JP2764297B2 - Photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device

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JP2764297B2
JP2764297B2 JP1022829A JP2282989A JP2764297B2 JP 2764297 B2 JP2764297 B2 JP 2764297B2 JP 1022829 A JP1022829 A JP 1022829A JP 2282989 A JP2282989 A JP 2282989A JP 2764297 B2 JP2764297 B2 JP 2764297B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフォトダイオード型光電変換装置でおける開
放電圧の温度補償に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to temperature compensation of open-circuit voltage in a photodiode type photoelectric conversion device.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

本出願人は、先に、入射光量の変化に対して開放電圧
の変化する出力が、広い照度範囲で直線性を有し、且つ
温度係数が小さく、安価な光電変換装置として第5図に
示す光電変換装置を提案した(特願昭63−251365号)。
The applicant has previously shown in FIG. 5 an inexpensive photoelectric conversion device in which the output in which the open-circuit voltage changes with respect to the change in the amount of incident light has linearity over a wide illuminance range, has a small temperature coefficient, and is inexpensive. A photoelectric conversion device was proposed (Japanese Patent Application No. 63-251365).

51は透明基板、52は透明導電膜、53a、53bはP−I−
N接合した非晶質半導体層、54a、54bは金属電極、55は
遮光体、56はバイパス抵抗成分(以下、抵抗と記す)、
57はバイアス電圧電源である。
51 is a transparent substrate, 52 is a transparent conductive film, 53a and 53b are PI-
N-junction amorphous semiconductor layers, 54a and 54b are metal electrodes, 55 is a light shield, 56 is a bypass resistance component (hereinafter referred to as resistance),
57 is a bias voltage power supply.

透明基板51上に、透明導電膜52、P−I−N接合した
非晶質半導体層53a、53b及び金属電極54a、54bからなる
積層体a,bが形成される。そして、前記2つの積層体a,b
が透明導電膜52を介して接合方向が互いに逆方向に接続
されて形成されるとともに、一方の積層体aには、周囲
の光の入射を遮断する遮光体55が形成される。そして、
前記透明導電膜52と遮光体55を有する積層体aの金属電
極54aとの間に抵抗成分56を介在してバイアス電圧が印
加されるようバイアス電圧電源57に接続している。
On a transparent substrate 51, laminated bodies a and b composed of a transparent conductive film 52, PIN-bonded amorphous semiconductor layers 53a and 53b, and metal electrodes 54a and 54b are formed. And the two laminates a and b
Are formed in such a manner that the bonding directions are connected to each other via the transparent conductive film 52, and a light-shielding body 55 that blocks the incidence of ambient light is formed on one of the laminates a. And
A bias voltage source 57 is connected so that a bias voltage is applied between the transparent conductive film 52 and the metal electrode 54a of the laminate a having the light shielding body 55 with a resistance component 56 interposed therebetween.

第6図はその等価的な電気回路図である。 FIG. 6 is an equivalent electric circuit diagram.

電気回路図において、遮光体55を有する積層体aと抵
抗成分56とバイアス電圧電源57の印加電圧Vbの閉回路
(図では左側)を考えると、この閉回路に流れる電流を
iとすると、 Vb=i・R+(nKT/q)・{1n(i/Is+1)}−とな
る。
In the electric circuit diagram, given the closed circuit of the applied voltage V b of the laminate a and the resistance component 56 and a bias voltage source 57 having a light-shielding member 55 (the left side in the figure), when the current flowing through the closed circuit is i, V b = i · R + ( nKT / q) · {1n (i / I s +1)} - become.

ここで、n:積層体の非晶質半導体層によって決まる固
有係数(ダイオード値) R:抵抗成分6の抵抗値 K:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷 Is:積層体の飽和電流である。
Here, n: intrinsic coefficient (diode value) determined by the amorphous semiconductor layer of the laminated body R: resistance value of the resistance component 6 K: Boltzmann constant T: absolute temperature q: electron charge I s : saturation current of the laminated body It is.

そして、点xにおける電圧をVxとすると、 Vx=i・Rであり、式より、 Vx=i・R=Vb−(nKT/q)・{1n(i/Is+1)}−
となる。
When the voltage at the point x and V x, a V x = i · R, from the formula, V x = i · R = V b - (nKT / q) · {1n (i / I s +1)} −
Becomes

また、VoutはVxと積層体bの開放電圧Vocの和とな
る。
V out is the sum of V x and the open circuit voltage Voc of the stacked body b.

また、積層体bの開放電圧Vocは、Voc=(nKT/q)・
{1n(Ip/Is+1)}− で表される。ここで、Ip:積層体bの光電流である。
The open-circuit voltage Voc of the laminate b is Voc = (nKT / q) ·
{1n (I p / I s +1)} − Here, I p is a photocurrent of the stacked body b.

即ち、出力電圧Voutは、式及び式から、 Vout=Vb−nKT/q・1n(i/Is+ 1)+nKT/q・1n(Ip/Is+1)−となる。That is, the output voltage V out from the formula and formula, V out = V b -nKT / q · 1n (i / I s + 1) + nKT / q · 1n (I p / I s +1) - become.

