JP2752924B2 - 電力を発生する光学フィルターおよび風防ガラス並びに自動車 - Google Patents

電力を発生する光学フィルターおよび風防ガラス並びに自動車

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は一般的には光学フィ
ルター、より詳しくは、それを通る光の選ばれた波長の
部分を濾光するのと同時に電力を発生するようになって
いる光学フィルターおよび該光学フィルターから作られ
る風防ガラス並びに該風防ガラスを含む自動車に関す
る。 【０００２】 【発明の背景】光学フィルターは、光の強度及びスペク
トル分布の両方を制御するために、長い間広く用いられ
てきた。古代文明はいろいろな着色ガラスを製作する技
法をマスターしていたこと、そしてこの着色ガラスが、
美的に心を楽しませるものを作るためだけでなく、太陽
の望ましくない光線をさえぎる目的にも使用されたこと
が知られている。光学フィルターは長年の間に、その用
途が増えると共に、ますますポピュラーになってきた。
現在、このフィルターはいろいろな用途に広く用いられ
ている。たとえば、写真や印刷の技術は、そのプロセス
で用いられる光の色や強度を調節するのに、光学フィル
ターの使用に頼っている。また、光学フィルターは、ま
ぶしさを避けるためのサングラスの製造にも広くとり入
れられている。 【０００３】着色ガラスは光学フィルターのある特別な
タイプであると考えることができる。着色ガラスは、そ
の光透過性質を選び、それを通過する熱やまぶしい光を
小さくして、ガラスを通って建物や自動車の中へ有害な
赤外線や紫外線が透過されるのを防ぐように、特別に注
文に合わせることができるので、自動車の窓や建物のガ
ラス・パネルを製造する材料として、現在ますます広く
用いられるようになっている。 【０００４】図１は、地球表面に入射する太陽放射の相
対的強度を、その放射の波長の関数として示す太陽スペ
クトルのグラフである。このグラフの横軸はナノメート
ルで目盛られ、ほぼ３５０から９５０ナノメートルまで
の波長範囲を示している。横軸にはまた、普通、紫外，
可視及び赤外波長と呼ばれる電磁スペクトルの領域が示
されている。これらのスペクトル領域の正確な境界は多
少主観的なものである。しかし、ここでの議論のため
に、紫外領域は約４００ナノメートルよりも短い波長で
あると考えることにし、赤外領域は約８００ナノメート
ルより長い波長であり、スペクトルの可視部が４００〜
８００ナノメートルの範囲にわたっていると考えること
にする。 【０００５】図１のグラフはまた、スペクトルのいろい
ろな波長の範囲で眼が感じる色も示している。たとえ
ば、ほぼ４５０ナノメートルという波長は一般に青とし
て感じられ、約５２５ナノメートルの波長は緑に見え、
７００ナノメートルの付近の波長は一般に赤に見える。
太陽スペクトルの相対強度は波長の関数として変化する
ことが認められよう。この変化は太陽の特徴的な出力ス
ペクトルならびに大気のフィルター効果によるものであ
る。 【０００６】よく知られていることであるが、以下の議
論を理解するためには、ある１つの光子に伴なうエネル
ギーはその光子の波長に逆比例し、その振動数にブラン
ク定数をかけて決定されるということを知っておくと役
立つであろう。たとえば、波長４００ナノメートルの光
子は、約３．１０電子ボルトのエネルギーを有し、他
方、波長８００ナノメートルの光子はほぼ１．５５ボル
トのエネルギーを有する。したがって、紫外部の光子
は、４００ナノメートルという近紫外領域のものでもき
わめてエネルギーが大きいということが分かるであろ
う。さらに、やはり図１から見られるように、波長４０
０ナノメートルのこれらの光子の相対強度はかなり大き
い。このような理由により、太陽放射が、自動車や建物
の内部ならびに網膜や皮膚といった人間の組織などいろ
いろな物質を損傷させることがあるということは驚くに
あたらない。したがって、光学フィルターを使用するひ
とつの目的は、太陽スペクトルの中の有害な紫外波長を
除くことである。 【０００７】紫外光子は多くの化学結合、とくに共有結
合をこわすに十分なエネルギーを（上で述べたように）
もっているので、多くの物質が紫外線によって損傷され
るということは決して驚くにあたらない。たとえば、ペ
イント，プラスチック又はその他の有機物質は容易に紫
外線によって劣化し、この劣化は黄ばみ，脆化，あるい
はこれらの物質の完全な分解となって現れる。このた
め、ペイントやプラスチックには、紫外線がその中にあ
まり貫通しないように紫外線遮蔽剤がしばしば含まれて
いる。他の例で、たとえば展示ウィンドーなどでは、展
示されている品物の損傷を防ぐために紫外吸収スクリー
ンやフィルターが用いられる。紫外線は品物を損傷する
以外に、人間の組織に対して破壊作用を及ぼし、とくに
人間に皮膚癌や網膜損傷をひき起こすことが認められて
いる。したがって、建物のガラスパネル，自動車や飛行
機の窓などに紫外フィルターを含めるなどして、この有
害に放射への暴露を制限することが望ましいと考えられ
ている。 【０００８】また、しばしば、太陽スペクトルの赤外波
長もフィルターで除くことが望ましい。赤外光子は比較
的低エネルギーで、したがって多くの化学結合をこわす
ことができないけれども、赤外の波長は分子振動を誘発
して、それがぶつかる物質を熱するのに特に適してい
る。場合によっては、たとえば温室や太陽熱集光装置で
は、赤外線の透過をできるだけ大きくして、赤外線が媒
質中で吸収されて熱を発生するようにすることが望まし
い。しかし、また場合によっては、赤外線の透過を阻止
又は少なくとも減少させて、たとえば空調システムの負
担を軽くすることが望ましいこともある。 【０００９】このように、特別な区域への有害な及び／
又は望ましくない太陽放射の通過を制限するために光学
フィルター機構を用いることが必要であることが分か
る。さらに、太陽スペクトルの可視波長のいろいろな色
についての図１の記述から明らかであろうが、審美的及
び／又は実際的な理由によるあらかじめ選ばれた波長の
透過は、光学フィルターを用いて入射光線の一部を計画
的に吸収、反射又は透過させることによって大きくする
ことができる。 【００１０】光学フィルターは普通それに入射する光の
一部を吸収又は反射することによって働く。吸収タイプ
のフィルターでは、染料，金属イオンなどの発色物質が
入射光のある選ばれたエネルギーを吸収するようになっ
ている。発色物質をよく考えて設計することによって、
透過光の波長を選ぶことができ、発色物質の濃度を賢明
に選ぶことによって透過光の強度を選ぶことができる。 【００１１】反射フィルターは、普通、強め合う干渉の
原理によって働く。このような反射フィルターでは、あ
らかじめ選ばれた光の波長の正確な倍数である厚さをも
つ適当な物質の層が、このあらかじめ選ばれた波長の光
と相互作用して、この特定波長を透過又は反射し易くす
る。これらの層を製作する物質及び厚さを適当にコント
ロールすることによって、フィルターの透過特性をかな
り精密にコントロールすることができる。 【００１２】これまで、従来の方法による光学フィルタ
ーで透過されなかった光は、実質的に棄てられていた。
吸収タイプのフィルターでは、発色物質は太陽スペクト
ルの入射光子を吸収するので暖められる。この昇温効果
は、最も控え目に言っても入射する光エネルギーの浪費
であり、場合によっては実際にフィルターの動作にとっ
て有害又は破壊的なこともある。たとえば、多くの建物
や自動車は、その中の周辺温度を低く保つために着色ガ
ラスの光学フィルターを用いている。このような場合、
入射光子の吸収による着色ガラスの加熱は、その熱の少
なくとも一部が囲われた環境の中へ放射されるという点
で反生産的である。別の例では、発光物質による光の吸
収はその物質の劣化を生じ、それがその物質の光学的性
質の変化となって現れる。場合によっては、光を吸収す
る光学フィルターにおける熱の蓄積が大きくなって、そ
のフィルターを融かしたり、ひび割れ又はその他の歪み
を生じたりしてそれを使いものにならなくすることもあ
る。干渉タイプのフィルターの場合、透過されない放射
を吸収するのでなく反射するものであるから、明らかに
熱の蓄積は問題にならないが、反射された光は実質的に
棄てられ、実際には、たとえば光がひとつの建物から隣
接する建物へ反射されるような場合には、迷惑を生ずる
こともある。 【００１３】前記の議論から明らかなように、光学フィ
ルターは、とくに自動車の風防ガラスや建築構造物のガ
ラス材料として、広い人気及び重要性を獲得している。
この人気と有用性は、前記フィルターが人間に、審美的
及び／又はエネルギー節約の目的で周辺光量をコントロ
ールする力を与えるということから発している。さら
に、従来の技術による光学フィルターは、上で詳述した
ように、これまでの光学フィルターを透過されない光は
しばしばそれらのフィルターを損傷したり、隣接建物に
