流（リーク電流ともいう）とは、ｎチャネル型のトランジ
スタでしきい値Ｖｔｈが正である場合、室温において−２０Ｖ以上−５Ｖ以下の範囲で任
意のゲート電圧を印加したときにトランジスタのソース−ドレイン間を流れる電流のこと
を指す。なお、室温は、１５度以上２５度以下とする。本明細書に開示する酸化物半導体
膜を用いたトランジスタは、室温において、チャネル幅（Ｗ）あたりの電流値が１００ｚ
Ａ／μｍ以下、好ましくは１０ｚＡ／μｍ以下である。
【０２０１】
なお、オフ電流とドレイン電圧の値が分かればオームの法則からトランジスタがオフ状態
のときの抵抗値（オフ抵抗Ｒ）を算出することができ、チャネル形成領域の断面積Ａとチ
ャネル長Ｌが分かればρ＝ＲＡ／Ｌの式（Ｒはオフ抵抗を表す）からオフ抵抗率ρを算出
することもできる。オフ抵抗率は１×１０９Ω・ｍ以上（または１×１０１０Ω・ｍ以上
）が好ましい。ここで、断面積Ａは、チャネル形成領域の膜厚をｄとし、チャネル幅をＷ
とするとき、Ａ＝ｄＷから算出することができる。
【０２０２】
また、酸化物半導体膜のエネルギーギャップは、２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上
、より好ましくは３ｅＶ以上である。
【０２０３】
また、高純度の酸化物半導体膜を用いたトランジスタは温度特性が良好である。代表的に
は、温度を−２５℃から１５０℃までの範囲で変化させた際のトランジスタの電流電圧特
性を測定すると、オン電流、オフ電流、電界効果移動度、Ｓ値、及びしきい値電圧の変動
がほとんどなく、温度による電流電圧特性の劣化がほとんど見られない。
【０２０４】
次に、酸化物半導体膜を用いたトランジスタのホットキャリア劣化について説明する。
【０２０５】
ホットキャリア劣化とは、高速に加速された電子がドレイン近傍のチャネル形成領域から
ゲート絶縁膜中に注入されて固定電荷となることや、高速に加速された電子がゲート絶縁
膜界面にトラップ準位を形成することにより、しきい電圧の変動やゲートリーク電流等の
トランジスタ特性の劣化が生じたりすることであり、ホットキャリア劣化の要因としては
、チャネルホットエレクトロン注入（ＣＨＥ注入）とドレインアバランシェホットキャリ
ア注入（ＤＡＨＣ注入）がある。
【０２０６】
シリコンはバンドギャップが１．１２ｅＶと小さいため、アバランシェ降伏によって雪崩
的に電子が発生しやすく、ゲート絶縁膜への障壁を越えられるほど高速に加速される電子
数が増加する。一方、本実施の形態で示す酸化物半導体膜は、バンドギャップが３．１５
ｅＶと広いため、アバランシェ降伏が生じにくく、シリコンと比べてホットキャリア劣化
の耐性が高い。
【０２０７】
なお、高耐圧材料の一つであるシリコンカーバイドのバンドギャップと酸化物半導体のバ
ンドギャップは同等である。しかし、シリコンカーバイドよりも、酸化物半導体の方が移
動度が小さいため、電子が加速されにくい。また、ゲート絶縁膜である酸化膜との障壁が
、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、シリコンよりも、酸化物半導体の方が大きいため
、酸化膜に注入される電子が極めて少ない。酸化膜に注入される電子が極めて少ないため
、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、シリコンよりも、酸化物半導体の方がホットキャ
リア劣化が生じにくく、ドレイン耐圧が高いといえる。このため、チャネル形成領域とし
て機能する酸化物半導体と、ソース電極及びドレイン電極との間に、意図的に低濃度不純
物領域を形成する必要が無く、トランジスタ構造が極めて簡単になり、製造工程数を低減
できる。
【０２０８】
以上のように、酸化物半導体を用いたトランジスタはドレイン耐圧が高く、具体的には１
００Ｖ以上、好ましくは５００Ｖ以上、好ましくは１ｋＶ以上のドレイン耐圧を有するこ
とが可能である。
【０２０９】
上述の酸化物半導体は、可視光の透過率に優れた半導体である。そのため、このような透
光性を有する酸化物半導体をチャネル形成領域として有するトランジスタは、光電変換素
子と重畳して形成されていても、光電変換素子に可視光が到達するのを阻害しない。
【０２１０】
次に、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）を用いて、トランジスタ７１０を作製する工程につい
て説明する。
【０２１１】
まず、基板７００を用意する。基板７００は、基板７００側からトランジスタ７１０に光
が入射することを想定して、基板７００は太陽光に対して透光性を有している材料を用い
る。
【０２１２】
透光性を有する基板７００として、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、セラミック基板を用いることができる。
【０２１３】
透光性を有する基板７００として、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（プラスチック基板）を用いる場合は、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。
【０２１４】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレ
ンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（Ｐ
ＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミ
ド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ
酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【０２１５】
基板７００上に下地膜となる絶縁膜７０７を形成する。
【０２１６】
絶縁膜７０７としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、ま
たは酸化窒化アルミニウム膜などの酸化物絶縁膜を用いると好ましい。絶縁膜７０７の形
成方法としては、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができるが、絶縁
膜７０７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で絶縁膜７
０７を成膜することが好ましい。
【０２１７】
本実施の形態においては、絶縁膜７０７としてスパッタリング法により酸化シリコン膜を
形成する。具体的には、基板７００を処理室へ搬送した後、水素及び水分が除去され、か
つ高純度酸素を含むスパッタガスを導入し、シリコンまたはシリコン酸化物のターゲット
を用いて、基板７００上に絶縁膜７０７として酸化シリコン膜を成膜する。なお、成膜時
の基板７００は室温でもよいし、加熱されていてもよい。
【０２１８】
成膜条件の具体例としては、ターゲットとして石英（好ましくは合成石英）を用い、基板
温度１０８℃、基板７００とターゲット間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍ、圧力０．
４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流
量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜
する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、ターゲットとして石英（好ましくは合成石英）に
代えてシリコンターゲットを用いることもできる。また、スパッタガスとして酸素及びア
ルゴンの混合ガスに代えて酸素ガスを用いてもよい。ここで、絶縁膜７０７を成膜する際
に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物がｐｐｍレベル、
好ましくはｐｐｂレベルの濃度まで除去された高純度ガスを用いる。
【０２１９】
また、絶縁膜７０７の成膜時において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁膜７０７を
成膜することにより、絶縁膜７０７に水素、水、水酸基又は水素化物などが含まれないよ
