JP6239669B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する、多端子構造の光電変換装置に関す
る。

半導体接合を用いた太陽電池などの光電変換装置は、半導体接合が１つの単接合タイプの
ものと、複数の半導体接合を用いた多接合タイプのものとに分類できる。バンドギャップ
の異なる複数の半導体接合を、光の進行方向において重なるよう配置した多接合タイプの
光電変換装置は、紫外線から赤外線まで幅広い波長の光を含んでいる太陽光を、より高い
変換効率で無駄なく電気エネルギーに変換することができる。

なお、多接合タイプの光電変換装置は、積層された複数の光電変換素子が直列に接続され
た二端子構造だと、全ての光電変換素子に流れる電流が、最も短絡電流の小さい光電変換
素子によって決まってしまう。そのため、光電変換素子どうしの電圧電流特性が異なる場
合、全ての光電変換素子を、最大の出力電力が得られる最大出力点で動作させることが難
しい。しかし、同じ多接合タイプの光電変換装置でも、複数の光電変換素子を直列に接続
せずに、複数の光電変換素子のそれぞれから電力を取り出す多端子構造だと、各光電変換
素子を最大出力点で動作させることができる。そのため、多端子構造の方が二端子構造よ
りも、光電変換装置全体の光電変換効率を高めることができる。

下記の特許文献１には、出力特性の異なる複数の光電変換素子が積層され、なおかつ、上
記複数の光電変換素子はそれぞれの電圧調整回路を介して並列に接続されている電源装置
について記載されている。

特開２００３−３３３７５７号公報

特許文献１に記載されているように、多端子構造の光電変換装置では、電力を取り出す端
子の数に合わせて、ＤＣＤＣコンバータを複数設けることが多い。この場合、各光電変換
素子から出力された電力は、個々のＤＣＤＣコンバータに送られる。各ＤＣＤＣコンバー
タは、電力が送られてくると、その電圧の調整を行った後、負荷に出力する。

ところで、シリコンの場合、単結晶の光電変換層を有する光電変換素子（以下、単結晶光
電変換素子と呼ぶ）は、太陽光のような高光量の光が得られる環境下では、非晶質の光電
変換層を有する光電変換素子（以下、非晶質光電変換素子と呼ぶ）に比べ、その光電変換
効率が飛躍的に高い。しかし、光の波長にもよるが、室内光のような低光量の光しか得ら
れない環境下では、単結晶光電変換素子は、その光電変換効率が著しく低下するため、非
晶質光電変換素子よりも低い電力しか生成できない。

なお、ＤＣＤＣコンバータの駆動に必要な駆動電力は、光電変換素子からＤＣＤＣコンバ
ータに入力される電力で賄われている。すなわち、多端子構造の光電変換装置に単結晶光
電変換素子を用いている場合、当該単結晶光電変換素子において生成された電力を用いて
、単結晶光電変換素子の後段に接続されたＤＣＤＣコンバータが駆動を行う。よって、低
光量の光しか得られない環境下において、上記多端子構造の光電変換装置を用いる場合、
単結晶光電変換素子において生成される電力が低すぎて、その後段のＤＣＤＣコンバータ
が正常に動作しないという事態が起こりうる。ＤＣＤＣコンバータの一つが正常に動作し
ないと、光電変換装置全体の動作が不安定になり、光電変換装置の信頼性が確保できない
。

上述の課題に鑑み、本発明は、高照度において高い光電変換効率を得ることができ、なお
かつ、広い照度範囲において動作の信頼性を確保できる、多端子構造の光電変換装置の提
供を、目的の一とする。

本発明者らは、非晶質光電変換素子の光電変換効率が、太陽光のような高光量の光が得ら
れる高照度の環境下だと、単結晶光電変換素子に比べて劣ってしまうが、室内光のような
低光量の光しか得られない低照度の環境下だと、単結晶光電変換素子より高くなることに
着目した。

非晶質光電変換素子と単結晶光電変換素子の光電変換効率は、室内光の波長によって異な
るが、蛍光灯や白熱電球などの一般的な人工光源から得られる波長４００ｎｍ以上８００
ｎｍ以下の室内光の場合、概ね上述したような傾向が得られる。よって、本発明者らは、
非晶質光電変換素子は、低照度の環境下でも、非晶質光電変換素子用のＤＣＤＣコンバー
タの駆動電力のみならず、単結晶光電変換素子用のＤＣＤＣコンバータの駆動電力をも賄
うだけの電力を、生成することが可能であると考えた。