対して迷惑になったりするという欠点があるということ
も明らかであろう。 【００１４】別の、しかし関連した問題として、衰退し
つつある非更新性資源に対する世界の需要がますます増
大しているために、現在エネルギー価格は高くなる一方
である。新しいエネルギー源及び新しいエネルギー節約
方法が熱心に探されている。建物、とくに最新の高層ビ
ルのガラスで被われた部分、及び自動車の風防ガラスは
入射太陽光にさらされている比較的大きな面積である。
本発明以前には、この放射はこれまで利用できる光学フ
ィルター物質により実質的に、ときには有害な仕方で、
棄てられていた。この“廃棄光”を生産的な電力発生の
ために効果的に利用できれば、大きな利益となることは
明らかであろう。 【００１５】光起動電力デバイスは、汚染がなく、静か
で、その作動に消耗性の天然資源を消費しないので、電
力の発生にますます広く使用されるようになっている。
しかし、最近まで、光起電力デバイスは単結晶材料から
製作されており、結晶材料は大面積で作ることが難し
く、比較的厚く，弱く，重量があり、製造に金と時間が
かかるので、それがこのデバイスの有用性を大きく制限
していた。 【００１６】最近、結晶物質から作られるものと実質的
に同等な光起電力デバイスを作るために、比較的大きな
面積を有し、容易にドープしてｐ−型及びｎ−型の物質
ならびに真性物質を作ることができる半導体薄膜物質を
デボジットするプロセスの開発にかなりの努力が払われ
た。この種の薄膜物質のうちにアモルファス物質がある
が、ここで用いられ“アモルファス”という用語は、短
距離又は中間距離秩序を有するかもしれず、ときには結
晶性介在物を含んでいるかもしれないが、長距離秩序を
もたないすべての物質又は合金を含むということを注意
しておかなければならない。 【００１７】光起電力薄膜技術は、今や、大面積、高効
率の光起電力セルが容易にかつ経済的に製造できる段階
にまで成熟した。薄膜光起電力物質は、上で“廃棄光”
と呼んだ入射太陽スペクトル中の非透過部分のエネルギ
ーから電力を発生するように特別に設計された光学フィ
ルターを製作するのに用いるのに理想的である。薄膜半
導体合金物質は、多種多様の通常の又は通常でない形態
の基板に、大面積で容易にデボジットできる。さらに、
光学的吸収，バンド・ギャップ，透過率，その他の前記
薄膜半導体合金物質の物理的性質はこの中に参照により
取り入れられた特許で述べられている方法によって容易
にコントロールして、所望の光吸収及び透過特性を有す
る薄膜光起電力体を提供することができる。さらに、こ
こで参照される方法を用いて、あらかじめ選ばれた波長
の複数の薄膜層から成る構造を製作して、太陽スペクト
ルのいろいろな部分でこの物質の光学的吸収及び／又は
透過を強めることができる。以上のような理由により、
ここで参照される薄膜半導体の方法を用いて光学フィル
ターを製作し、そのフィルターが（１）あらかじめ選ば
れた、望ましい光学的透過及び／又は吸収を示し、か
つ、（２）あらかじめ選ばれた波長の非透過光の部分
を、生産的な電力の発生のために効果的に利用すること
ができるということは今や明らかであろう。 【００１８】ここで開示される原理に従って、入射太陽
スペクトルのいろいろな波長に対してあらかじめ選ばれ
た透過率をもつ大面積の光学フィルターを、光の濾光と
電力発生という二重の機能をもつように薄膜半導体合金
物質から作られる複数個の層を用いて容易に製作するこ
とができる。このようなフィルターは、建築のガラス・
パネル、自動車の風防ガラス，レンズなどの光学フィル
ター要素等の製造に広範な用途がある。 【００１９】本発明の以上のような利点やその他の利点
は、以下の簡単な説明、図面及び図面の説明からただち
に明らかになる。 【００２０】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
透明基板の上に設けられた透明導電層と該透明導電層の
上に設けられた薄膜の光起電力層と該光起電力層上に設
けられた透明導電層とを有し、熱を発生させるべく前記
光起電力層を迂回させて前記一方の透明導電層の横方向
に電流が流れるように外部から電流を該一方の透明導電
層に供給する手段を設けたことを特徴とする。 【００２１】請求項２記載の発明は、透明基板の上に設
けられた第１の透明導電層と該第１の透明導電層の上に
設けられた薄膜の光起電力層と該光起電力層上に設けら
れた第２の透明導電層と、該第２の透明導電層上に設け
られたグリッドパターンとを有し、熱を発生させるべく
該グリッドパターンに外部から電流を供給する手段を設
けたことを特徴とする。 【００２２】請求項３記載の発明は、透明基板を備えた
風防ガラスにおいて、該透明基板の上に設けられた透明
導電層と該透明導電層の上に設けられた薄膜の光起電力
層と該光起電力層上に設けられた透明導電層とを有し、
熱を発生させるべく前記光起電力層を迂回させて前記一
方の透明導電層の横方向に電流が流れるように外部から
電流を該一方の透明導電層に供給する手段を設けたこと
を特徴とする。ここで、該風防ガラスは建物のガラスで
あってもよい。 【００２３】請求項４記載の発明は、透明基板を備えた
風防ガラスにおいて、該透明基板の上に設けられた第１
の透明導電層と該第１の透明導電層の上に設けられた薄
膜の光起電力層と該光起電力層上に設けられた第２の透
明導電層と、該第２の透明導電層上に設けられたグリッ
ドパターンとを有し、熱を発生させるべく該グリッドパ
ターンに外部から電流を供給する手段を設けたことを特
徴とする。ここで、該風防ガラスは建物のガラスであっ
てもよい。請求項５記載の発明は、透明基板を備えた風
防ガラスを有する自動車において、該透明基板の上に設
けられた透明導電層と該透明導電層の上に設けられた薄
膜の光起電力層と該光起電力層上に設けられた透明導電
層とを有し、熱を発生させるべく前記光起電力層を迂回
させて前記一方の透明導電層の横方向に電流が流れるよ
うに外部から電流を該一方の透明導電層に供給する手段
を設けたことを特徴とする。請求項６記載の発明は、透
明基板を備えた風防ガラスを有する自動車において、該
透明基板の上に設けられた第１の透明導電層と該第１の
透明導電層の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光起
電力層上に設けられた第２の透明導電層と、該第２の透
明導電層上に設けられたグリッドパターンとを有し、熱
を発生させるべく該グリッドパターンに外部から電流を
供給する手段を設けたことを特徴とする。 【００２４】本発明の風防ガラスにおいては、導電層を
通して風防ガラスの全部または一部に外部から電流を流
して透明基板を抵抗加熱し、その透明基板を暖めること
ができる。この加熱は、風防ガラスの曇りをとり、着氷
を除くために、自動車用途にきわめて有益である。ここ
で、光起電力体は、（１）太陽スペクトルの選ばれた波
長の少なくとも一部分の吸収に応答して電流を発生し、
かつ（２）前記太陽スペクトルのうち選ばれた波長の少
なくとも一部分を透過させるようになっている。光起電
力体と、電極は、そこにハンド・ギャップ調整元素を含
めることによって、太陽スペクトルの可視光波長（たと
えば長さが４００から８００ナノメートルまだの間の波
長）の少なくとも一部分、を透過するように特定して設
計することができる。これらの波長の透過は、可視太陽
スペクトルの相当な部分にわたって実質的に一様にする
ことも、波長の透過が可視太陽スペクトルの相当な部分
にわたって変化するようにすることもできる。 【００２５】さらに、光起電力体と電極は、所望の色の
光を透過させるように、可視太陽スペクトルのあるあら
かじめ選ばれた波長に吸収端を示すように作製すること
ができる。特に有用なある実施態様では、電極と光起電
力体を、太陽スペクトルの紫外波長の透過を実質的に阻
止する形で共同して働くように調整することができる。
別の実施態様では、フィルターには電極と光起電力体の
他に、フィルターの吸収及び透過を調整するためのひと
つ以上の光学的調整層も含まれる。 【００２６】半導体物質がデボジットされる基板は平面
状でも非平面状でもよい。第一の電極は、実質的に基板
の全体と同じ拡がりをもつことも、その一部だけを被う
こともある。同様に、光起電力体も、実質的に第一の電
極の全体と同じ拡がりをもつようにデボジットすること
も、第一の電極の一部だけを被うようにデボジットする
ことができる。このフィルターは、次の用途に特に有用
である：自動車の風防ガラスとして、この場合その光起
電力本体部によって発生される電力で、車の電気コンポ
ーネントを作動させるようにすることができるであろ
う：建築建物の窓として、この場合、その光起電力体に
よって発生される電力で建物に付随した電気器具を作動
させるようにすることができるであろう；あるいは、カ
メラのレンズとして、この場合その光起電力体によって
発生される電力で、カメラに付随する電気回路を作動さ
せるようにすることができる。 【００２７】たいていの好ましい実施態様では、フィル