うにすることが好ましい。
【０２２０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いればよい。例えば、
クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることができる。
また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを組み合わせて使用すること
が好ましい。クライオポンプを用いて排気した処理室は、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）等の
水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した絶縁膜７０７は、水素
原子が極力取り込まれにくく好ましい。
【０２２１】
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法と、Ｄ
Ｃスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリン
グ法もある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッ
タリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０２２２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置可能な多元スパッタ装置もある。多元スパッタ
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【０２２３】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッ
タ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲス
パッタリング法を用いるスパッタ装置を用いることができる。
【０２２４】
また、スパッタリング法を用いる成膜方法としては、成膜中にターゲット物質とスパッタ
ガス成分とを化学反応させ、それらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング
法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【０２２５】
また、絶縁膜７０７は単層構造に限定されず、積層構造でもよい。例えば、基板７００側
から窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニ
ウム膜などの窒化物絶縁膜と、上記酸化物絶縁膜との積層構造としてもよい。
【０２２６】
例えば、基板上に高純度窒素を含むスパッタガスを導入し、シリコンターゲットを用いて
窒化シリコン膜を成膜し、その後、スパッタガスを高純度酸素ガスに切り替えて、酸化シ
リコン膜を成膜する。この場合においても、先に説明したのと同様に、処理室内の残留水
分を除去しつつ窒化シリコン膜や酸化シリコン膜を成膜することが好ましい。また、成膜
時に基板を加熱してもよい。
【０２２７】
次に、絶縁膜７０７上に酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する。
【０２２８】
酸化物半導体膜に水素、水酸基及び水分が極力含まれないようにするために、成膜の前処
理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁膜７０７が形成された基板７００を予
備加熱し、基板７００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好まし
い。なお、予備加熱室に設ける排気手段は、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）等の水素原子を含
む化合物等を排気するためクライオポンプが好ましい。また、この予備加熱は、後に形成
するゲート絶縁膜７０２の成膜前の基板７００に対して行うことが好ましい。また、後に
形成する電極７１６及び電極７１７まで形成した基板７００に対しても同様に行うことが
好ましい。ただし、これらの予備加熱の処理は省略してもよい。
【０２２９】
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入して
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜７０７の表面に付着しているゴミを除去
することも好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板に高周波電源を用いて電
圧を印加することによって基板近傍にプラズマを形成し、表面を改質する方法である。な
お、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素等を用いてもよい。
【０２３０】
酸化物半導体膜のターゲットとしては、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲット
を用いることができる。上記ターゲットとして、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：Ｚｎ
Ｏ＝１：１：１（ｍｏｌ数比）、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２（ｍｏｌ
数比）、またはＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４（ｍｏｌ数比）であるター
ゲットを用いることができる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含むターゲットの充填率は
９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上１００％未満である。充填率の高いター
ゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
【０２３１】
なお、酸化物半導体膜の成膜の際は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲
気下、または希ガス及び酸素混合雰囲気下とすればよい。ここで、酸化物半導体膜を成膜
する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物がｐｐｍレ
ベル、好ましくはｐｐｂレベルの濃度まで除去された高純度ガスを用いる。
【０２３２】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室内の残留水分
を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲット
として基板７００上に成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空
ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリ
メーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコ
ールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は
、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子
を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる
不純物の濃度を低減できる。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を室温状態のままとする
か、または４００℃未満の温度に加熱してもよい。
【０２３３】
酸化物半導体膜の成膜条件の一例としては、基板温度を室温、基板とターゲットの間との
距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（
酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ＝１：２）雰囲気下の条件が挙げられ
る。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となる
ために好ましい。酸化物半導体膜の膜厚は、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすればよく
、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体の材料により
適切な膜厚は異なり、材料に応じて適宜膜厚を選択すればよい。
【０２３４】
以上では、酸化物半導体として、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物を用いる例を示したが、その他にも、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系や、他の三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ
−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や
、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系や、Ｉｎ−
Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸
化物半導体はＳｉを含んでいてもよい。また、これらの酸化物半導体は、非晶質であって
もよいし、結晶質であってもよい。または、非単結晶であってもよいし、単結晶であって
もよい。なお、本明細書において、三元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他に３つの金
属元素を含む金属酸化物を指す。同様にして、四元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他
に４つの金属元素を含む金属酸化物、二元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他に２つの
金属元素を含む金属酸化物を指す。
【０２３５】
また、酸化物半導体膜として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用
いることもできる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複
数の金属元素である。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧ
ａ及びＣｏが挙げられる。
【０２３６】
次に、酸化物半導体膜を第１のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体膜７１
２に加工する（図１８（Ａ）参照）。なお、島状の酸化物半導体膜７１２を形成するため
のレジストをインクジェット法で形成してもよい。レジストをインクジェット法で形成す
るとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２３７】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
く、両方を用いてもよい。
【０２３８】
ドライエッチングを行う場合、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ
ｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導
結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングでき
るように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加さ
れる電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０２３９】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例え
ば塩素（Ｃｌ２）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（
ＣＣｌ４）など）が好ましいが、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（
ＣＦ４）、六弗化硫黄（ＳＦ６）、三弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ
３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、またはこれらのガスにヘリウム（Ｈｅ
）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス等を用いることもできる。
【０２４０】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、ア
ンモニア過水（３１重量％過酸化水素水：２８重量％アンモニア水：水＝５：２：２）な
どを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。エッチ
ングの条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）については、酸化物半導体の材料
に合わせて適宜調節すればよい。
【０２４１】
また、ウェットエッチングを行う場合、エッチング液はエッチングされた材料とともに洗
浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれ
る材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれる材料
（例えば、インジウム等のレアメタル）を回収して再利用することにより、資源を有効活
用することができる。
【０２４２】
本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェット
エッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体膜７１２に加工する。
【０２４３】
次に、酸化物半導体膜７１２に第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００
℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱
処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜７１２に対して窒素雰囲気
下４５０℃において１時間の加熱処理を行うことにより、酸化物半導体膜７１２への水や
水素の混入を防ぎ、酸化物半導体膜７１２を得る。この第１の加熱処理によって酸化物半
導体膜７１２から水素、水、及び水酸基等を除去することができる。
【０２４４】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ
Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａ
ｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒ
ｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナト
リウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処
理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置で
ある。気体としては、不活性ガス（代表的には、アルゴン等の希ガス）または窒素ガスを
用いることができる。
【０２４５】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いることにより、短時間での高温加熱処
理が可能となる。
【０２４６】
第１の加熱処理の際の雰囲気には、水、水素などが含まれないようにすることが好ましい