そこで、本発明の一態様に係る光電変換装置では、電圧電流特性が互いに異なる少なくと
も２つの光電変換素子を用いる。そして、一方の光電変換素子は、非晶質光電変換素子の
ように、室内光が得られる環境下において、他方の光電変換素子よりも光電変換効率が高
いものとする。また、他方の光電変換素子は、単結晶光電変換素子のように、太陽光が得
られる環境下において、一方の光電変換素子よりも光電変換効率が高いものとする。さら
に、上記少なくとも２つの光電変換素子において生成された電力は、上記少なくとも２つ
の光電変換素子に対応する少なくとも２つのＤＣＤＣコンバータにおいて、それぞれその
電圧が調整される。そして、上記一方の光電変換素子において生成された電力の一部を、
上記少なくとも２つのＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いる。

本発明の一態様では、上記構成により、室内光が得られる低照度の環境下であっても、複
数のＤＣＤＣコンバータの駆動電力を確保することができる。なおかつ、太陽光が得られ
る高照度の環境下では、高い光電変換効率を確保することができる。

具体的に、本発明の一態様に係る光電変換装置は、光の進行方向において重なるように積
層された第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子を少なくとも有する。さらに、上記
光電変換装置は、第１の光電変換素子において生成された第１の電力が送られてくると、
その電圧を調整して出力する第１のＤＣＤＣコンバータと、第２の光電変換素子において
生成された第２の電力が送られてくると、その電圧を調整して出力する第２のＤＣＤＣコ
ンバータとを少なくとも有する。また、第１の光電変換素子の光電変換効率は、第１照度
を有する環境下で、第２の光電変換素子の光電変換効率よりも高く、第２の光電変換素子
の光電変換効率は、第１照度よりも高い第２照度を有する環境下で、第１の光電変換素子
の光電変換効率よりも高い。そして、第１の電力の一部は、第１のＤＣＤＣコンバータの
駆動電力、及び第２のＤＣＤＣコンバータの駆動電力として用いられる。

本発明の一態様は、上記構成により、高照度の環境下において高い光電変換効率を得るこ
とができ、なおかつ、広い照度範囲において動作の信頼性を確保できる、多端子構造の光
電変換装置を提供することができる。

光電変換装置の構成を示す図。 光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果。 光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果。 制御回路の構成を示す図。 ＤＣＤＣコンバータの構成を示す図。 電圧Ｖｇｓの時間変化と、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す図。 電圧Ｖｇｓの時間変化と、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す図。 光電変換装置の構成を示す図。 ＤＣＤＣコンバータの構成を示す図。 第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子の断面構造を示す図。 光電変換装置の構成を示す図。 電子機器の図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び
詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明
は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、本発明の一態様に係る光電変換装置は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する
光電変換素子と、前記光電変換素子からの電力を入力電力とするＤＣＤＣコンバータとを
少なくとも有する。さらに、本発明の一態様に係る光電変換装置は、上記構成に加えて、
ＤＣＤＣコンバータからの出力電力により充電を行う二次電池、キャパシタなどの蓄電部
を有していても良い。

また、単数または複数の光電変換装置（セル）を、光電変換装置の外部に電力を取り出す
ための端子に接続したものが光電変換モジュールまたは光電変換パネルに相当する。光電
変換モジュールまたは光電変換パネルは、さらに、湿気、汚れ、紫外線、物理的な応力な
どからセルを保護するために、樹脂、強化ガラス、金属枠等の保護材で補強したものであ
ってもよい。また、所望の電力が得られるように、複数の光電変換モジュールまたは光電
変換パネルを直列または並列に接続したものが、光電変換アレイに相当する。本発明の光
電変換装置は、光電変換モジュール、光電変換アレイも、その範疇に含める。

（実施の形態１）
図１に、本発明の一態様に係る光電変換装置の構成を、一例として示す。図１に示す光電
変換装置は、第１の光電変換素子１０１ａと、第２の光電変換素子１０１ｂと、第１のＤ
ＣＤＣコンバータ１０２ａと、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する。