ターはさらに、第二の電極の露出した表面に保護のため
に配置される実質的に透明なカプセル化層（被覆層）を
含む。このカプセル化層は、本質的にガラス，合成ポリ
マー樹脂，接着剤，広いバンド・ギャップの半導体又は
その組合せ、から成るグループから選ばれた物質で作ら
れる。ある好ましい実施態様では、このカプセル化層
は、第二の電極の露出した表面に接着される合成ポリマ
ー樹脂であってもよい。別の実施態様では、透明なカプ
セル化層は第二の電極の露出した表面の近くに間隔をお
いて配置されることがある。さらに別の実施態様では、
前記カプセル層と前記基板のうちの一方が紫外線による
損傷を受け易い物質で作られており、電極と光起電力体
（これらの電極と光起電力体は前記紫外線を吸収するよ
うに調整されている）が、（１）入射態様スペクトルと
（２）前記カプセル化層と基板のうち損傷し易い一方、
の間に配置されることがある。 【００２８】好ましい実施態様の多くでは、電極と光起
電力体は、いっしょに働いて入射太陽スペクトルの有害
な紫外波長の透過を実質的に阻止するように調整され
る。基板は、本質的にはガラス，合成ポリマー樹脂、ま
たはその組合せから成るグループから選ばれた物質で作
られるのが好ましい。大面積の基板が用いられる場合、
光で発生する電流を効率的に取り出すために、導電性の
バスーグリッド・パターンを前記電極の一方と電気的に
接触するように配置することもできる。好ましい実施態
様のあるものでは、基板が半透明であってもよい。 【００２９】フィルターの光起電力体は、シリコン−炭
素合金及びシリコン−窒素合金を含むシリコン合金物質
又はゲルマニウム合金物質の層を少なくとも１つ含むこ
とが好ましい。さらに別の好ましい実施態様では、光起
電力体は、反対にドープされた半導体物質の２つの層を
含み、その間に実質的に真性の半導体物質の層がはさま
っている少なくとも１つの３つの組の層として作られ
る。さらに別の実施態様では、光起電力体は複数個の前
記３つ組を、電気的及び光学的に直列で重なった形で含
んでいる。複数個の３つ組が重ねられる場合、前記隣接
する３つの組の各々の間に透明な導電層がオーミックに
配置される。少なくとも２つの３つ組の真性層は、バン
ド・ギャップが太陽スペクトルの異なる波長を吸収する
ように最適化されている形に作ることができる。さらに
別の実施態様では、少なくとも１つの３つ組の半導体層
が実質的に原子に近い厚さの薄い層を含む多層サンドイ
ッチとして作られる。どの場合にも、第一及び第二の電
極は、本質的に酸化インジウム，酸化錫，インジウム錫
酸化物，酸化亜鉛，亜スズ酸カドミニウム及びその組合
せから成るグループから選ばれた物質で作られる。 【００３０】ある重要な実施態様では、フィルターはさ
らに、フィルターの透過特性を変化させるボデーを備え
ている。場合によっては、この追加されるボデーが入射
スペクトルのある一部を吸収するが、スペクトルの一部
を反射する場合もある。このようにしてフィルターの光
学的性質をさらに変えて、太陽スペクトルの中の赤外そ
の他の部分を除くようにすることができる。 【００３１】 【発明の実施の形態】 Ｉ．光起電力電力体 次に、図面とくに図２について説明しよう。同図には、
複数個の引き続くｐ−ｉ−ｎ伝導型（層）領域から成る
光起電力セルが、参照数字１によって一般的に示されて
いる。各領域はアモルファス半導体合金を含むものであ
ることが好ましい。 【００３２】さらに詳しく説明すると、図２は、個々の
ｐ−ｉ−ｎ型セル１ａ，１ｂ、及び１ｃから作られた太
陽電池のようなｐ−ｉ−ｎ型光起電力デバイスを示す。
一番下のセル１ａの下には、基板２があり、本発明にお
いてはこの基板は透明で、ガラス又は合成ポリマー樹脂
などの物質から作られる。いくつかの用途では、アモル
ファス物質の前に薄い酸化物領域及び／又は一連のベー
ス接点をデボジットすることが必要であるが、この出願
では“基板”という用語は硬い又はフレキシブルな要素
だけではなく、予備的処理によってそれに付け加えられ
るエレメントも含むものとする。さらに、ここで使用さ
れる“無秩序”又は“不規則”という用語は、アモルフ
ァス、微結晶、多結晶あるいはそれらの組合せの何であ
れ、すべての非結晶物質を含むものとする。無秩序物質
乃至不規則物質の各々における重要なパラメータは、あ
る程度の短距離秩序を存在するかもしれないとしても、
長距離無秩序が存在するということである。また、ガラ
ス，ポリイミド物質又はポリエステル物質で作られた基
板で、あとから導電性電極がその上に付けられたものも
本発明の範囲に含められる。 【００３３】セル１ａ，１ｂ及び１ｃの各々は、少なく
ともシリコン合金を含むアモルファス又は微結晶光起電
力体で作られることが好ましい。各半導体本体部は、ｐ
−型伝導領域３ａ，３ｂ及び３ｃ；実質的に真性の伝導
領域４ａ，４ｂ及び４ｃ；及びｎ−型伝導領域５ａ，５
ｂ及び５ｃを含む。図では、セル１ｂは中間のセルであ
るが図２に示されているように、別の中間セルを図示さ
れているセルの上にさらに積み重ねても本発明の精神又
は範囲を逸脱することはない。また、ｐ−ｉーｎセルが
図示されているが、本発明は、単一又は多種のｎ−ｉ−
ｐセル，ｐ−ｎ接合，ショットキー障壁デバイス、等か
らも製作できる。 【００３４】また、半導体合金領域をデボジションした
後に、別の環境で又は連続プロセスの一部としてさらに
デボジット・プロセスを実行することができるというこ
とを理解しておくべきである。このステップでは、ＴＣ
Ｏ（透明導電性酸化物）領域６が、一番上のセル１ｃの
上にデボジットされる。セルが大面積のものである場
合、又はＴＣＯ層６の導電度が不十分な場合、電極グリ
ッド７がデバイスに付け加えられる。グリッド７は、キ
ャリアのバスを短縮して導電効率を高める。 【００３５】次に図３について説明する。同図には図２
の光起電力セル１が、多層化の原理に従って変形された
形態で示されている。図３の無秩序半導体多層光起電力
セル構造１′は、図２のセルの基板２と同じ基板２′を
含み、その上に個々のｐ−ｉ−ｎ型セルの１ａ，１ｂ及
び１ｃが順次デボジットされている。各セルは、ｐ型伝
導領域３ａ′，３ｂ′及び３ｃ′；真性伝導領域４
ａ′，４ｂ′及び４ｃ：及びｎ−型伝導領域５ａ′，５
ｂ′及び５ｃ′を含む。ＴＣＯ領域６′が、一番上のセ
メ１ｃ′の上にデボジットされており、ＴＣＯ層６′の
上に電気グリッド７′が付け加えられることがある。 【００３６】図４に眼を転ずると、同図には図３の光起
電力セルの一例が拡大図で示されている。前に述べたよ
うに、セル１ａ′はｐ−型伝導領域３ａ′，真性伝導領
域４ａ′及びｎ−型伝導領域５ａを含む。しかし、図２
のセル１ａと異なり、セル１ａ′の各伝導領域は、交互
にくり返される。１０−３０Å（好ましい実施態様で）
の厚さの層を組を含む。もっと詳しく言うと、ｎ−型領
域５ａ′は、物質Ａ及び物質Ｂで作られた層の組を含
み、それがｎ−型領域の終わりまで交互にくり返されて
いる。たとえば層Ａは、第一のバンド・ギャップを有し
ｎ−型にドープされたアモルファス・シリコン−水素−
窒素から形成され、層Ｂは層Ａのバンド・ギャップとは
異なる第二のバンド・ギャップを有するｎ−型にドープ
されたアモルファス・シリコン−水素から作られ得る。
同様に、真性領域４ａ′は、物質Ｃと物質Ｄから作られ
た層の組を含み、真性領域が終わるところまでそれが交
互にくり返されている。そして最後にｐ−型にドープさ
れた領域３ａ′は、物質Ｅ及び物質Ｆから作られた層の
組を含み、それがｐ−型領域が終わるところまで交互に
くり返されている。他の個々のセル１ｂ′及び１ｃ′も
同様な仕方で作られ、各セルの異なる伝導型の各領域
は、異なるバンド・ギャップ物質から作られた交互にく
り返される層の組から成っているということは明らかで
あろう。交互にくり返される層の各々のバンド・ギャッ
プ，伝導型，光学的特性あるいは電荷固定能力の極性と
大きさは、超格子理論に従って、荷電キャリアがトラッ
プされて分離されるポテンシャルの井戸ができるように
異なっていなければならない。層は、周期的又は非周期
的なシーケンスで、特定の性質を得るためにその近さ及
びタイプをコントロールして作ることができる。異なる
層は、互いにはっきりと分離することも、実質的に連続
的に変化するようにすることも、連続的に変化する構造
にすることもできる。層の性質は、互同士：及び、結晶
秩序又は無秩序構造に含まれる制約と、結合するように
することも、結合しないようにすることもできる。周期
的な層構造が作られた場合、各層内部には長距離秩序が
存在しなくても、鋭いバンド端が導入されることがあり
得る。これは、たとえば、クローニッヒ・ペニーのモデ
ル又はマシューのモデルに基づく計算によって示され
る。構造は完全な周期性という制約からは解放されてお
り、特定の目標を達成するために周期型の関数を連結し
たものと考えることができる。 【００３７】図３に話を戻すと、同図に示されているよ