式において、Isは温度変化に対して指数的に変化す
るため、開放電圧Vocは温度に対して逆比例し、その温
度係数は−2.7mW/℃程度の値を示す。ここで式におい
て、第2項、第3項にはそれぞれi/Is、Ip/Isという成
分が有り、温度変化に対してIsが指数関数的に変化する
ものの、第2項、第3項の符号が互いに逆であるため、
開放電圧Voc単独に比べ、Isの変化分が幾分相殺される
ことになり、出力電圧Voutの温度係数は小さくなる。
In the formula, I s is to change exponentially with respect to changes in temperature, the open-circuit voltage Voc is inversely proportional to temperature, the temperature coefficient exhibits a value of about -2.7mW / ℃. Here, in the equation, the second and third terms have components of i / I s and I p / I s , respectively. Although I s changes exponentially with temperature change, Since the signs of the third term are opposite,
Compared to the open voltage Voc alone will be variation in I s is somewhat offset, temperature coefficient of the output voltage V out decreases.

しかし、積層体の非晶質半導体層によって決まるダイ
オード値nが、同一工程で作成しても、実際には、積層
体aの非晶質半導体層53aのダイオード値naと積層体b
の非晶質半導体層53bのダイオード値nbとに若干の差が
生じる。このため、積層体aと積層体b間で諸特性がば
らついてしまう。ダイオード値na、nbのばらつきの原因
は、積層体aに設けた遮光体55の成分、主に金属が非晶
質半導体層53a中に拡散してしまうためである。一例と
して、受光部の積層体bのダイオード値nbは1.5である
が、遮光体55を有する積層体aのダイオード値naは、1.
0〜1.5の間でばらついてしまう。
However, even if the diode value n determined by the amorphous semiconductor layer of the stacked body is formed in the same process, actually, the diode value n a of the amorphous semiconductor layer 53a of the stacked body a and the stacked body b
Slight difference in the diode value n b amorphous semiconductor layer 53b results in. For this reason, various characteristics vary between the laminate a and the laminate b. The cause of the variation in the diode values n a and n b is that the components of the light shielding body 55 provided in the stacked body a, mainly the metal, diffuse into the amorphous semiconductor layer 53a. As an example, although the diode value n b of a laminate b of the light receiving portion is 1.5, the diode value n a of the laminate A having a light shield 55, 1.
It varies between 0 and 1.5.

また、式において、第2項の電流iは、固定的な抵
抗Rと遮光体55を有する積層体aにかかる電圧によって
決まり、入射光量の変化に対して一定である。また、第
3項の電流ipは光入射によって発生する積層体bの光電
流であり、入射光量の変化に応じてγ=1で変化する。
ここでγとは、XLuxでの光電流Ix、YLuxでの光電流Iy
とするとき、log(Ix/Iy)/log(X/Y)で表される。
In the equation, the current i in the second term is determined by the voltage applied to the laminated body a having the fixed resistor R and the light shielding body 55, and is constant with respect to the change in the amount of incident light. The current i p of the third term is the photocurrent of the laminate b generated by light incident varies gamma = 1 in accordance with a change in incident light amount.
Here, γ is the photocurrent I x at XLux and the photocurrent I y at Ylux.
When a is expressed by log (I x / I y) / log (X / Y).

実際には、i/IsとIp/Isとの比率が入射光量によって
変化するために光電変換装置の温度係数も全体として若
干変動することになる。例えば、抵抗成分56の抵抗値R
=1.5MΩ、バイアス電圧Vb=1.0V、積層体a、bの有効
面積(透明導電膜及び金属電極に挟まれた非晶質半導体
層の面積)=1cm2の場合、0.1Luxでの温度係数は−0.64
mV/℃で、105Luxでの温度係数は+1.14mV/℃であった。
この間は、温度係数は単調増加していく。即ち、上述の
光電変換装置は温度の変化による出力の変動を極小化で
きるものの、温度係数の照度依存性が大きく、実用上改
善を要するものであった。
Actually, it ratio of i / I s and I p / I s varies slightly as a whole the temperature coefficient of the photoelectric conversion device for changing the amount of incident light. For example, the resistance value R of the resistance component 56
= 1.5 MΩ, bias voltage V b = 1.0 V, effective area of laminated bodies a and b (area of amorphous semiconductor layer sandwiched between transparent conductive film and metal electrode) = 1 cm 2 , temperature at 0.1 Lux Coefficient is -0.64
at mV / ° C., the temperature coefficient at 10 5 Lux was + 1.14mV / ℃.
During this time, the temperature coefficient monotonically increases. That is, although the above-mentioned photoelectric conversion device can minimize the fluctuation of the output due to the change of the temperature, the temperature coefficient largely depends on the illuminance, and needs improvement in practical use.

〔本発明の目的〕(Object of the present invention)

本発明は、上述の背景に鑑み案出されたものであり、
その目的は、入射光量の変化における温度係数の変化を
抑え、精度の向上した光電変換装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above background,
It is an object of the present invention to provide a photoelectric conversion device with improved accuracy by suppressing a change in a temperature coefficient due to a change in the amount of incident light.