。または、加熱処理装置の内に導入する窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等のガスの純
度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（
即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０２４７】
なお、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体膜の材料によっては、第１の加熱処理
により島状の酸化物半導体膜７１２が結晶化し、微結晶化または多結晶化する場合もある
。例えば、結晶化率が８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。ただし、
第１の加熱処理を行っても島状の酸化物半導体膜７１２が結晶化せず、非晶質の酸化物半
導体膜となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体膜の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以
上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる
場合もある。
【０２４８】
また、酸化物半導体膜に対する第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体膜に加工する前の
酸化物半導体膜に行ってもよい。この場合、第１の加熱処理後に、加熱処理装置から基板
を取り出し、第１のフォトリソグラフィ工程を行う。その他に、第１の加熱処理は、酸化
物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を積層した後、またはソース電極及びドレイ
ン電極上にゲート絶縁膜を形成した後、のいずれで行ってもよい。
【０２４９】
第１の加熱処理においては、酸化物半導体膜中から水素、水、及び水酸基等の不純物を除
去することを主な目的としているが、この第１の加熱処理の際に酸化物半導体膜中に酸素
欠損が生じてしまうおそれがある。このため、第１の加熱処理の後に、過剰な酸化処理を
行うことが好ましい。過剰な酸化処理の具体例としては、第１の加熱処理の後、連続して
酸素雰囲気または窒素及び酸素を含む雰囲気（例えば、窒素と酸素の体積比が４：１）で
の加熱処理を行う方法が挙げられる。
【０２５０】
第１の加熱処理は、酸化物半導体膜に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する。
【０２５１】
次に、絶縁膜７０７及び酸化物半導体膜７１２上に、導電膜を形成する。導電膜は、スパ
ッタリング法や真空蒸着法により形成すればよい。
【０２５２】
該導電膜は透光性を有する導電膜を用いて形成する必要がある。このような透光性を有す
る導電膜として、導電性を有する金属酸化物が挙げられる。導電性を有する金属酸化物と
しては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、
酸化インジウム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）また
は前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることがで
きる。また、導電膜は、単層構造としてもよいし、２層以上の積層構造としてもよい。
【０２５３】
次に、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストを形成し、選択的にエッ
チングを行って電極７１６及び電極７１７を形成した後、レジストを除去する（図１８（
Ｂ）参照）。電極７１６はソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、電極７１７
はソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。ここで、電極７１６及び電極７１
７の端部がテーパとなるようにエッチングすると、上に積層するゲート絶縁膜の被覆性が
向上するため好ましい。なお、電極７１６、電極７１７を形成するためのレジストマスク
をインクジェット法で形成してもよい。レジストをインクジェット法で形成するとフォト
マスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２５４】
また基板７００の大きさが大きければ、後述の工程で形成されるトランジスタが占める面
積を大きくできるという点で好適である。トランジスタが占める面積が大きいと、チャネ
ル幅Ｗを広くすることが可能である。トランジスタのチャネル幅Ｗが広いと、電流能力を
稼ぐことが可能である。
【０２５５】
次に、絶縁膜７０７、酸化物半導体膜７１２、電極７１６、電極７１７上にゲート絶縁膜
７０２を形成する（図１８（Ｃ）参照）。
【０２５６】
ゲート絶縁膜７０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成する。ま
たゲート絶縁膜７０２は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化
酸化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜を単層又は積層して形成することができる。
【０２５７】
ゲート絶縁膜７０２を形成する際は、水素が含まれないようにすることが好ましい。この
ため、成膜時の雰囲気に水素を極力減らすことが可能なスパッタリング法でゲート絶縁膜
７０２を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場
合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガス
として酸素、または酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０２５８】
また、ゲート絶縁膜７０２は、基板７００側から順に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を
積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁膜として膜厚５ｎｍ以上３
００ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁膜上
に第２のゲート絶縁膜として膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮ
ｙ（ｙ＞０））を積層して、ゲート絶縁膜としてもよい。例えば、積層したゲート絶縁膜
のｎ膜厚は、１００ｎｍとする。本実施の形態では、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５
ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）
雰囲気下でＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜を形成する。
【０２５９】
次に、第３のフォトリソグラフィ工程によりレジストを形成し、選択的にエッチングを行
ってゲート絶縁膜７０２の一部を除去することにより、電極７１６及び電極７１７それぞ
れに達する開口７１８及び開口７１９を形成する（図１８（Ｄ）参照）。なお、レジスト
マスクをインクジェット法で形成する場合、フォトマスクを使用しないため、製造コスト
を低減できる。
【０２６０】
次に、ゲート絶縁膜７０２、開口７１８、及び開口７１９上に導電膜を形成した後、第４
のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極７１１、配線層７１４、配線層７１５を形成
する。
【０２６１】
ゲート電極７１１、配線層７１４、配線層７１５は、モリブデン、チタン、クロム、タン
タル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、又はこ
れらを主成分とする合金材料を用いて、単層又は積層して形成することができる。ゲート