うに、光線８は一番上のセル１ｃ′の上部のｐ−型領域
３ｃ′を通って直列の光起電力セル１′の内部に導かれ
る。次に光線は真性領域４ｃ′及びｎ−型領域５ｃ′を
通過する。次に光線８は、セル１ｂ′及び１ｃ′の伝導
領域を通過し、そのエネルギーが電気エネルギーに変換
される。単一のセル、すなわちセル１ａ′だけをとった
場合、１．５ｅＶというバンド・ギャップは、理論的に
は、それに入射する光エネルギーを電気エネルギーに最
も効率よく変換するものであるということに注意しよ
う。 【００３８】ｐ−型ドープされたウィンド−領域を、図
４のようにして、ほぼ３０Åまでの厚さの交互にくり返
される層Ｅ及びＦを用いて多重層物質から作ることがで
きる。層Ｆは、シリコン−水素及び／又はフッ素合金に
ホウ素などのｐ−ドーパントを加えて作ることができ
る。層Ｅは、層Ｆむを作るのに用いるすべての物質、及
び交互にくり返される層のバンド・ギャップが異なるよ
うにするために窒素，炭素、その他のバンド・ギャップ
調整元素を含む（ここで用いる“バンド・ギャップ調整
元素”という用語は、半導体物質に加えてそのバンド・
ギャップを大きくしたり小さくしたりする元素を示
す。）。 【００３９】あるセルの真性領域の交互にくり返される
層の少なくともひとつをシリコン−フッ素−水素及び／
又はゲルマニウム−フッ素−水素合金で作り、交互にく
り返されるその他の層を同じ元素と、その他に、錫又は
ゲルマニウムから作ることができる。真性領域をこのよ
うに作ることによって、そのバンド・ギャップが狭ま
り、太陽スペクトルにもっと効果的にマッチするように
なる。さらに、バンド・ギャップの端をもっとシャープ
にすることができる。これによって短絡電流の大きい、
回路電圧の高い、曲線因子が改善された、すなわち効率
が改善された太陽電池が得られる。 【００４０】ここに開示された多電層概念に従って作る
ことができるもうひとつの無秩序半導体構造はｐ−ｎ接
合、すなわちｐ−型にドープされた層とｎ−型にドープ
された層が交互にくり返されるｐ−ｎ…ｐ−ｎという形
で含む構造である。この構造を作るときには、ｐ−型の
層とｎ−型の層とを独立にコントロールして、最良のｐ
−型層と最良のｎ−型層が交互に並ぶようにすることが
できる。こうして作られる多重層構造は過剰キャリア及
び光キャリアの寿命が長く、移動度が高く、光伝導性が
改善される。これは、ｎ−型層とｐ−型層との間の内部
電界が光によって励起された電子と正孔を分離するから
である。この場合、弟子の正孔は多重層構造にトラップ
されて空間的に分離されているので、その再結合の確率
が非常に小さくなる。 【００４１】図２〜図４の光起電力セル１は、一般的に
連続した大面積セルとして記述されてきた。光起電力技
術当業者にとっては、このような大面積のセルを複数個
の電気的に切離されたセグメントに分けて連結できるよ
うにして、セグメント又はサブ・セルの連結アレーを作
るようにすることができることは知られている。たとえ
ば、大面積のセルを複数個の直列に連結されたセグメン
トの形で作って、大面積セルの電圧より大きい出力電圧
を得ることができる。同様に、並列及び直列−並列混合
形態のものも作ることができる。 【００４２】このようなセルの細分及び連結の方法は、
当業者には周知であり、その技術の範囲内にある。本発
明のフィルターの製作では、光起電力セルは単一の大面
積であっても、小さな面積のセグメントの連結アレーで
あってもよい。 【００４３】II. 光学フィルター 次に図５について説明する。同図には、本発明の原理に
従って作られる光学フィルターのひとつの特定の実施態
様の断面略図が示されており、一般的に参照数字３０で
示されている。フィルター３０は、光に比較的透明な基
板３２と、その基板上に配置された実質的に透明に電極
３４と、第一の表面がこの第一の電極３４と電気的につ
ながっているように配置された光起電力物質の本体部３
６と、光起電力物質の本体部３６の上に配置され、その
第二の表面と電気的につながっている第二の電極とを含
む。 【００４４】基板３２は、光学フィルター３０を支持し
て硬くするのに役立ち、フィルターの光学的性質にほと
んど寄与しないように、高度の透明度を有する物質から
作ることが好ましい。基板３２を作るのに用いることが
できる物質をいくつかあげると、ケイ酸塩ガラスやホウ
ケイ酸ガラスなどのガラス、合成ポリマー樹脂たとえば
ポリエステル，ポリイミド，ポリカーボネート，アセテ
ート，ビニルなどである。場合によっては、基板３２は
ひとつ以上のラミネートされた層の複合体の形に作るこ
ともできる。たいていの場合、透明な基板３２は光学的
に完全にすき通っている。すなわち、光線をそのまま通
すことができるものであることが好ましいが、場合によ
ってはプライバシーなどの理由により、基板３０は半透
明な物質、すなわち、そこを通る入射光を散乱させる透
明物質、で作られる方が好ましいことがある。 【００４５】本発明の光学フィルター３０の濾光及び電
力発生機能は、光起電力物質３６によって逐行される。
光起電力物質３６は、そこに入射する光の少なくとも一
部の波長を吸収して、それに応じてその光活性領域に電
流を発生するようになっている薄膜半導体合金物質であ
る。本発明の実行では、いろいろな形態に配置された多
種多用の光起電力物質を用いることができる。たとえ
ば、光起電力体３６は、図２によって説明したセル１
ａ，１ｂ，１ｃのようなｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐ型光
起電力セルのアレーであってもよい；同様に、光起電力
体３６は、前記ｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐ型３つ組を、
電気的及び光学的に直列に重ねた形の積層のアレーであ
っもよい。別の場合には、光起電力体３６は、実質的に
原子に近い厚さの薄い層を含む多重層サンドイッチとし
て作られるひとつ以上の層を含むもの（図３及び図４に
よって説明したようなもの）であるかもしれない。さら
に別の場合には、光起電力体はｐ−ｎ形態のもの、ある
いはショットキー障壁型、あるいはＭ−Ｉ−Ｓデバイス
であってもよい。 【００４６】光起電力物質の本体部３６には、２つの電
極３４と３８が伴っており、これらの電極は光起電力体
３６の内部で発生する電流を取り出せるように、電気的
に接触して効果的に配置されている。電極３４と３８
は、光起電力体３６の中での生産的な光の吸収を大きく
するように、両方共実質的に透明な導電物質で作られる
ことが好ましい。いろいろな透明な導電物質が当業者に
知られておれ、利用できる。そのような物質としては、
酸化インジウム，酸化錫，酸化錫インジウム，酸化亜
鉛，スズ酸カドミウム及びそれらのいろいろな混合物が
ある。 【００４７】場合によっては、上で論じたように、透明
な電極３４，３８の一方又は両方が、光で発生する電流
の収集を助ける導電性のバスーグリッド・パターンを伴
っていることである。バスーグリッド・パターンは当業
者には周知であり、それぞれ図２及び図３に関連して説
明したバスーグリッド・パターンは、７及び７′に類似
したものであってもよい。これらのバスーグリッド・パ
ターンは、一般に金属などきわめて導電性の高い物質で
作られ、その点からいって、透明ではなさそうであると
いうことを注意しておくべきである。また、本発明の目
的には、電極３４と３８はそのかなりの部分にわたって
このような不透明のバスーグリッド・パターンを含んで
いても、やはり“実質的に透明”であると見なされると
理解すべきである。 【００４８】動作するときには、光は光学フィルター３
０に、その基板側又は電極側を通って入る。太陽スペク
トルの選ばれた波長の少なくとも一部が光起電力体３６
によって吸収され、電力に変換され、それが電極３４と
３８によって集められる。有害な及び／又は望ましくな
い波長の一部が除かれた又は弱められた吸収されない光
がフィルターを通過する。こうして発生された電流は、
導電層３４と３８に取り付けられたリード（図示されて
いない）によって集められる。前に述べたように、光起
電力体３６を作るのに、多種多用な半導体物質、たとえ
ばシリコン合金物質，ゲルマニウム合金物質，シリコン
−ゲルマニウム合金物質，硫化カドミウム，テルル化カ
ドミウム，ニセレン化銅インジウム，硫化ガリウムな
ど、を用いることができる。半導体合金物質及び電極物
質の賢明な選択及びこれらの物質の厚さを慎重にコント
ロールすることにより、光の吸収の量と質を高い信頼性
及び再現性でコントロールして、所望の光学的濾光特性
を与えることができる。さらに以下でもっとも詳しく論
ずるように、本発明のフィルターにさらに別のフィルタ
ー層を含ませて、その光吸収及び透過をさらに変えるこ
とができる。たとえば、赤外線を反射又は吸収するよう
になっているひとつ以上の層を用いて、フィルターを赤
外線が通過するのを阻止することができる。 【００４９】次に図６及び図７について説明する。 【００５０】同図には、電力を発生する光学フィルター