〔目的を達成するための技術的な手段〕[Technical means to achieve the purpose]

上述の目的を達成するために本発明によれば、透明導
電膜を被着した透明基板上に、P−I−N接合した非晶
質半導体層と金属電極とを重畳して成る2つの積層体を
形成し、該透明導電膜を介して、接合方向を互いに逆向
きに接続し、一方の積層体に遮光体を形成するととも
に、前記透明導電膜と一方の積層体の金属電極間に、一
定バイアス電圧を印加する電源及びバイパス抵抗成分を
設けた光電変換装置において、前記バイパス抵抗成分
を、一方の積層体と他方の積層体に挟まれた非晶質半導
体層で形成する光電変換装置が提供される。
According to the present invention, there is provided, according to the present invention, a two-layer structure in which an amorphous semiconductor layer having a PIN junction and a metal electrode are superimposed on a transparent substrate having a transparent conductive film applied thereon. A body is formed, and the joining directions are connected to each other in the opposite direction via the transparent conductive film, and a light-shielding body is formed on one laminate, and between the transparent conductive film and the metal electrode of the one laminate, In a photoelectric conversion device provided with a power supply for applying a constant bias voltage and a bypass resistance component, a photoelectric conversion device in which the bypass resistance component is formed by an amorphous semiconductor layer sandwiched between one stacked body and the other stacked body is provided. Provided.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の光電変換装置を図面に基づいて詳細に
説明する。
Hereinafter, a photoelectric conversion device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る光電変換装置の構造を示す断面
構造図であり、第2図は第1図に示した光電変換装置の
等価的な電気回路図である。
FIG. 1 is a sectional structural view showing a structure of a photoelectric conversion device according to the present invention, and FIG. 2 is an equivalent electric circuit diagram of the photoelectric conversion device shown in FIG.

本発明の光電変換装置は、透明基板1上に、透明導電
膜2、P−I−N接合した非晶質半導体層3及び金属電
極4a、4bからなる積層体a,bが形成される。そして、前
記2つの積層体a,bが透明導電膜2を介して接合方法が
互いに逆方向に接続されて形成されるとともに、一方の
積層体aには、周囲の光の入射を遮断する遮光体5が形
成される。さらに、少なくとも積層体aのP−I−N接
合した非晶質半導体層3と遮光体5との間にI型非晶質
シリコン半導体層7を介在させ、第2図に示すように前
記透明導電膜2と遮光体5を有する積層体aの金属電極
4aとの間に抵抗成分6を介在してバイアス電圧が印加さ
れるように構成されている。
In the photoelectric conversion device of the present invention, on a transparent substrate 1, a laminate a, b composed of a transparent conductive film 2, an amorphous semiconductor layer 3 joined by a PIN junction, and metal electrodes 4a, 4b is formed. The two laminates a and b are formed so that the joining methods are connected in opposite directions via the transparent conductive film 2 and one of the laminates a is a light-shielding member that blocks the incidence of ambient light. The body 5 is formed. Further, an I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 is interposed between at least the P-N-joined amorphous semiconductor layer 3 and the light-shielding body 5 of the laminate a, and as shown in FIG. Metal electrode of laminate a having conductive film 2 and light shield 5
It is configured such that a bias voltage is applied with a resistance component 6 interposed between the bias voltage and the bias voltage 4a.

透明基板1はガラス、透光性セラミックなどから成
り、該透明基板1の一主面には透明導電膜2が被着され
ている。
The transparent substrate 1 is made of glass, translucent ceramic, or the like, and a transparent conductive film 2 is attached to one main surface of the transparent substrate 1.

透明導電膜2は酸化錫、酸化インジウム、酸化インジ
ウム錫などの金属酸化物膜で形成され、透明基板1の一
主面の少なくとも積層体a、bに共通の膜となるように
形成されている。具体的には透明基板1の一主面上にマ
スクを装着した後、上述の金属酸化物膜を被着したり、
透明基板1の一主面上に金属酸化物膜を被着した後フォ
ト・エッチング処理したりして形成される。
The transparent conductive film 2 is formed of a metal oxide film such as tin oxide, indium oxide, or indium tin oxide, and is formed so as to be a film common to at least the stacked bodies a and b on one main surface of the transparent substrate 1. . Specifically, after mounting a mask on one main surface of the transparent substrate 1, the above-described metal oxide film is deposited,
It is formed by applying a metal oxide film on one main surface of the transparent substrate 1 and then performing a photo-etching process.

非晶質半導体層3は、少なくとも金属電極4a、4bが形
成され積層体a,bとなる部分に、第1の導電型、第2の
導電型、第3の導電型を接合、即ちP−I−N接合が形
成されている。具体的には、非晶質半導体層3はシラ
ン、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電で
分解するプラズマCVD法や光CVD法等で被着される非晶質
シリコンなどから成り、P層はシランガスにジボランな
どのP型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成さ
れ、I層はシランガスを反応ガスとして形成され、N層
はシランガスにフォスフィンなどのN型ドーピングガス
を混入した反応ガスで形成される。
The amorphous semiconductor layer 3 has a first conductivity type, a second conductivity type, and a third conductivity type joined to at least portions where the metal electrodes 4a and 4b are formed to become the laminates a and b, that is, P-type. An IN junction is formed. Specifically, the amorphous semiconductor layer 3 is made of amorphous silicon or the like deposited by a plasma CVD method or a photo CVD method in which a silicon compound gas such as silane or disilane is decomposed by glow discharge. The silane gas is formed with a reaction gas in which a P-type doping gas such as diborane is mixed, the I layer is formed with silane gas as a reaction gas, and the N layer is formed with a reaction gas in which silane gas is mixed with an N-type doping gas such as phosphine. .