第１の光電変換素子１０１ａは、照射された光エネルギーから電力を生成し、第１のＤＣ
ＤＣコンバータ１０２ａに与える。第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の光電変
換素子１０１ａから入力電力が与えられると、その電圧を調整した後、出力電力として出
力する。同様に、第２の光電変換素子１０１ｂは、照射された光エネルギーから電力を生
成し、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに与える。第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂ
は、第２の光電変換素子１０１ｂから入力電力が与えられると、その電圧を調整した後、
出力電力として出力する。

そして、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂは、光の進行方向に
おいて重なるように積層されている。また、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変
換素子１０１ｂは、第１の光電変換素子１０１ａを透過した光が第２の光電変換素子１０
１ｂに入射するように、積層されている。

なお、本明細書において光電変換素子は、光照射により光起電力を得る少なくとも１つの
光電変換層と、上記光電変換層から上記光起電力を取り出すための一対の電極（導電膜）
とを有している。また、光電変換層は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合などを代表例とする半導体
接合を単数有する半導体層であっても良いし、光を吸収する有機色素を用いて光起電力を
得る色素増感タイプであっても良い。

また、一の光電変換素子が、直列に接続された複数の光電変換層を有していても良い。複
数の光電変換層を直列に接続する場合、全ての光電変換層の順方向バイアスが揃うように
する。複数の各光電変換層は、異なる電圧電流特性を有していても良いし、ほぼ同じ電圧
電流特性を有していても良い。直列に接続された複数の光電変換層を用いることで、光電
変換素子は高い起電力を得ることができる。ただし、直列に接続された複数の光電変換層
を用いて一の光電変換素子を形成する場合、短絡電流の最も小さい光電変換層により全て
の光電変換層に流れる電流が決まる。よって、複数の光電変換層がほぼ同じ電圧電流特性
を有している方が、最大の出力電力が得られる最大出力点で複数の各光電変換層を動作さ
せ、より高い起電力を得ることができるので、望ましい。

また、光の進行方向において重なる複数の光電変換素子は、その少なくとも２つが、互い
に異なる波長領域の光を吸収することが望ましい。異なる波長の光を吸収する複数の光電
変換素子を重ねることで、紫外線から赤外線まで幅広い波長の光を含んでいる太陽光を、
より高い変換効率で無駄なく電気エネルギーに変換することができる。

そして、本発明の一態様では、複数の光電変換素子のうち、一の光電変換素子が他の一の
光電変換素子に比べて、室内光が得られる環境下において光電変換効率が高く、高い照度
の環境下において光電変換効率が低い。具体的に、図１に示す光電変換装置では、低い照
度の環境下において、第１の光電変換素子１０１ａの方が、第２の光電変換素子１０１ｂ
よりも、その光電変換効率が高い。逆に、高い照度の環境下において、第２の光電変換素
子１０１ｂの方が、第１の光電変換素子１０１ａよりも、その光電変換効率が高い。

なお、室内光とは、人工光源によって得られる光を意味する。人工光源は、熱エネルギー
、化学エネルギー、電気エネルギーなどを利用して、人工的に光を得る光源を意味する。
具体的には、ガス灯などの燃焼光源と、白熱電球と、蛍光灯などの放電ランプと、ＬＥＤ
、有機ＥＬ、無機ＥＬなどのエレクトロルミネッセンス素子とが、人工光源の一例として
挙げられる。また、室内光が得られる環境下では、照度が１００ルクス以上１０００ルク
ス以下であり、太陽光が得られる環境下では、照度が１００００ルクス以上１５００００
ルクス以下程度となる。

第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂの組み合わせの一例として、
例えば、非晶質シリコンを光電変換層に用いた非晶質光電変換素子を、第１の光電変換素
子１０１ａとし、単結晶シリコンを光電変換層に用いた単結晶光電変換素子を、第２の光
電変換素子１０１ｂとすると良い。或いは、非晶質光電変換素子を、第１の光電変換素子
１０１ａとし、微結晶シリコンを光電変換層に用いた微結晶光電変換素子を、第２の光電
変換素子１０１ｂとすると良い。

なお、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂの組み合わせは、上記
構成に限定されない。本発明の一態様に係る光電変換装置では、上述したように、一の光
電変換素子が他の一の光電変換素子に比べて、低い照度の環境下において光電変換効率が
高く、高い照度の環境下において光電変換効率が低いという条件を満たしていれば良い。
そして、照度による光電変換効率の違いは、例えば、光電変換層を構成する半導体の材料
、結晶性などによってもたらされるので、上記条件を満たすように各光電変換素子の構成
を決めればよい。