のひとつの態様の透過及び吸収特性がグラフで示されて
おり、このフィルターは図５に図示し、それに関連して
説明したものと同様な形態のものである。このフィルタ
ーは、光学的にすき通った、透明なガラス基板（その厚
さは関係ない）と、バンド・ギャップがほぼ１．７ｅＶ
で実質的に真性のアモルファス・シリコン：水素：フッ
素合金物質の厚さがほぼ８００Åの層が、各々ほぼ１０
０Åの厚さ、ｐ−型及びｎ−型にドープされたシリコ
ン：水素：フッ素合金物質の層の間にサンドイッチされ
て作られている１０００Åの厚さのアモルファス・シリ
コン光起電力体とから成る。光起電力体の対向する側
に、ｐ−型にドープされた層及びｎ−型にドープされた
層と電気的につながった形で、各々７５０Åの厚さの２
つのインジウム−錫酸化物電極が配置されている。電極
の厚さは、（１）光起電力体３６によって、発生される
電力を取り出すのに十分な導電度が得られるように、か
つ（２）太陽スペクトルの赤色領域で少なくとも一部の
波長の光に関する反射防止条件を満たしてその光学フィ
ルターを透過する量をできるだけ大きくするように、選
ばれた。 【００５１】こうして作られた電力発生光学フィルター
の吸収及び透過は、インジウム錫酸化物及びシリコン合
金物質に関する既知の光学的データ（屈折率，透過率，
吸収係数など）を用い、コンピュータ・シミュレーショ
ン・プログラムによって応用される周知の光学的手法を
用いて計算された。こうして得られたデータが、１０ナ
ノメートル間隔でとった透過及び吸収特性を含めて、図
６及び図７にグラフで示されている。 【００５２】とくに図６について説明すると、同図に
は、この光学フィルターの光透過が光の波長の関数とし
てグラフで示されている。ほぼ５００ナノメートル以下
の波長で、この光学フィルターは完全に不透明で、光は
それを透過しないということが見られるであろう。ほぼ
５２０ナノメートルから、このフィルター３０の入射放
射の透過は着実に増加し、急速にほぼ６８０ナノメート
ルのところで最大に達する。６８０から１０００ナノメ
ートルまでの領域の赤及び近赤外波長で、フィルターの
透過は小さな周期的変化を示すが、この変化は比較的長
波長の光子と薄い層との相互作用から生ずる干渉効果に
着せられる。図６に特性が示された光学フィルターは、
態様光の下で見ると人間の服にはゴールデン・イエロー
に見え、それに入射する光全体のほぼ半分を減衰させ
る。 【００５３】図７は、図５によって説明した仕方で作ら
れた同じ光学フィルターの、同じ波長範囲にわたる吸収
の計算結果を示す：吸収と透過のデータを加え合わせて
も１にならないということが認められるだろう。この食
い違いは、入射光の一部がフィルターの表面から反射さ
れることに帰せられる：フィルターを透過する光は、フ
ィルターから反射される光及びフィルターによって吸収
される光に等しい。前述のフィルターの吸収特性は、ほ
ぼ６８０から５００ナノメートルの範囲で非常に急激な
増加を示し、この吸収の増加が、フィルターの対応する
透過特性に対応しているということが認められよう。と
くに注目すべき点は、図７に示されている吸収が、有害
な紫及び紫外波長を除去しており、また、光起電力体及
び電源の光応答スペクトルに対応して、それに起因して
いるということである。したがって、この吸収はフィル
ターによって電力を発生するのに有利な形で利用され
る。 【００５４】さらに、図６及び図７によってグラフで示
されたような、電力を発生する光学フィルターの透過及
び吸収特性は、光起電力物質と電極物質のバンド・ギャ
ップを変えてフィルターが透過から吸収に変わる波長範
囲をずらすことによって変えることができるということ
を注意しておかなければならない。たとえば、シリコ
ン：炭素合金物質及びシリコン窒素合金物質は、水素及
びフッ素を含んでいても含んでいなくても、対応するシ
リコン合金よりも大きいバンド・ギャップを有する。 【００５５】次に図８及び図９について説明する。ここ
には、図５のフィルター３０と大体同様であるが、ほぼ
２．０ｅＶのバンド・ギャップを有する実質的に真性な
アモルファス・シリコン：炭素：水素：フッ素の合金物
質の８００Åの厚さの真性半導体合金を含むように作ら
れた電力を発生するフィルターが示されている。図８か
ら、この２．０ｅＶの物質を含むフィルターは、１．７
５ｅＶの合金物質から作られた対応するフィルターより
も短い波長を透過し易いことが認められよう。図８を詳
しく見ると、ほぼ４００ナノメートル以下の波長でこの
フィルターは完全に不透明で、光は何もそれを透過しな
いということが認められる。ほぼ４４０ナノメートルか
ら、このフィルターの透過率は着実に増大し、急速に５
８０ナノメートルで最大に達する。適当な赤外反射又は
吸収層を使用することにより、このフィルターは赤外線
を透過しないようにすることができるということを注意
しておかなければならない。この例のフィルターは人間
の眼にはベール・イエローの色合いに見える。 【００５６】図９は、２．０ｅＶの物質を含むこの例の
フィルターの光吸収のグラフを示す。フィルターは紫及
び紫外波長で最大の吸収を示し、太陽スペクトルのこの
有害な部分を効果的に除去するということが認められよ
う。さらに、バンド・ギャップを変えるだけでなく、光
起電力物質の厚さを変えることによってその吸収の大き
さを変えることができるということに注意しておくべき
である。さらに、フィルターのコンポーネントの物質、
とくに電極メンバーの厚さ及び／又は屈折率を変えるこ
とにより、干渉効果をコントロールしてフィルターへの
入射放射の特定波長の少なくとも一部の通過を助けた
り、阻止したりしてその後の吸収又は透過に影響を及ぼ
したりすることもできる。 【００５７】次に図１０について説明する。同図には電
力を発生する光学フィルターの別の態様４０が示されて
いる。フィルター４０は、一般に図５について説明した
ものと同様なエレメントを含んでいる。したがって、同
じようなエレメントは同じ参照数字によって示される。
電力を発生するフィルター４０は、透明基板３２を含
み、これは前記にフィルター３０について説明した基板
と一般的に類似している。フィルター４０はまた、実質
的に透明な一対の電極３４と３８を含み、これらも前述
の例において説明したものと同様である。 【００５８】フィルター４０がフィルター３０と異なる
ところは、光起電力体４２自体の構成にある。図１０の
フィルターの光起電力体４２は、それが光活性の半導体
物質の２つの層４４，４６を有しており、光活性物質の
第一の層４４と第二の層４６の両方にオーミックに接触
するように効果的に配置されている導電性の比較的透明
な層４８によってそれらの層が分離されているという点
で、図５の光起電力体３６のスプリット型と考えること
ができる。層４４，４６及び４８の組合わせ全体は、図
５の光起電力体３４と同じような仕方で光電流を生ずる
ようになっており、したがって光起電力体４２と呼ぶこ
とにするが、光学的に透明な層４８は入射する放射エネ
ルギーを吸収したりそれに応答して光子を出すという意
味で光活性である必要はない（そして実際に光活性でな
い）ということを理解しておくべきである。 【００５９】前述の例と同様、光起電力体４２の層４４
と４６は、いろいろな形態に配置されたいろいろな半導
体物質、たとえばｎ−ｉ−ｐ，ｐ−ｉ−ｎ，ｐ−ｎ，シ
ョットキー障壁、及びｍ−ｉ−ｓ接合、などで作ること
ができる。さらに、２つの光起電力層４４及び４６は、
フィルターを透過させたいと望む光のパーセンテージと
色により、同じような組成ですることも、異なる組成に
することもできる。光学的に透明な中間層４８は、光起
電力層４４と４６の性能をできるだけ大きくするよう
に、比較的高い導電度と比較的低い光吸収を示すように
設計されることが好ましい。このために、電極層３４と
３８を作るのに適した物質を、中間の透明な導電層４８
を作るのに用いることができる。 【００６０】光活性ボデー３２を、４８のような透明な
中間層で分割することにより、フィルター４０の光吸収
及び透過をあらかじめ選んだ仕方で効果的に変えること
ができる。光学的物質は、特定の光の波長の正確な分数
又は倍数になるように選ばれた厚さで存在する場合、強
め合う干渉及び弱め合う干渉という現象を示すようにす
ることができる。スペクトルのあらかじめ選ばれた部分
でフィルターの吸収及び透過特性を強化したり抑制した
りするのにこの現象を利用することができる。この原理
は図１１及び図１２を参照して説明される。 【００６１】この例で、図１０の構成に従って作られた
光学フィルターの光透過及び吸収が前の実施例の場合と
同様に計算された。フィルターは、透明な基板、及び図
１０の分割形態の光起電力体を間にサンドイッチした２
枚の７５０Åの厚さのインジウム錫酸化物層で構成され
ていた。 【００６２】光起電力体４２は、２つのアモルファス・
シリコン合金ｐ−ｉ−ｎ型太陽電池４４及び４６が７５