金属電極4a、4bは、非晶質半導体層3上に所定間隔、
例えば非晶質半導体層3を通して金属電極4a、4b間でリ
ーク電流が発生しない程度の充分な距離を置いて形成さ
れる。具体的には、金属電極4a、4bは非晶質半導体層3
上にマスクを装着し、ニッケル、アルミニウム、チタ
ン、クロム等の金属を被着したり、非晶質半導体層3上
にニッケル、アルミニウム、チタン、クロム等の金属膜
を被着した後レジスト・エッチング処理したりして所定
パターンに形成される。この工程により、透明導電膜2
を共通な膜とした積層体a、bが形成されることにな
る。
The metal electrodes 4a and 4b are provided on the amorphous semiconductor layer 3 at predetermined intervals,
For example, it is formed at a sufficient distance through the amorphous semiconductor layer 3 between the metal electrodes 4a and 4b so that no leak current occurs. Specifically, the metal electrodes 4a and 4b are
After a mask is mounted thereon and a metal such as nickel, aluminum, titanium and chromium is deposited, or a metal film such as nickel, aluminum, titanium and chromium is deposited on the amorphous semiconductor layer 3 and then resist etching is performed. It is formed into a predetermined pattern by processing. By this step, the transparent conductive film 2
Are formed as a common film.

尚、この金属電極4a、4bのレジスト・エッチング処理
時に、金属電極4a、4b及び非晶質半導体層3をエッチン
グする溶液に浸漬したり、またレジスト・エッチング処
理に続いて金属電極4a、4bを侵さず、非晶質半導体層3
のみをエッチングする溶液に浸漬することにより、金属
電極4a、4bが形成されない部分の非晶質半導体層3の一
部(図では、N層)または全部を除去してもよい。
During the resist etching of the metal electrodes 4a, 4b, the metal electrodes 4a, 4b and the metal electrodes 4a, 4b are immersed in a solution for etching the amorphous semiconductor layer 3, or the metal electrodes 4a, 4b are successively etched after the resist etching. Non-invasive, amorphous semiconductor layer 3
By immersing the amorphous semiconductor layer 3 in a solution in which only the metal electrodes 4a and 4b are not formed, a part (the N layer in the drawing) or all of the amorphous semiconductor layer 3 where the metal electrodes 4a and 4b are not formed may be removed.

遮光体5は、前記積層体a、bのいづれか一方の積層
体、例えば積層体aに、周囲からの光が積層体aの非晶
質半導体層3に照射されないように、積層体aに対応す
る透明導電膜2と非晶質半導体層3の間に形成される。
具体的には、上述の透明導電膜2を形成した後に、積層
体aとなる部分に遮光体5を形成する。遮光体5の形成
方法として、不透光性樹脂、無機材料をスクリーン印刷
法で形成したり、ニッケル、クロム、チタン、ニッケル
−クロムなどの金属を厚み500Å以上にスパッタリング
などの物理的蒸着法で形成する。これにより、周囲の光
を完全に遮断することができる。特に後者の金属を被着
した場合には、透明導電膜2を緩衝物質として作用させ
ることができるので、遮光体5の金属層の基板剥離が防
止できる。
The light-shielding body 5 corresponds to one of the laminates a and b, for example, the laminate a so that light from the surroundings is not irradiated to the amorphous semiconductor layer 3 of the laminate a. Formed between the transparent conductive film 2 and the amorphous semiconductor layer 3.
Specifically, after the above-described transparent conductive film 2 is formed, the light shielding body 5 is formed in a portion to be the stacked body a. As a method for forming the light-shielding member 5, a light-opaque resin or an inorganic material is formed by a screen printing method, or a metal such as nickel, chromium, titanium, or nickel-chromium is formed to a thickness of 500 mm or more by a physical vapor deposition method such as sputtering. Form. Thus, ambient light can be completely blocked. In particular, when the latter metal is applied, the transparent conductive film 2 can act as a buffer substance, so that the metal layer of the light shield 5 can be prevented from peeling off the substrate.

I型非晶質シリコン半導体層7は、少なくとも積層体
aのP−I−N接合した非晶質半導体層3と遮光体5と
の間に形成される。図では積層体a、bを問わずP−I
−N接合した非晶質半導体層3の下部に形成されてい
る。具体的には、非晶質半導体層3の製造工程で、非晶
質半導体層3に先立って、シラン、ジシランなどのシリ
コン化合物ガスをグロー放電で分解するプラズマCVD法
や光CVD法等で被着される。この非晶質シリコン半導体
層7によって、遮光体5の金属層からP−I−N接合し
た非晶質半導体層3側に拡散する金属成分を遮断し、こ
の金属成分の拡散による非晶質半導体層3の悪影響(膜
の変質によるn値のばらつき)を防止する。このように
金属成分を遮断をするためには、少なくとも50Å以上の
膜厚が必要となる。
The I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 is formed at least between the P-N-joined amorphous semiconductor layer 3 of the stacked body a and the light shielding body 5. In the figure, PI is applied regardless of the laminates a and b.
It is formed below the -N-junction amorphous semiconductor layer 3. Specifically, in the manufacturing process of the amorphous semiconductor layer 3, prior to the amorphous semiconductor layer 3, the silicon compound gas such as silane or disilane is covered by a plasma CVD method or a photo CVD method that decomposes by a glow discharge. Be worn. The amorphous silicon semiconductor layer 7 blocks a metal component that diffuses from the metal layer of the light-shielding body 5 to the P-I-N junctioned amorphous semiconductor layer 3 side. An adverse effect of the layer 3 (variation in n value due to deterioration of the film) is prevented. In order to cut off the metal components, a film thickness of at least 50 ° is required.