電極７１１、配線層７１４、配線層７１５の２層構造の具体例としては、アルミニウム層
上にモリブデン層が積層された構造、銅層上にモリブデン層が積層された構造、銅層上に
窒化チタン層若しくは窒化タンタル層が積層された構造、または窒化チタン層上にモリブ
デン層が積層された構造が挙げられる。また、３層構造の具体例としては、タングステン
層または窒化タングステン層と、アルミニウム及びシリコンの合金層またはアルミニウム
及びチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とが積層された構造が挙げられる。
【０２６２】
なお、ゲート電極７１１、配線層７１４、配線層７１５は、透光性を有する導電膜を用い
て形成することも可能である。
【０２６３】
当該透光性を有する導電膜として、導電性を有する金属酸化物が挙げられる。導電性を有
する金属酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化
亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ
３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたもの
を用いることができる。また、導電膜は、単層構造としてもよいし、２層以上の積層構造
としてもよい。
【０２６４】
次に、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２０
０℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。本実施の形態では、
窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。なお、第２の加熱処理は、ト
ランジスタ７１０上に保護絶縁膜や平坦化絶縁膜を形成してから行ってもよい。
【０２６５】
また、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を更に
行ってもよい。この加熱処理は、一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から
、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回繰
り返して行ってもよい。
【０２６６】
以上の工程により、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された、高純度の酸化
物半導体膜７１２を有するトランジスタ７１０を形成することができる（図１８（Ｅ）参
照）。
【０２６７】
また、トランジスタ７１０上に保護絶縁膜や、平坦化のための平坦化絶縁膜を設けてもよ
い。保護絶縁膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化
酸化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜を単層又は積層して形成することができる。ま
た、平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、
エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に
、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳ
Ｇ（リンボロンガラス）等を用いることもできる。また、これらの材料で形成される絶縁
膜を複数積層させることで平坦化絶縁膜を形成してもよい。
【０２６８】
ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばア
ルキル基やアリール基）を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い
。
【０２６９】
平坦化絶縁膜の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、
スピンコート法、ディップ法、スプレー塗布法、液滴吐出法（インクジェット法、スクリ
ーン印刷、オフセット印刷等）等の方法、ドクターナイフ、ロールコータ、カーテンコー
タ、ナイフコーター等のツールを用いることができる。
【０２７０】
上述したように、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去する
ことで、酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。
【０２７１】
次に図１７に示すトランジスタと異なる構造の例、高純度の酸化物半導体を用いたトラン
ジスタの構造の他の例を、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）に示す。
【０２７２】
図１９（Ａ）に示すトランジスタ７２０は、ボトムゲート型トランジスタである。トラン
ジスタ７２０は、基板７００上に形成されたゲート電極７２１と、ゲート電極７２１上の
ゲート絶縁膜７２２と、ゲート絶縁膜７２２上においてゲート電極７２１と重畳する酸化
物半導体膜７２３と、酸化物半導体膜７２３上においてゲート電極７２１と重畳するチャ
ネル保護膜７２４と、酸化物半導体膜７２３上に形成された導電膜７２５及び導電膜７２
６とを有する。さらに、トランジスタ７２０は、酸化物半導体膜７２３上に形成された絶
縁膜７２７を、その構成要素に含めても良い。トランジスタ７２０は、ソース電極及びド
レイン電極である導電膜７２５及び導電膜７２６が、チャネル形成領域を含む酸化物半導
体膜７２３の上面で接しているので、トップコンタクト型のトランジスタと言える。
【０２７３】
チャネル保護膜７２４を設けることによって、酸化物半導体膜７２３のチャネル形成領域
となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ（エッチング時のプラズマやエッチン
グ剤による膜減りなど）を防ぐことができる。従ってトランジスタの信頼性を向上させる
ことができる。
【０２７４】
チャネル保護膜７２４には、酸素を含む無機材料（酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪
素、酸化アルミニウム、または酸化窒化アルミニウムなど）を用いることができる。チャ
ネル保護膜７２４は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング
法を用いて形成することができる。チャネル保護膜７２４は成膜後にエッチングにより形
状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化珪素膜を形成し、フォトリソグラフィに
よるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル保護膜７２４を形成する。
【０２７５】
また、酸化物半導体膜７２３に接してチャネル保護膜７２４を形成すると、酸化物半導体
膜７２３中のチャネル保護膜７２４と接する領域が高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領
域となる。チャネル保護膜７２４の形成により、酸化物半導体膜７２３は、チャネル保護
膜７２４との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有することができる。
【０２７６】
なお、トランジスタ７２０は、絶縁膜７２７上に、バックゲート電極をさらに有していて
も良い。バックゲート電極は、酸化物半導体膜７２３のチャネル形成領域と重なるように
形成する。バックゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても
良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極には、ゲ
ート電極７２１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位
が与えられていても良い。バックゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トラ