０Åの厚さのインジウム錫酸化物で分離されている構造
であった。太陽電池４４及び４６の各々は、全体の厚さ
が５００Åで、４００Åの実質的に真性のアモルファス
・シリコン：水素：フッ素合金物質がｐ−型及びｎ−型
にドープされたシリコン：水素：フッ素合金物質の５０
Åの厚さの層にサンドイッチされた形であった。したが
って、この実施例の光活性シリコン合金物質と、実施例
１の光活性シリコン合金物質の全体の厚さは同じだった
ことが分るだろう。実施例Ｉの電力を発生する光学フィ
ルターと、この例の電力を発生する光学フィルターの唯
一の違いは、半分の厚さの２つの太陽電池４４と４６の
間にインジウロ錫酸化物層を含む多重層サンドイッチの
形成にあった。 【００６３】図１１及び図１２を見ると、このタイプの
多重層サンドイッチを含めることによって、光学的性質
が劇的に変化することが分かるであろう。まず図１１に
ついて説明すると、同図には透過率対波長のグラフを示
されている。フィルター４０の全体的な光学的透過は、
図６のグラフに示されているフィルターの光学的透過に
比べて、長波長で低くなっているが、このフィルター
は、５００ナノメートルでもかなり透過するのに対して
図６のフィルターは５２５ナノメートルより下ではどの
波長の光も透過しないということが認められよう。さら
に、図１１のフィルターの透過は可視スペクトルの大部
分にわたって比較的平坦である。すなわち、５００〜１
０００ナノメートルの波長の入射光は、実質的に同じパ
ーセントだけフィルターを透過するということが認めら
れる。 【００６４】次に図１２を見ると、吸収スペクトルの
（図５のフィルターと比較した）変化は透過スペクトル
の変化に対応することが認められる。前述の例では約５
７０ナノメートルに中心がある広い吸収であったもの
（図７を見よ）が、ほぼ４６０ナノメートルに中心があ
る。かなり狭い、強い吸収になっている。この変化は、
図１０に示されているフィルターの２枚の薄い吸収半導
体物質の層４２と４４の中に透明なインジウム錫酸化物
の層４８が介在することによって生ずるもので、薄い層
と入射光波長との組立作用に帰せられる。 【００６５】図１１及び図１２に特性が示されている光
学フィルターの透過及び吸収スペクトルに関して注目す
べき点は、それを透過する光が人間の眼には比較的無色
と感じられるということである。これは、以前の実施例
で説明したフィルターを透過する光がゴールデン・イエ
ロー又はペール・イエローであることときわめて対象的
である。光学フィルターを透過させて色のついた光を得
たいという場合も多いけれども、用途によっては比較的
無色の光を透過させる必要があることも多い。図５〜図
９及び図１０〜図１２のフィルターは赤外線を透過させ
るものとして示されているが、本発明の原理に従ってそ
れに変更を加えて赤外線の透過を制限することができ
る。 【００６６】上述のフィルターを、赤外線を透過しない
ようにするためには、いろいろな方法が利用できる。赤
外吸収染料の層をフィルターに組み込んでそれを赤外波
長の不透明にすることもできる。赤外吸収染料はエネル
ギーを吸収して暖くなる。場合によってはこの温度上昇
は許容できるが、このような加熱を防止することが望ま
しい場合もある。 【００６７】加熱を防止しなければならない場合、フィ
ルターにはヒート・ミラーを含めてもよい。この用語
は、ここでは、可視波長を透過させるが赤外線を反射す
るような物質の層を定義するものとして用いられる。当
業者には、いくつかのヒート・ミラー物質が知られてい
る：そのような物質としては、たとえば、酸化錫，酸化
亜鉛，酸化インジウム，スズ酸カドミウム及びそのいろ
いろな組合せがあり、また場合によっては、金属薄膜が
選ばれた赤外波長を反射するのに用いられることもあ
る。 【００６８】上述のフィルターは、干渉の原理によっ
て、選ばれた赤外波長を反射し、可視波長を通過させる
ように働く層の組合せを含むことができる。この方法、
ならびにその他の光学的フィルター技法は光学業者には
周知であり、本発明の電力発生フィルターを赤外波長な
らびに他の選ばれた波長に対して非透過的なものにする
ために容易に適用できる。たとえば、本発明のフィルタ
ーに、フィルターを透過する光の色のバランスを調節す
るために可視スペクトルの一部を除去するようにした単
数又は複数の層を含めることができる。 【００６９】光学物質の薄層における強め合う干渉及び
弱め合う干渉の現象は、光学分野の当業者によってすで
に認識され、記述されており、通常の技術をもつ当業者
であれば、いろいろなこの種の現象の計算と予測には十
分精通している。しかし、この現象はこれまで、ある与
えられた特性の光学的吸収係数の光起電力薄層と合わせ
て、同じ物質の全体層の吸収及び透過特性を変えるため
に、相乗的に記述又は利用されていない。さらに、この
現象はこれまで、特別に調整された又は注文に合わせた
光吸収及び透過特性を有する電力を発生する光学フィル
ターを提供するという目的で光起電力物質といっしょに
利用されたことはなかった。当業者には明らかであろう
が、上述のフィルターを構成する薄膜物質（光起電力物
質及び電極）の層の厚さ及び／又はバンド・ギャップ及
び／又は屈折率を変えてフィルターの透過及び吸収特性
を変えることができる。したがって、層の数，厚さ，及
び層を作る物質を賢明に選ぶことによって、この種の電
力発生フィルターの光学的性質をコントロールすること
ができると理解すべきである。 【００７０】この実施例では、図５のフィルター３０と
概して同様であるが、透明電極層の厚さが異なり、さら
にフッ化マグネシウム層がフィルターの光学的性質を変
えるために加えられたという点で異なるフィルターが作
られた。 【００７１】さて、図１９について説明すると、同図に
はこの例のフィルター１５０の断面図が示されている。
フィルター１５０は、前述の例における基板と概して同
様な基板３２を含む。この基板３２の上にほぼ７６０Å
の厚さの第一のインジウム錫酸化物電極３４が配置さ
れ、それと電気的に接触してほぼ１．７５ｅＶのバンド
・ギャップを有するアモルファス・シリコン：水素：フ
ッ素合金物質から作られた光起電力半導体本体部３６が
配置されている。光起電力体３６はほぼ５４０Åの厚さ
で、厚さ４００Åの真性物質の層が、各々ほぼ７０Åの
厚さで、反対の伝導型にドープされた２つの層の間に配
置されている。 【００７２】フィルターはさらに、光起電力体３６と接
触して配置された第二の電極層３８を含む。この第二の
電極層３８は、ほぼ１３００Åの厚さのインジウム錫酸
化物質で、その表面に、光起電力体３６と反対側に、フ
ィルターの吸収をさらに変えるためにほぼ６７０Åの厚
さの比較的透明な物質、この実施例の場合フッ化マグネ
シウムの光学的調整層１５２が配置されている。 【００７３】電極層３４，３８、光起電力体３６、及び
フッ化マグネシウムの光学的調整層１５２は入射光と光
学的に相互作用して、比較的中性の光吸収を有する電力
発生フィルターを作っている。 【００７４】次に図２０について説明すると、同図には
この例のフィルタ１５０の透過特性が示されている。同
図から、このフィルターの透過率は、４５０ナノメート
ルでほぼ３５％、４８０ナノメートルで５１％、５００
ナノメートルで６０％、そして６６０ナノメートルでほ
ぼ６５％であるということが認められよう。 【００７５】このフィルターの光学的性質を周知の光学
的原理によって同様に変化させるために、適当な厚さの
他の透明物質、たとえばフッ化カルシウム，二酸化ケイ
素なども使用できるということに注意すべきである。 【００７６】上述の電力発生フィルターは、図５及び図
１０によって、その露出表面上にカプセル化又は保護層
を含まない形で説明されたが、実際には、フィルターの
薄膜層を周辺条件から守るためにこのような層を含める
ことが望ましいことが多い。さて、図１３について説明
すると、同図には本発明の原理に従って構成された、さ
らに別の電力発生光学フィルターが、一般的に参照数字
５０で示されている。このフィルター５０は、概して図
５について説明したフィルターと同様で、透明基板３２
と、一対の実質的に透明な電極３４及び３８と、その間
に配置された光起電力物質の本体部３６を含む。 【００７７】フィルター５０が前に述べたものと異なる
点は、第二の電極３８の露出表面上に、保護カプセル化
層（被覆層）５２を含むことにある。このカプセル化層
５２の機能は、光が透過するのを比較的妨げずにその下
にある薄膜層を大気の有害な作用から守ることである。
カプセル化層を作るのにとくに適しているいろいろな物
質がある。このような物質としては、ホウケイ酸ガラ
ス，ケイ酸塩ガラスなどの多数のガラスがどれも利用で
きる。同様に、ポリカーボネート，アセテート，ポイミ
ド及びポリエステルなどの合成ポリマー樹脂も用いるこ
とができるし、エポキシなど、接着剤を含む他の有機物
質も用いることができる。広いバンド・ギャップの半導