抵抗成分6は、第2図に示すように外部バイアス電圧
が積層体aの金属電極4aと透明導電膜2間にバイアス電
圧を印加する際に、外部バイアス電圧と透明導電膜2間
に介在され、積層体a、b間の非晶質半導体層3に形成
される。即ち、抵抗成分6は前記透明導電膜2及び金属
端子8に挟持されたI型非晶質シリコン半導体層7及び
I−N接合からなる非晶質半導体層3であり、基板側か
ら光の入射により、抵抗率が変化する抵抗成分となる。
透明導電膜2と金属電極8に挟持された抵抗成分6は、
I−N接合によりなっており、非晶質半導体層3のP層
のみ又はI型非晶質シリコン半導体層7と非晶質半導体
層3のP層の両方が所定パターンに形成されている。具
体的には、非晶質半導体層3のP層はI型非晶質シリコ
ン半導体層7上にマスクを装着して前述のプラズマCVD
法や光CVD法などで被着したり、I型非晶質シリコン半
導体層7上にP層の非晶質半導体層3を被着した後、レ
ジストエッチング処理をしたりして、I型非晶質シリコ
ン半導体層7とともに所定パターンに形成されたりす
る。この工程により透明導電膜2と金属電極8に挟持さ
れた抵抗成分6の部分以外にのみP層又はP層とI層7
が形成され、その後前述のプラズマCVD法や光CVD法など
の手法でI層、N層の非晶質半導体層3が順次被着され
る。
The resistance component 6 is interposed between the external bias voltage and the transparent conductive film 2 when the external bias voltage applies a bias voltage between the metal electrode 4a of the multilayer body a and the transparent conductive film 2 as shown in FIG. Is formed in the amorphous semiconductor layer 3 between the stacked bodies a and b. That is, the resistance component 6 is the I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 and the amorphous semiconductor layer 3 composed of an IN junction sandwiched between the transparent conductive film 2 and the metal terminal 8, and light enters from the substrate side. As a result, the resistance component changes.
The resistance component 6 sandwiched between the transparent conductive film 2 and the metal electrode 8
An I-N junction is used, and only the P layer of the amorphous semiconductor layer 3 or both the I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 and the P layer of the amorphous semiconductor layer 3 are formed in a predetermined pattern. Specifically, the P layer of the amorphous semiconductor layer 3 is formed by mounting a mask on the I-type amorphous silicon
After applying the P-type amorphous semiconductor layer 3 on the I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 by applying a resist etching process or the like, It is formed in a predetermined pattern together with the amorphous silicon semiconductor layer 7. By this step, the P layer or the P layer and the I layer 7 are formed only in the portion other than the resistance component 6 sandwiched between the transparent conductive film 2 and the metal electrode 8.
Is formed, and then an I-layer and an N-layer amorphous semiconductor layer 3 are sequentially deposited by a method such as the plasma CVD method or the optical CVD method described above.

尚、透明導電膜や一般の金属とI型非晶質シリコン半
導体層7との接触は通常ショトキー障壁が形成され、整
流特性を示すので非晶質半導体3やI型非晶質シリコン
半導体層7の被着前に水素やごく低濃度のフォスフィン
と水素の混合でプラズマ処理などを行う。尚、金属端子
8は、2つの積層体a、bの金属電極4a、4bの形成時に
同一材料のニッケル、アルミニウム、チタン、クロム等
の金属で形成される。
The contact between the transparent conductive film or general metal and the I-type amorphous silicon semiconductor layer 7 usually forms a Schottky barrier and exhibits rectification characteristics. Before the deposition, a plasma treatment or the like is performed using hydrogen or a mixture of phosphine having a very low concentration and hydrogen. The metal terminals 8 are formed of the same material such as nickel, aluminum, titanium, and chromium when the metal electrodes 4a and 4b of the two laminates a and b are formed.

以上のように構成された光電変換装置に基づいて、バ
イアス電圧の印加について説明する。
The application of the bias voltage will be described based on the photoelectric conversion device configured as described above.

積層体aのP−I−N接合したダイオードは、順方向
に印加される直流のバイアス電圧9と抵抗成分6が接続
される。
The P-I-N junction diode of the stacked body a is connected to the DC bias voltage 9 applied in the forward direction and the resistance component 6.

今、積層体aの金属電極4aに−、透明導電膜2間に抵
抗成分6を介して+で積層体aに対して順方向にバイア
ス電圧をかけておくと、出力(点A、B間)Voutには、
上述のようにVxと積層体bの開放電圧Vocとの和とな
り、出力電圧Voutは、上述の式より、 Vout=Vb−(nKT/q)・{1n(i/IS +1)}+(nKT/q)・{1n(Ip/Is +1)}となる。
Now, if a bias voltage is applied to the laminate a in the forward direction with − to the metal electrode 4a of the laminate a and + to the transparent conductive film 2 via the resistance component 6 between the transparent conductive film 2, the output (point A ) V out
The sum of the V x as described above and the open-circuit voltage Voc of the laminate b, the output voltage V out, from the above equation, V out = V b - ( nKT / q) · {1n (i / I S +1 ) a} + (nKT / q) · {1n (I p / I s +1)}.