ンジスタ７２０の閾値電圧を制御することができる。
【０２７７】
図１９（Ｂ）に示すトランジスタ７３０は、ボトムゲート型トランジスタである。トラン
ジスタ７３０は、基板７００上に形成されたゲート電極７３１と、ゲート電極７３１上の
ゲート絶縁膜７３２と、ゲート絶縁膜７３２上の導電膜７３３及び導電膜７３４と、ゲー
ト電極７３１と重なっている酸化物半導体膜７３５とを有する。さらに、トランジスタ７
３０は、酸化物半導体膜７３５上に形成された絶縁膜７３７を、その構成要素に含めても
良い。トランジスタ７３０は、ソース電極及びドレイン電極である導電膜７３３及び導電
膜７３４が、チャネル形成領域を含む酸化物半導体膜７３５の下面で接しているので、ボ
トムコンタクト型のトランジスタと言える。
【０２７８】
また、ボトムコンタクト型のトランジスタ７３０の場合、導電膜７３３及び導電膜７３４
の膜厚は、後に形成される酸化物半導体膜７３５が段切れを起こすのを防ぐために、薄く
するのが望ましい。具体的には、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍ
とする。
【０２７９】
なお、トランジスタ７３０は、絶縁膜７３７上に、バックゲート電極をさらに有していて
も良い。バックゲート電極は、酸化物半導体膜７３５のチャネル形成領域と重畳するよう
に形成する。バックゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であって
も良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極には、
ゲート電極７３１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電
位が与えられていても良い。バックゲート電極に与える電位の高さを制御することで、ト
ランジスタ７３０の閾値電圧を制御することができる。
【０２８０】
図１９（Ｃ）に示すトランジスタ７４０は、トップゲート型トランジスタである。トラン
ジスタ７４０は、基板７００上に形成された導電膜７４１及び導電膜７４２と、導電膜７
４１及び導電膜７４２上に形成された酸化物半導体膜７４３と、酸化物半導体膜７４３上
のゲート絶縁膜７４４と、ゲート絶縁膜７４４上において酸化物半導体膜７４３と重なっ
ているゲート電極７４５とを有する。さらに、トランジスタ７４０は、ゲート電極７４５
上に形成された絶縁膜７４７を、その構成要素に含めても良い。トランジスタ７４０は、
ソース電極及びドレイン電極である導電膜７４１及び導電膜７４２が、チャネル形成領域
を含む酸化物半導体膜７４３の下面で接しているので、ボトムコンタクト型のトランジス
タと言える。
【０２８１】
また、トップゲート型のトランジスタ７４０の場合、導電膜７４１及び導電膜７４２の膜
厚は、後に形成される酸化物半導体膜７４３が段切れを起こすのを防ぐために、薄くする
のが望ましい。具体的には、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとす
る。
【０２８２】
電圧変換素子３０１のトランジスタ３０２として、酸化物半導体膜をチャネル形成領域と
して有するトランジスタ７１０、トランジスタ７２０、トランジスタ７３０、トランジス
タ７４０を用いると、耐圧が高いので好適である。
【０２８３】
ただし、電圧変換素子３０１のトランジスタ３０２の構造は、トランジスタ７１０、トラ
ンジスタ７２０、トランジスタ７３０、トランジスタ７４０の構造に限定されるものでは
ない。トランジスタ３０２又はトランジスタ３１２として、例えばパワーＭＯＳ（ＭＩＳ
）ＦＥＴを用いると、より耐圧が高いので好適である。
【０２８４】
以上から第１の光電変換素子１０１の出力電圧を変換する第１の電圧変換素子１０３、及
び第２の光電変換素子１０２の出力電圧を変換する第２の電圧変換素子１０４を得ること
が可能である。本実施の形態により、耐圧の高い酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有
するトランジスタを用いて、第１の電圧変換素子１０３及び第２の電圧変換素子１０４を
得ることが可能である。
【０２８５】
以上説明したように、本実施の形態の光電変換装置は、リップル電圧を抑制することが可
能である。また本実施の形態の光電変換装置は、出力電圧の低下を抑制することが可能で
ある。
【０２８６】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１の光電変換装置に、さらに電圧変換素子を追加した光電
変換装置の回路構成の一例について、図１４及び図１６を用いて説明する。追加された電
圧変換素子により、実施の形態１の光電変換装置からの出力電圧は、他の機器の作動に最
適な電圧になるように変換される。
【０２８７】
図１６に、光電変換装置１００、電圧変換素子６０１＿１、電圧変換素子６０１＿２、及
び外部回路１０６を示す。図１６に示す光電変換装置１００及び外部回路１０６は図１と
同様である。
【０２８８】
第１の光電変換素子１０１に接続される第１の電圧変換素子１０３には、電圧変換素子６
０１＿１が接続される。また第２の光電変換素子１０２に接続される第２の電圧変換素子
１０４には、電圧変換素子６０１＿２が接続される。
【０２８９】
電圧変換素子６０１＿１には、電圧変換素子１０３で変換された電圧Ｖ２＿１が入力され
る。電圧変換素子６０１＿１に入力された電圧Ｖ２＿１は、電圧変換素子６０１＿１によ
り、電圧Ｖ３＿１に変換される。同様にして、電圧変換素子６０１＿２には、電圧変換素
子１０４で変換された電圧Ｖ２＿２が入力される。電圧変換素子６０１＿２に入力された
電圧Ｖ２＿２は、電圧変換素子６０１＿２により、電圧Ｖ３＿２に変換される。
【０２９０】
電圧変換素子６０１＿１から出力された電圧Ｖ３＿１、及び電圧変換素子６０１＿２から
出力された電圧Ｖ３＿２は加算され、出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力される。
【０２９１】
電圧変換素子６０１＿１は、電圧変換回路６０２＿１、及び電圧変換回路６０２＿１の制
御回路６０３＿１を有している。また電圧変換素子６０１＿２は、電圧変換回路６０２＿
２、及び電圧変換回路６０２＿２の制御回路６０３＿２を有している。電圧変換回路６０
２＿１は、制御回路６０３＿１からのＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ａにより制御される。また電圧
変換回路６０２＿２は、制御回路６０３＿２からのＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｂにより制御され
る。
【０２９２】
図１６に示す電圧変換素子６０１＿１及び電圧変換素子６０１＿２の構成例を図１４に示
す。ただし、図１４に示す電圧変換素子６０１は、図１６に示す電圧変換素子６０１＿１
及び電圧変換素子６０１＿２に対応している。図１４に示す電圧変換回路６０２は、図１
６に示す電圧変換回路６０２＿１及び電圧変換回路６０２＿２に対応している。図１４に
示す制御回路６０３は、図１６に示す制御回路６０３＿１及び制御回路６０３＿２に対応
している。また図１４に示すパルス幅変調信号ＰＷＭは、図１６に示すＰＷＭ信号ＰＷＭ
＿Ａ及びＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｂに対応している。
【０２９３】
図１４に示す電圧変換素子６０１は、電圧変換回路６０２、及び電圧変換回路６０２の制
御回路６０３を有している。図１４では、電圧変換回路６０２の例として、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータを示す。
【０２９４】
電圧変換回路６０２は、トランジスタ６１１、コイル６１２、ダイオード６１３、及びコ
ンデンサ６１４を有している。制御回路６０３は、三角波発生回路６２１、デジタル制御
方式の回路６５０、パルス幅変調出力ドライバ６２３、抵抗６２４、及び抵抗６２５を有
している。また点線の矢印６２７は帰還回路のループを表している。抵抗６２４の出力電
圧である帰還電圧Ｖｆｂは、デジタル制御方式の回路６５０に入力される。
【０２９５】
デジタル制御方式の回路６５０は、コンパレータ６５１、デジタル演算処理回路６５２、