体又は絶縁体物質はきわめて透明で耐久性が高いので、
カプセル化層を作るのに用いるのに理想的である。 【００７８】ここで、カプセル化層５２と基板３２はど
ちらも透明なものとして説明されているが、場合によっ
ては、これらのものを作るのにある程度の光学的吸収の
ある物質を用いることが望ましい又は受容できることも
ある。認められる程の光吸収で特徴づけられるカプセル
化材料を用いることは、普通はフィルター内の電力発生
や望ましい波長の透過に有害であると考えられるであろ
うが、フィルターの上方の層ですでに完全に吸収された
光をそれが吸収する場合、フィルターがカプセル化層と
反対側から照明されていればその存在は何の影響も及ぼ
さない。また、場合によっては色のついた（すなわち吸
収又は反射する）カプセル化層又は基板を用いてフィル
ターの光学的性質をさらに変化させることもできる；た
とえば前に述べた赤外除去層をカプセル化層に組み込む
こともできる。 【００７９】図１４は、さらに別の電力発生光学フィル
ター６０を図示している。前述の例と同様、フィルター
６０は、基板３２と、一対の電極３４及び３８と、その
間に配置された光起電力半導体本体部３６とを含む。図
１４の電力発生光学フィルター６０はまた、第二の電極
の露出した表面に耐久性のある保護物質６４を固着させ
るのに適した接着剤物質の層６２を含むカプセル化層も
含む。接着剤６２及び保護物質６４は一般に太陽放射に
対して比較透明でなければならないことは明らかであろ
う。 【００８０】図１４のこの特定の例は、２枚の板ガラス
を保護接着層によって貼り合わせる、いわゆる“ラミネ
ート安全ガラス”タイプのものを製造するのに理想的に
適している。たとえば、フィルター６０において、基板
３２及び保護部材６４はどちらもガラスから作り、比較
的強い、柔軟性のある透明な接着性高分子物質６２によ
って貼り合わせて、打撃に強く、こわれてもばらばらに
ならないフィルター６０を作ることができる。 【００８１】このようにして作られたフィルターは、そ
の光学的透過及び吸収を前に説明した方法及び原理に従
って選ぶことができるので、自動車の窓の製造に使用し
て風防ガラスに望ましい色合いを与えるのに理想的に適
している。さらに、その光起電力体によって発生される
電力は、バッテリーの充電や付属品の作動のために自動
車で使用できる。たとえば、自動車が駐車している間、
車を通る空気の流れを維持する通気ファンを動かすため
に、自動車のバッテリーが放電してしまわないようにす
る電力源を備えておくことはきわめて望ましい。自動車
の製造にこのようなガラス材料を用いるならば、自動車
が周辺日光にさらされているときにはいつでも電力が得
られる。 【００８２】ここで、安全ガラスあるいは内部に有機薄
膜物質を含む他のカプセル化ガラス、に関するひとつの
特別な問題が、前述した光によって発生するこれらの材
料の劣化から生ずるということに注意しなければならな
い。ガラスにラミネート又はカプセル封入乃至被覆する
のに用いられる多くの高分子は紫外線によって黄色に変
色する。光起電力体及び電極を、紫外波長を吸収又は反
射するように設計し、その光起電力体及び電極を、紫外
線で損傷し易いカプセル化又はラミネート層と基板の光
が入射する表面との間に配置することにより、この損傷
し易い層が紫外線による劣化から守られるということは
明らかであろう。 【００８３】次に図１５について説明すると、同図には
光学フィルターのさらに別の態様７０が示されている。
図１５のフィルター７０は、前述のように、基板３２
と、電極３４及び３８と、光起電力体３６とを含む。フ
ィルター７０はまた、第二の電極３８の露出表面の近く
に間隔をおいてその間にギャップ７４を形成するように
配置された透明な保護カプセル化層７２を含む。このギ
ャップには、空気，窒素，アルゴンその他の気体を満た
すこともできるし、実質的に何も物質がないようにする
こともできる。こうして作られた光学フィルター７０
は、ギャップ７４がそこを通過する熱エネルギーの流れ
を制限するので比較的良い断熱材である。 【００８４】このような電力発生フィルター７０は、建
築物のガラス・パネルとして使用するのに理想的に適し
ている。光学的フィルター効果は、建物の中への赤外線
や紫外線の透過を阻止するように最適化することがで
き、ギャップ７４はその他の熱の流入や損失を防ぐ断熱
材となり、望むならばフィルターの光学的透過特性の他
の仕方で変えてそれを通過する光に審美的に快い色調を
与えることもできる。このような建築パネルによって発
生される電力は、その建物の居住者によって生産的に利
用できることは明らかである。 【００８５】これまで述べきたことは、電力を発生する
光学フィルターのいくつかの可能な形態の代表的なもの
を示すことを意図したものである。図面に示され、上で
説明された個々のフィルターは、単に本発明の原理を例
示するためのものである：当業者にとっては他の多くの
変形が明らかであろう。たとえば、カプセル化されたフ
ィルターは、いずれもその中にバス−グリッド・パタン
を容易に含めることができる。同様に、多重層の薄膜電
極及び半導体を用いるという考え方は、前述したすべて
の形態に拡張できる。そして、実施例及び計算はアモル
ファス・シリコン合金の光起電力体の使用に基づいてい
たが、同じ原理はアモルファス・ゲルマニウムならびに
多結晶シリコン及びゲルマニウム，カルゴゲナイドをベ
ースとする物質，カドミウムをベースとする物質及び銅
及びインジウムを含む物質にもあてはまる。 【００８６】 【実施例】以上説明した光学フィルターを用いた本発明
の実施例について詳述する。 【００８７】まず図１６について説明すると。同図には
本発明の電力を発生する光学フィルターから作られる後
部風防ガラス９２を含む自動車９０が示されている。フ
ィルターを組み込んだ風防ガラス９２は、自動車９０に
入る周辺光をフィルターとして、そのバッテリー及び発
電機（又は交流発電機）を補う電力を発生するように効
果的に配置されている。図に示されているように、風防
ガラス９２に組み込まれた電力発生フィルターは、その
光起電力体３６によって発生される電流を取り出すため
のバス−グリッド・パターン９４を含む。バス−グリッ
ド・パターン９４は、風防ガラスを横断して伸びてフィ
ルターの光起電力体からの電力の取り出しの一方の主端
子となっている主バスバー９６を含む。バス−グリッド
・パターンはまた、光起電力体のいろいろな部分から光
によって発生する電流を主バスバー９６へ運ぶための複
数個のグリッド−フィンガー９８も伴っている。実施態
様によってはひとつのバス−グリッド・パターンでフィ
ルターからの電流を取り出すのに十分であろう。しか
し、場合によっては２つの電極の各々にひとつのバス−
グリッド・パターンが結びついていることが望ましいこ
ともあるだろう：これらの変形はすべて当業者の技術の
範囲内にあるもので、本発明の範囲に含められる。 【００８８】導電層を含む本発明のような電流発生光学
フィルターは、とくに自動車用途にあてはまるさらに別
の利点がある。この導電層、たとえば図５に示すフィル
ター３０の電極層３４及び３８、を通してフィルターの
全部又は一部に外部から電流を流して、基板３２を暖め
るためにそれを抵抗加熱することができる。この加熱
は、防風ガラスの曇りをとり、着氷を除くために、自動
車用途にきわめて有益である。 【００８９】電流を、第一の電極３８に印加し、光起電
力体３６を通って第二の電極３４へ流し、基板３２を暖
めることができる：あるいはまた、電流を導電性電極の
一方３４だけを通して横方向に流し、光起電力体３６を
迂回させて電流を流しなおかつ基板３２を暖めることも
できる。あるいはまた、図１６のバス−グリッド・パタ
ーン９４を抵抗ヒータとして用いて、それに電流を印加
することもできる。 【００９０】図１６によって説明した自動車への応用は
後部の風防ガラス９２を示し、風防ガラス全体が電力を
発生する光学フィルターになっているが、本発明はその
ように限定されるものではない。たとえば、本発明の電
力発生フィルター物質は、風防ガラスの上方の部分だけ
に、又はふちのあたりだけに、効果的に配置される光フ
ィルター帯として風防ガラス一部にだけ設けることもで
きる。 【００９１】図１７に眼を転ずると、同図には建物ガラ
ス・パネル１０２が本発明の電力発生光学フィルターか
ら作られた高層ビル１００が示されている。高層ビル
は、普通、大きな面積の着色ガラス又は他の形で光学的
に処理されたガラスを含んでおり、したがって本発明を
配備するのに理想的に適している。図１７の建築パネル
１０２は、一般に図１５によって説明されたフィルター
７０と同様の仕方で製造され、したがって建物の断熱，
遮光及び電力供給を同時に行うように特別に設計され
る。上で述べた自動車への応用の場合と同様、電力を発
生する光学フィルター７０にバス−グリッド・パターン
を組み込んで電流の収集を助けることができる。さら
に、フィルターに外部から電流を印加し、曇りをとった