上式で温度Tに関する項が第2項及び第3項である
が、互いに符号が反対であるため、明状態で、周囲温度
が上昇しても、積層体bの開放電圧の温度Tに対する変
化分が積層体aの両端に発生する電圧の温度Tに対する
変化分に対応した電圧Vxの変化分より、いくぶんか相殺
され、結局出力Voutの温度係数は積層体bの開放電圧の
温度係数よりも小さくなる。
The terms relating to the temperature T in the above equation are the second term and the third term. Since the signs are opposite to each other, even if the ambient temperature increases in the bright state, the change in the open-circuit voltage of the laminate b with respect to the temperature T temperature coefficient of frequency is higher than the variation of the voltage V x corresponding to the variation with respect to the temperature T of the voltage generated at both ends of the stack a, it is somewhat offset, temperature coefficient open-circuit voltage of the laminate b eventually output V out Smaller than.

本発明によれば、光電変換装置の非晶質半導体層3内
に、光入射の変化により、抵抗率が変化する抵抗成分6
を形成したことを特徴とするものである。
According to the present invention, in the amorphous semiconductor layer 3 of the photoelectric conversion device, the resistance component 6 whose resistivity changes due to a change in light incidence is provided.
Is formed.

即ち、式のVout=Vb−(nKT/q)・{1n(i/Is
1)}+(nKT/q)・{1n(Ip/Is+1)}において、 第2項の電流iは、抵抗成分6の変化する抵抗値Rと
バイアス電圧Vbによって決定される。つまり、電流iは
入射光量の増加により、抵抗値Rが低下し、電流iは所
定特性のもとで増加する。
That is, V out = V b − (nKT / q) · {1n (i / I s +
In 1)} + (nKT / q ) · {1n (I p / I s +1)}, the current i in the second term is determined by the resistance value R and the bias voltage V b to a change in the resistance component 6. That is, the resistance value R of the current i decreases due to an increase in the amount of incident light, and the current i increases under predetermined characteristics.

また、第3項の電流Ipも光入射によって発生する光電
流であり、入射光量の変化に応じてγ=1で変化する。
Also, the current Ip in the third term is a photocurrent generated by light incidence, and changes at γ = 1 according to a change in the amount of incident light.

即ち、抵抗成分6が入射光量の変化に対して抵抗値が
低下するように非晶質半導体層3内で形成したため、第
2項の電流iが固定的であった従来の光電変換装置に比
べ、光入射の増加に対するi/IsとIp/Isとの比率の差が
小さくすることができ、入射光量に対する温度係数を追
従補正が可能となる。
That is, since the resistance component 6 is formed in the amorphous semiconductor layer 3 such that the resistance value decreases with respect to the change in the incident light amount, the current i in the second term is smaller than that of the conventional photoelectric conversion device in which the current i is fixed. may difference ratio between i / I s and I p / I s with respect to the increase in the light incidence is small, it is possible to follow correct temperature coefficient with respect to the amount of incident light.

また、抵抗値Rのγ値を最適値にすることによってあ
る光量におけるi/IsとIp/Isとの比率を必要に応じて調
整することができる。
Further, the ratio of i / I s and I p / I s in light intensity that by the γ value of the resistance value R in the optimum value can be adjusted as needed.

尚、入射光量に比例してiを増大させるには、入射光
量と抵抗成分6の抵抗値Rが反比例であればよい。Ip
γ=1であるため、抵抗値Rはγ<1にする必要があ
る。γ=1の場合、入射光量変化に対してi/IsとIp/Is
との比率が常に一定となり、光量変化に応じた出力変化
が得られなくなる。
In order to increase i in proportion to the amount of incident light, the amount of incident light and the resistance value R of the resistance component 6 need only be inversely proportional. Since I p is γ = 1, the resistance value R needs to be γ <1. When γ = 1, i / Is and Ip / Is
Is always constant, and an output change corresponding to a change in light amount cannot be obtained.

本発明者らは、抵抗成分6を固定抵抗値R=1.5MΩ
(γ=0)、非晶質半導体層3内に形成した抵抗成分
(γ=0.4とγ=0.8)に夫々設定し、0.1Lux及び105Lux
時の出力電圧Vout(V)及び温度係数(mV/℃)を調べ
た。その結果は下の表の通りである。
The present inventors set the resistance component 6 to a fixed resistance value R = 1.5 MΩ.
(Γ = 0), the resistance components (γ = 0.4 and γ = 0.8) formed in the amorphous semiconductor layer 3 are set to 0.1 Lux and 10 5 Lux, respectively.
The output voltage V out (V) and the temperature coefficient (mV / ° C.) at that time were examined. The results are shown in the table below.

尚、抵抗成分6は、0.1Lux時に抵抗値R=1.5MΩと成
るように設定し、バイアス電圧Vb=1.0V、積層体a、b
の有効面積=1cm2、温度25℃に設定して行った。
The resistance component 6 is set so that the resistance value becomes R = 1.5 MΩ at 0.1 Lux, the bias voltage V b = 1.0 V, and the laminated bodies a and b
Was performed at an effective area of 1 cm 2 and a temperature of 25 ° C.