パルス幅変調出力ドライバ６５３、及びローパスフィルタ６５４（ローパスフィルタ：Ｌ
ｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ（ＬＰＦ））を有している。
【０２９６】
デジタル制御方式の回路６５０の内、デジタル演算処理回路６５２及びパルス幅変調出力
ドライバ６５３はデジタル回路である。デジタル回路は、回路を流れる信号の基準に対す
る高低によって、１か０（ゼロ）かを判断する。デジタル回路は、１か０（ゼロ）かを判
断するため、デジタル回路を構成する素子の特性がばらついても、正しく処理する事が可
能である。
【０２９７】
またデジタル制御方式の回路６５０は、占有面積の大きい受動素子（例えば、容量や抵抗
）の使用を抑制してるので、回路の占有面積を小さくすることが可能であるという点で好
適である。
【０２９８】
コンパレータ６５１は、反転入力端子ＲＥＦから入力される参照電圧Ｖｒｅｆと、非反転
入力端子から入力される帰還電圧Ｖｆｂとを比較して、Ｈ（ハイレベル）かＬ（ローレベ
ル）、すなわち１か０（ゼロ）であるデジタル信号を出力する。
【０２９９】
デジタル演算処理回路６５２は、デジタル平均化・積分器６５２ａ及びデジタルパルス幅
変調器６５２ｂを有している。またデジタル演算処理回路６５２には、外部からクロック
分割器６５５が接続され、クロック分割器６５５からのクロック信号が入力される。
【０３００】
デジタル演算処理回路６５２は、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号を、平
均化処理、積分化処理、及び、デジタルパルス幅変調処理を行う。デジタル演算処理回路
６５２中のデジタル平均化・積分器６５２ａが平均化処理及び積分化処理を行い、デジタ
ルパルス幅変調器６５２ｂがデジタルパルス幅変調処理を行う。
【０３０１】
デジタル演算処理回路６５２では、まず、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信
号（Ｈ（ハイレベル）またはＬ（ローレベル））をＮビット保持し、ＨとＬの回数を比較
し、多い方の信号を出力する。これによりデジタル信号の平均化が行われる。
【０３０２】
平均化されたデジタル信号に応じて、Ｈであれば「−１」、Ｌであれば「＋１」を加えて
積算する。これにより、平均化されたデジタル信号が積分される。
【０３０３】
積分されたデジタル信号に応じて、パルス幅変調の位相位置の設定を行う。これによりデ
ジタルパルス幅変調処理化が行われる。デジタルパルス幅変調処理化されたパルス幅変調
出力信号は、パルス幅変調出力ドライバ６５３に入力される。
【０３０４】
三角波発生回路６２１は、パルス幅変調生成信号に必要な三角波Ｖｏｓｃを発生させる回
路である。
【０３０５】
パルス幅変調出力ドライバ６２３の反転入力端子にはデジタル制御方式の回路６５０の出
力信号Ｖｅｒｒが入力され、非反転入力端子には三角波発生回路６２１が生成した三角波
Ｖｏｓｃが入力される。
【０３０６】
パルス幅変調出力ドライバ６２３は、デジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒ
と三角波Ｖｏｓｃを比較し、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５
０の出力信号Ｖｅｒｒより大きい場合は、Ｈ（ハイレベル）をパルス幅変調信号ＰＷＭと
してトランジスタ６１１に出力する。一方、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御
方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより小さい場合は、Ｌ（ローレベル）をパルス幅変
調信号（ＰＷＭ信号ＰＷＭ）としてトランジスタ６１１に出力する。
【０３０７】
本実施の形態の光電変換装置は、リップル電圧を抑制することが可能である。また本実施
の形態の光電変換装置は、出力電圧の低下を抑制することが可能である。また本実施の形
態により、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を行う制御素子だけでなく、他の機器の作動
に最適な電圧となるように制御を行う制御素子を設けた光電変換装置を得ることが可能で
ある。
【０３０８】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２などにより得られる光電変換装置を用
いて、太陽光発電モジュールを得る。得られた太陽光発電モジュールを電動推進車両に搭
載する例について説明する。
【０３０９】
本実施の形態の太陽光発電モジュールの例を、図１２（Ａ）〜図１２（Ｂ）、図２１、図
２２（Ａ）〜図２２（Ｂ）、図２３（Ａ）〜図２３（Ｂ）に示す。本実施の形態の太陽光
発電モジュールは、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製され
る。
【０３１０】
図２１に、複数の太陽光発電モジュールを有する太陽光発電モジュール８００を用いた太
陽光発電システムの例を示す。図２１では、太陽光発電モジュール８００として、２つの
太陽光発電モジュール（太陽光発電モジュール８１１及び太陽光発電モジュール８１２）
を示す。なお、本実施の形態では、太陽光発電モジュールの数が２つである場合について
説明するが、太陽光発電モジュールの数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上で
あってもよい。太陽光発電モジュールの数が多ければ多いほど、発電される電力が増大す
る。
【０３１１】
太陽光発電モジュール８１１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を具備する電圧変換回路８５
１が接続されている。該電圧変換回路８５１により、太陽光発電モジュール８１１の出力
電圧が昇圧或いは降圧される。
【０３１２】
太陽光発電モジュール８１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を具備する電圧変換回路８５２
が接続されている。該電圧変換回路８５２により、太陽光発電モジュール８１２の出力電
圧が昇圧或いは降圧される。
【０３１３】
電圧変換回路８５１及び電圧変換回路８５２には、制御回路８５３が接続されている。制
御回路８５３は、太陽光発電モジュール８１１及び太陽光発電モジュール８１２の最大電
力を取り出すように、電圧変換回路８５１及び電圧変換回路８５２を最大電力点追従（Ｍ
ＰＰＴ）制御する。
【０３１４】
また、制御回路８５３は、電圧変換回路８５１及び電圧変換回路８５２からの出力電圧を
制御し、蓄電池８４０を充電する。また制御回路８５３は、蓄電池８４０が十分に充電さ
れている場合、太陽光発電モジュール８００から供給される電力を外部回路８４１に直接
出力するよう制御する。
【０３１５】
当該複数の太陽光発電モジュール８００は、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変
換装置を用いて作製する。本実施の形態では、太陽光発電モジュール８１１の例として、
実施の形態１で述べた非晶質半導体層を光電変換層２１１に有する太陽電池（図１０参照
）を用いる。太陽光発電モジュール８１２の例として、実施の形態１で述べた単結晶半導
体層を光電変換層４１５に有する太陽電池（図１３参照）を用いる。なお、太陽光発電モ
ジュール８１１又は太陽光発電モジュール８１２は、上記太陽電池に限定されるものでは
なく、実施の形態１で述べた他の太陽電池であってもよい。
【０３１６】
蓄電池８４０として電気二重層キャパシタを用いると、充電に化学反応を必要としないた
め、急速な充電が可能である。また、化学反応を利用する鉛蓄電池などに比べ、寿命を８
倍程度、充放電効率を１．５倍程度に高めることができる。本実施の形態において示す太
陽光発電システムは、照明、電子機器など、電力を使用する様々な外部回路８４１に対し
て用いることができる。
【０３１７】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に、太陽光発電モジュール８１１の構造の一例を示す。
【０３１８】