り着氷を除くための加熱を行うことができる。 【００９２】次に図１８について説明する。同図にはフ
ィルター１１２がレンズ・ハウジング１１４に取り付け
られた写真カメラ１１０が示されている。本発明の原理
に従って、このフィルターを電力を発生する光学フィル
ターにすることができる。現在の写真カメラは、開口や
シャッター・スピードのコントロールのためにいろいろ
な電子回路を内部で用いているので、本発明の電力を発
生する光学フィルターを用いて、色のバランスをとった
り、紫外線を阻止したりするため濾光効果を得る他に、
その回路に電力を供給することができる。この電力発生
光学フィルターには、カメラの電気回路に電力を供給す
るために、備えつけの端子接点を設けて、それがレンズ
・ハウジング１１４に対応する接点と導電的に係合され
るようにすることが考えられている。 【００９３】これまで述べてきたことは、本発明を例示
するいくつかの実施態様及び用途を示している。本発明
の電力を発生すると光学フィルターのその他の多くの形
態は当業者には明らかであろう。たとえば、本発明のフ
ィルターは、多様な陸上，水上，空中及び宇宙の乗物の
風防として用いることができる。 【００９４】前述の実施例、図面及び説明は、本発明の
いくつかの実施態様を例示したものであって、その実施
に対する制限を意味するものではない。本発明の範囲を
定めるものは、すべての均等物を含む特許請求の範囲で
ある。
【図面の簡単な説明】 【図１】相対強度を縦軸に波長を横軸にとって、太陽ス
ペクトルの波長の規格化された強度を図示し、波長の各
領域によって生ずる色を含めて示したグラフである。 【図２】各々が三つ組の半導体合金物質の層から作られ
た複数個の積重ねられたｎ−ｉ−ｐ太陽電池から成る、
現在の技術によるダンデム光起電力デバイスの部分断面
図である。 【図３】各太陽電池の各ｎ，ｉ又はｐ型伝導領域が複雑
個の無秩序な層から成るように作られた図２のダンデム
光起電力デバイスの部分断面図である。 【図４】図３のタンデム光起電力デバイスの太陽電池１
ｃの、各伝導領域の交互にくり返される無秩序な層を示
す大きく拡大された部分断面図である。 【図５】１，７５ｅＶの光起電力体が一対の透明な電極
の間に配置された作られている、本発明の電力を発生す
る光学フィルターの第一実施態様の拡大断面図である。 【図６】図５に示された仕方で構造的に設計された光学
フィルターを通る入射太陽スペクトルの個々の波長の透
過率をプロットした図である。 【図７】図５に示された仕方で構造的に設計された光学
フィルターによる入射太陽スペクトルの個々の波長の吸
収率をプロットした図である。 【図８】図５に示された仕方で構造的に設計された、
２．０ｅＶの光起電力体を含む光学フィルターによる入
射太陽スペクトルの個々の波長の透過率をプロットした
図である。 【図９】図５に示された仕方で構造的に設計された、
２．０ｅＶの光起電力体を含む光学フィルターによる入
射太陽スペクトルの個々の波長の吸収率をプロットした
図である。 【図１０】２つの光起電力体が透明な電極物質の層の間
に配置されて作られる、本発明の電力を発生する光学フ
ィルターの第二の実施態様の拡大断面図である。 【図１１】図１０に示された仕方で構造的に設計された
光学フィルターを通る入射太陽スペクトルの個々の波長
の透過率をプロットした図である。 【図１２】図１０に示された仕方で構造的に設計された
光学フィルターを通る入射太陽スペクトルの個々の波長
の吸収率をプロットした図である。 【図１３】第二の電極を保護するために効果的に配置さ
れたカプセル化層を有する図５に示された光学フィルタ
ーの拡大断面図である。 【図１４】透明な電極とカプセル化層の間に接着剤が配
置されている図１３に示された光学フィルターの拡大断
面図である。 【図１５】透明な電極とカプセル化層の間に空気ギャッ
プが配置されている図１３に示された光学フィルターの
拡大断面図である。 【図１６】後部風防ガラスに効果的に配置された本発明
の電力を発生する光学フィルターを示す自動車のフォル
ム化された斜視図である。 【図１７】建築のガラス面に効果的に配置された本発明
の電力を発生する光学フィルターを示す高層ビルのフォ
ルム化された部分斜視図である。 【図１８】レンズに効果的に配置された本発明の電力を
発生する光学フィルターを示すカメラのフォルム化され
た斜視図である。 【図１９】光学的調整用を含む、本発明のもうひとつの
電力を発生する光学フィルターの拡大断面図である。 【図２０】図１９に示された仕方で構造的に設計された
光学フィルターを通る太陽スペクトルの個々の波長の透
過率をプロットした図である。 【符号の説明】 ３０，４０，５０，６０，７０ フィルター ３２ 基板 ３４，３８ 電極 ３６ 光起電力体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−235442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−50782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−44793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−38994（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．透明基板の上に設けられた透明導電層と該透明導電
    層の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光起電力層上
    に設けられた透明導電層とを有し、熱を発生させるべく
    前記光起電力層を迂回させて前記一方の透明導電層の横
    方向に電流が流れるように外部から電流を該一方の透明
    導電層に供給する手段を設けたことを特徴とする光学フ
    ィルター。 ２．透明基板の上に設けられた第１の透明導電層と該第
    １の透明導電層の上に設けられた薄膜の光起電力層と該
    光起電力層上に設けられた第２の透明導電層と、該第２
    の透明導電層上に設けられたグリッドパターンとを有
    し、熱を発生させるべく該グリッドパターンに外部から
    電流を供給する手段を設けたことを特徴とする光学フィ
    ルター。 ３．透明基板を備えた風防ガラスにおいて、 該透明基板の上に設けられた透明導電層と該透明導電層
    の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光起電力層上に
    設けられた透明導電層とを有し、熱を発生させるべく前
    記光起電力層を迂回させて前記一方の透明導電層の横方
    向に電流が流れるように外部から電流を該一方の透明導
    電層に供給する手段を設けたことを特徴とする風防ガラ
    ス。 ４．透明基板を備えた風防ガラスにおいて、 該透明基板の上に設けられた第１の透明導電層と該第１
    の透明導電層の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光
    起電力層上に設けられた第２の透明導電層と、該第２の
    透明導電層上に設けられたグリッドパターンとを有し、
    熱を発生させるべく該グリッドパターンに外部から電流
    を供給する手段を設けたことを特徴とする風防ガラス。 ５．透明基板を備えた風防ガラスを有する自動車におい
    て、 該透明基板の上に設けられた透明導電層と該透明導電層
    の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光起電力層上に
    設けられた透明導電層とを有し、熱を発生させるべく前
    記光起電力層を迂回させて前記一方の透明導電層の横方
    向に電流が流れるように外部から電流を該一方の透明導
    電層に供給する手段を設けたことを特徴とする自動車。 ６．透明基板を備えた風防ガラスを有する自動車におい
    て、 該透明基板の上に設けられた第１の透明導電層と該第１
    の透明導電層の上に設けられた薄膜の光起電力層と該光
    起電力層上に設けられた第２の透明導電層と、該第２の
    透明導電層上に設けられたグリッドパターンとを有し、
    熱を発生させるべく該グリッドパターンに外部から電流
    を供給する手段を設けたことを特徴とする風防ガラスを
    有する自動車。 ７．該風防ガラスは建物のガラスであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項に記載の風防ガラス。 ８．該風防ガラスは建物のガラスであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第４項に記載の風防ガラス。
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