上述のように、本実施例のように抵抗成分6を入射光
量に対して変化するように設定すると、入射光量の変化
に対する出力電圧変化は小さくなるものの、温度係数の
入射光量依存性を極小化できる。換言すれば、入射光量
の範囲が0.1〜105Luxという広い範囲においても、温度
係数を小さくできため、広範囲でより一層精度の高い温
度補償が可能な光電変換装置が達成できる。
As described above, when the resistance component 6 is set to change with respect to the incident light amount as in the present embodiment, the output voltage change with respect to the change in the incident light amount becomes small, but the dependency of the temperature coefficient on the incident light amount is minimized. it can. In other words, the temperature coefficient can be reduced even in a wide range of the incident light amount of 0.1 to 10 5 Lux, so that a photoelectric conversion device capable of performing more accurate temperature compensation over a wide range can be achieved.

また、本発明の光電変換装置の構造のように、非晶質
シリコン半導体層7を介在させると、特に積層体a、b
のn値に大きな差がなく精度のよい温度補償が可能とな
る。
Further, when the amorphous silicon semiconductor layer 7 is interposed as in the structure of the photoelectric conversion device of the present invention, particularly, the laminates a and b
And there is no large difference in the n values of.

第3図(a)、(b)は本発明の光電変換装置を構成
する積層体a、bの暗時電圧−電流特性を示し、第3図
(c)は、非晶質シリコン半導体層7を介在させない場
合の遮光体55を有する積層体aの暗時電圧−電流特性で
ある。尚、図中線fは夫々順方向の特性で、線rは逆方
向の特性を示す。
3 (a) and 3 (b) show dark-time voltage-current characteristics of the laminates a and b constituting the photoelectric conversion device of the present invention, and FIG. 3 (c) shows the amorphous silicon semiconductor layer 7 7 shows dark-time voltage-current characteristics of the stacked body a having the light shielding body 55 in the case where no light is interposed. Note that the line f in the figure indicates forward characteristics, and the line r indicates reverse characteristics.

第3図(a)は、非晶質シリコン半導体層7を300Å
に設定した積層体aの特性であり、逆方向電流値が約10
-10A/cm2と、第3図(b)と大きな差異はない。この時
の積層体aのn値は約1.484であり、積層体bのn値は
約1.524であった。
FIG. 3A shows that the amorphous silicon semiconductor layer 7 has a thickness of 300 °.
Is the characteristic of the laminated body a set to
-10 A / cm 2 , there is no significant difference from FIG. 3 (b). At this time, the n value of the laminate a was about 1.484, and the n value of the laminate b was about 1.524.

即ち、式の第2項及び第3項のn値に大きく差異が
なく、第2項及び第3項のi/IsとIp/Isの差から起因す
る誤差が極小化できる。また固体間の特性ばらつきも小
さくなる。
That is, there is no large difference in the n values of the second and third terms of the equation, error caused from the difference between the second and third terms of i / I s and I p / I s can be minimized. In addition, characteristic variations between solids are reduced.

これに対して、入射がない積層体aにおいて、非晶質
シリコン半導体層7の有無による特性(第3図(a)と
第3図(c))を比較すると、非晶質シリコン半導体層
7を用いる積層体aの暗電流は1桁も小さい。この時の
積層体aのn値は上述のように約1.484(第3図
(a))である。尚、遮光体55と直接非晶質半導体53が
接する従来の積層体のn値は約1.088(第3図(c))
と約50%も小さく、且つ複数の積層体間でばらつきが大
きくなってしまう。
On the other hand, when comparing the characteristics (FIGS. 3A and 3C) depending on the presence / absence of the amorphous silicon semiconductor layer 7 in the laminated body a having no incident light, the amorphous silicon semiconductor layer 7 The dark current of the laminated body a using is as small as one digit. The n value of the laminate a at this time is about 1.484 (FIG. 3A) as described above. Incidentally, the n value of the conventional laminated body in which the light shielding body 55 and the amorphous semiconductor 53 are in direct contact is about 1.088 (FIG. 3 (c)).
And about 50% smaller, and the variation among a plurality of laminates increases.

第4図は、本発明の光電変換装置の他の実施例を示す
断面図である。尚、第1図と同一部分は1同一符号を付
し、その詳細な説明は割愛する。
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

本実施例では、第1図同様に、抵抗成分6を積層体a
と積層体bとの間の透明基板1から光入射可能な非晶質
半導体層3で形成するが、金属端子81に近接して第2の
金属端子82を形成した光電変換装置である。これによ
り、抵抗成分6が非晶質半導体層3の厚み方向ではな
く、両金属端子81、82に挟まれた非晶質半導体層3の表
面方向となる。
In the present embodiment, as in FIG.
This is a photoelectric conversion device which is formed of the amorphous semiconductor layer 3 capable of entering light from the transparent substrate 1 between the transparent substrate 1 and the stacked body b, and in which a second metal terminal 82 is formed close to the metal terminal 81. Thus, the resistance component 6 is not in the thickness direction of the amorphous semiconductor layer 3 but in the surface direction of the amorphous semiconductor layer 3 sandwiched between the metal terminals 81 and 82.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、本発明によれば、透明導電膜を被着し
た透明基板上に、P−I−N接合した非晶質半導体層と
金属電極とを重畳して成る2つの積層体を形成し、該透
明導電膜を介して互いに逆向きに接続し、一方の積層体
に遮光体を形成するとともに、前記透明導電膜と一方の
積層体の金属電極間に、一定バイアス電圧を印加する電
源及びバイパス抵抗成分を設けた光電変換装置におい
て、該抵抗成分を両方の積層体に挟まれた非晶質半導体
層で、かつ受光可能にして形成したため、入射光量の変
化に対して抵抗成分の抵抗値が追従するため、入射光量
範囲が増加しても、温度係数を極小にすることができ、
温度補償の精度が向上した光電変換装置が達成される。
As described above, according to the present invention, two stacked bodies formed by superimposing a PIN-bonded amorphous semiconductor layer and a metal electrode are formed on a transparent substrate on which a transparent conductive film is applied. A power source connected in the opposite direction through the transparent conductive film to form a light-shielding body in one of the laminates and to apply a constant bias voltage between the transparent conductive film and the metal electrode of the one laminate; In the photoelectric conversion device provided with the bypass resistance component and the resistance component, the resistance component is formed by the amorphous semiconductor layer sandwiched between both the laminates and formed so as to be able to receive light. Because the value follows, even if the incident light amount range increases, the temperature coefficient can be minimized,
A photoelectric conversion device with improved accuracy of temperature compensation is achieved.