太陽光発電モジュール８１１は、実施の形態１で述べた、非晶質半導体層を有する光電変
換層２１１を用いた太陽電池である。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）において、図１０と
同じものは同じ符号で示している。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＢ−Ｂ’に対する断
面図である。
【０３１９】
光電変換層２１１上に設けられた導電膜２１２に接して、補助電極８０７及び補助電極８
０８が設けられる。補助電極８０７及び補助電極８０８はそれぞれ、最も端部のセルの導
電膜２１２に電気的に接続されている。
【０３２０】
図２２（Ａ）〜図２２（Ｂ）に、太陽光発電モジュール８１２の構造の一例を示す。
【０３２１】
太陽光発電モジュール８１２は、支持基板８０２上に設けられた光電変換層８２０により
構成されている。支持基板８０２と光電変換層８２０の間には、支持基板８０２側から絶
縁層８０４、第１の電極８０６が設けられている。また、第１の電極８０６は補助電極８
１６と接続している。
【０３２２】
補助電極８１６及び第２の電極８１８は支持基板８０２の一表面側（光電変換層８２０が
形成されている側）に形成され、支持基板８０２の端部で外部端子コネクタ用の裏面電極
８３６及び裏面電極８３７とそれぞれ接続する。図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）のＣ−Ｃ
’に対応する断面図であり、支持基板８０２の貫通口を通じて、補助電極８１６が裏面電
極８３６と接続し、第２の電極８１８が裏面電極８３７と接続する様子を示している。
【０３２３】
本実施の形態では、光電変換層８２０として単結晶半導体層を有する光電変換層４１５を
用いる。
【０３２４】
図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）に、図２１に示した太陽光発電モジュール８００をルー
フ部分に用いた電動推進車両８６０（乗用自動車）の例を示す。太陽光発電モジュール８
００は、コンバータ８６２を介してバッテリーまたはキャパシタ８６４に接続されている
。すなわち、バッテリーまたはキャパシタ８６４は、太陽光発電モジュール８００から供
給される電力を用いて充電される。また、エンジン８６６の動作状況をモニタ８６８で監
視して、その状況に応じて充電及び放電を選択させる構成としても良い。
【０３２５】
太陽光発電モジュール８００は、熱によって光電変換効率が低下する傾向にある。このよ
うな光電変換効率の低下を抑制するために、太陽光発電モジュール８００内に冷却用の液
体などを循環させる構成としても良い。例えば、ラジエータ８７０の冷却水を循環ポンプ
８７２によって循環させる構成とすることができる。もちろん、冷却用の液体をラジエー
タ８７０と共用することには限定されない。また、光電変換効率の低下が深刻でない場合
には、液体を循環させる構成は不要である。
【０３２６】
本実施の形態の光電変換装置は、リップル電圧を抑制することが可能である。また本実施
の形態の光電変換装置は、出力電圧の低下を抑制することが可能である。該光電変換装置
を用いた太陽光発電モジュールを搭載することが可能なので、信頼性の高い電動推進車両
を得ることが可能のため好適である。
【符号の説明】
【０３２７】
１００    光電変換装置
１０１    光電変換素子
１０２    光電変換素子
１０３    電圧変換素子
１０４    電圧変換素子
１０５    制御素子
１０６    外部回路
１０７    光電変換素子
１０８    電圧変換素子
２０１    基板
２１０    導電膜
２１１    光電変換層
２１２    導電膜
２１３    ｐ型非晶質半導体層
２１４    真性非晶質半導体層
２１５    ｎ型非晶質半導体層
３０１    電圧変換素子
３０２    トランジスタ
３０３    コイル
３０４    ダイオード
３０５    コンデンサ
３０７    光電変換素子
３１１    電圧変換素子
３１２    トランジスタ
３１３    コイル
３１４    ダイオード
３１５    コンデンサ
３１７    光電変換素子
４０４    絶縁層
４０８    ｎ型単結晶半導体層
４０９    非拡散単結晶半導体層
４１０    単結晶半導体層
４１４    ｐ型半導体層
４１５    光電変換層
４２２    導電膜
４２４    導電膜
６０１    電圧変換素子
６０１＿１    電圧変換素子
６０１＿２    電圧変換素子
６０２    電圧変換回路
６０２＿１    電圧変換回路
６０２＿２    電圧変換回路
６０３    制御回路
６０３＿１    制御回路
６０３＿２    制御回路
６１１    トランジスタ
６１２    コイル
６１３    ダイオード
６１４    コンデンサ
６２１    三角波発生回路
６２３    パルス幅変調出力ドライバ
６２４    抵抗
６２５    抵抗
６２７    矢印
６５０    回路
６５１    コンパレータ
６５２    デジタル演算処理回路
６５２ａ    デジタル平均化・積分器
６５２ｂ    デジタルパルス幅変調器
６５３    パルス幅変調出力ドライバ
６５４    ローパスフィルタ
６５５    クロック分割器
７００    基板
７０２    ゲート絶縁膜
７０７    絶縁膜
７１０    トランジスタ
７１１    ゲート電極
７１２    酸化物半導体膜
７１４    配線層
７１５    配線層
７１６    電極
７１７    電極
７１８    開口
７１９    開口
７２０    トランジスタ
７２１    ゲート電極
７２２    ゲート絶縁膜
７２３    酸化物半導体膜
７２４    チャネル保護膜
７２５    導電膜
７２６    導電膜
７２７    絶縁膜
７３０    トランジスタ
７３１    ゲート電極
７３２    ゲート絶縁膜
７３３    導電膜
７３４    導電膜
７３５    酸化物半導体膜
７３７    絶縁膜
７４０    トランジスタ
７４１    導電膜
７４２    導電膜
７４３    酸化物半導体膜
７４４    ゲート絶縁膜
７４５    ゲート電極
７４７    絶縁膜
８００    太陽光発電モジュール
８０２    支持基板
８０４    絶縁層
８０６    第１の電極
８０７    補助電極
８０８    補助電極
８１１    太陽光発電モジュール
８１２    太陽光発電モジュール
８１６    補助電極
８１８    第２の電極
８２０    光電変換層
８３６    裏面電極
８３７    裏面電極
８４０    蓄電池
８４１    外部回路
８５１    電圧変換回路
８５２    電圧変換回路
８５３    制御回路
８６０    電動推進車両
８６２    コンバータ
８６４    キャパシタ
８６６    エンジン
８６８    モニタ
８７０    ラジエータ
８７２    循環ポンプ
９０１    支持基板
９０２    絶縁層
９０３    導電膜
９０４    ｐ型単結晶半導体層
９０５    真性微結晶半導体層
９０６    ｎ型微結晶半導体層
９０７    ｐ型非晶質半導体層
９０８    真性非晶質半導体層
９０９    ｎ型非晶質半導体層
９１１    光電変換層
９１２    光電変換層
９１５    導電膜
９１６    補助電極
９１７    絶縁層
９１８    導電膜
９１９    補助電極
Ｖ１＿１    電圧
Ｖ１＿２    電圧
Ｖ２＿１    電圧
Ｖ２＿２    電圧
Ｖ３＿１    電圧
Ｖ３＿２    電圧
Ｖｏｕｔ    出力電圧
ＰＷＭ＿１    ＰＷＭ信号
ＰＷＭ＿２    ＰＷＭ信号
ＰＷＭ＿３    ＰＷＭ信号
ＰＷＭ＿Ａ    ＰＷＭ信号
ＰＷＭ＿Ｂ    ＰＷＭ信号
Ｔ    周期
Ｔ１    周期
Ｔ２    周期
Ｔｏｎ    時間
Ｔｏｎ＿１    時間
Ｔｏｎ＿２    時間
Ｔｏｎ＿３    時間
Ｔｏｆｆ    時間
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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