また、前記透明導電膜とP−I−N接合した非晶質半
導体層との間にI型非晶質シリコン半導体層を介在させ
たことにより、基板側より拡散する金属原子などの不純
物をP−I−N接合した非晶質シリコン半導体層への拡
散が防止でき、よって受光部側及び遮光体側の積層体の
n値のばらつきが極小化し、周囲の温度変化に対する個
体間の出力誤差が解消され、温度補償の精度が向上した
光電変換装置が達成される。
In addition, since an I-type amorphous silicon semiconductor layer is interposed between the transparent conductive film and the amorphous semiconductor layer having a PIN junction, impurities such as metal atoms diffused from the substrate side can be reduced. -Diffusion into the amorphous silicon semiconductor layer with the IN junction can be prevented, and therefore, the variation in the n value of the stacked body on the light receiving unit side and the light shielding unit side is minimized, and the output error between individuals due to a change in ambient temperature is eliminated. As a result, a photoelectric conversion device with improved temperature compensation accuracy is achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る光電変換装置の構造を示す断面図
である。 第2図は第1図に示した光電変換装置の等価的な電気回
路図である。 第3図(a)、(b)は本発明の光電変換装置を構成す
る積層体a、bの暗時電圧−電流特性図であり、第3図
(c)は、非晶質シリコン半導体層を介在させない場合
の遮光体を有する積層体の暗時電圧−電流特性図であ
る。 第4図は本発明の光電変換装置の他の実施例を示す断面
図である。 第5図は従来の光電変換装置の構造を示す断面図であ
り、第6図は第5図に示した光電変換装置の等価的な電
気回路図である。 1……透明基板 2……透明導電膜 3……非晶質半導体層 4a,4b……金属電極 5……遮光層 6……抵抗成分 7……I型非晶質シリコン半導体層
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 2 is an equivalent electric circuit diagram of the photoelectric conversion device shown in FIG. 3 (a) and 3 (b) are dark-time voltage-current characteristics diagrams of the laminates a and b constituting the photoelectric conversion device of the present invention, and FIG. 3 (c) is an amorphous silicon semiconductor layer. FIG. 4 is a dark-time voltage-current characteristic diagram of a laminated body having a light-shielding body when no light is interposed. FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional photoelectric conversion device, and FIG. 6 is an equivalent electric circuit diagram of the photoelectric conversion device shown in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent substrate 2 ... Transparent conductive film 3 ... Amorphous semiconductor layer 4a, 4b ... Metal electrode 5 ... Light shielding layer 6 ... Resistance component 7 ... I-type amorphous silicon semiconductor layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 聖也 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の 6 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 審査官 濱田 聖司 (56)参考文献 特開 昭61−203668(JP,A) 特開 昭59−76461(JP,A) 特開 昭59−39077(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10 - 31/119────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Seiya Tanaka 6 16-1 Haseno, Jabizo-cho, Yokaichi City, Shiga Prefecture Examiner in Shiga Yokaichi Plant, Kyocera Corporation Seiji Hamada (56) JP-A-59-76461 (JP, A) JP-A-59-39077 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/10-31/119

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】透明導電膜を被着した透明基板上に、P−
I−N接合した非晶質半導体層と金属電極とを重畳して
成る2つの積層体を形成し、該透明導電膜を介して、互
いの接合方向を逆向きに接続し、一方の積層体に遮光体
を形成するとともに、前記透明導電膜と一方の積層体の
金属電極間に、一定バイアス電圧を印加する電源及びバ
イパス抵抗成分を設けた光電変換装置において、 前記バイパス抵抗成分を、一方の積層体と他方の積層体
に挟まれた非晶質半導体層で形成することを特徴とする
光電変換装置。
1. A method according to claim 1, wherein a transparent conductive film is provided on a transparent substrate.
Two stacked bodies are formed by superposing an IN-bonded amorphous semiconductor layer and a metal electrode. The two stacked bodies are connected to each other through the transparent conductive film in a direction opposite to each other. A light-shielding body is formed in the photoelectric conversion device, and a power supply for applying a constant bias voltage and a bypass resistance component are provided between the transparent conductive film and the metal electrode of one of the laminates. A photoelectric conversion device formed using an amorphous semiconductor layer sandwiched between a stacked body and another stacked body.
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