特に、光電変換層のうち、実際に光が吸収される光吸収層の結晶性は、光電変換素子の電
圧電流特性に影響を与える。例えば、光吸収層が非晶質シリコンで構成されている光電変
換素子と、光吸収層が単結晶シリコンで構成されている光電変換素子とでは、光の波長に
もよるが、室内光が得られる低照度の環境下において、前者の方が後者に比べて光電変換
効率が高い。また、太陽光が得られる高照度の環境下において、後者の方が前者に比べて
光電変換効率が高い。

次いで、非晶質シリコンを光電変換層に用いた第１の光電変換素子と、単結晶シリコンを
光電変換層に用いた第２の光電変換素子の、電圧電流特性の測定結果について述べる。

まず、測定に用いた第１の光電変換素子は、厚さ１．１ｍｍのソーダガラスの基板上に、
膜厚１５０ｎｍの酸化珪素膜、及び、表面に凹凸を有する膜厚約６００ｎｍの酸化スズを
用いた導電膜が順に積層された旭硝子社製の基板（商品名：Ａｓａｈｉ−Ｕ）を用いた。
さらに、第１の光電変換素子は、上記基板上に、ｐ層、ｉ層、ｎ層、及び膜厚５０ｎｍと
なるように形成したインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を含む導電膜が、順に積層された構造
とした。そして、第１の光電変換素子への光の照射は、ＩＴＯを用いた導電膜側から行っ
た。

第１の光電変換素子に用いられる、ｐ層、ｉ層、ｎ層の具体的な作製方法について述べる
。ｐ層は、モノシランと、メチルシランと、水素と、ジボランの濃度が０．１ｍｏｌ％と
なるまで水素で希釈したガスとを、それぞれ４ｓｃｃｍ、０．７ｓｃｃｍ、５９０ｓｃｃ
ｍ、１８ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力２００Ｐａ、基板温度２００℃、高周波（６０Ｍ
Ｈｚ）として、膜厚１０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した
。また、ｉ層は、モノシランと、水素とを、それぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量
とし、反応圧力４０Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚４００
ｎｍの非晶質シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。ｎ層は、モノシランと
、水素と、ホスフィンの濃度が０．５ｍｏｌ％となるまで水素で希釈したガスとを、それ
ぞれ５ｓｃｃｍ、９５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力１３３Ｐａ、基板
温度２８０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、膜厚１０ｎｍの微結晶シリコンとな
るようにプラズマＣＶＤ法で形成した。

一方、測定に用いた第２の光電変換素子は、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）を用い
て膜厚３００ｎｍとなるように形成した導電膜、ｐ層、（１１０）の面方位を有する厚さ
７００μｍのｐ型の単結晶シリコン基板、ｉ層、ｎ層、及びインジウム錫酸化物（ＩＴＯ
）を用いて膜厚７０ｎｍとなるように形成した導電膜が、順に積層された構造とした。そ
して、第２の光電変換素子への光の照射は、ＩＴＯを用いた導電膜側から行った。

第２の光電変換素子に用いられる、ｐ層、ｉ層、ｎ層の具体的な作製方法について述べる
。ｐ層は、モノシランと、水素と、ジボランとを、それぞれ８ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃ
ｍ、３０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力２００Ｐａ、基板温度２００℃、高周波（６０Ｍ
Ｈｚ）として、膜厚２０ｎｍの微結晶シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した
。また、ｉ層は、モノシランと、水素とを、それぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量
とし、反応圧力４０Ｐａ、基板温度２８０℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、膜厚２０ｎ
ｍの非晶質シリコンとなるようにプラズマＣＶＤ法で形成した。ｎ層は、モノシランと、
水素と、ホスフィンの濃度が０．５ｍｏｌ％となるまで水素で希釈したガスとを、それぞ
れ５ｓｃｃｍ、９５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力１３３Ｐａ、基板温
度２８０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、膜厚２０ｎｍの微結晶シリコンとなる
ようにプラズマＣＶＤ法で形成した。

なお、第１の光電変換素子における光吸収層は、非晶質シリコンを用いたｉ層内に主に形
成される。第２の光電変換素子における光吸収層は、ｐ型の単結晶シリコン基板内に主に
形成される。

また、第１の光電変換素子の受光面の面積は１ｃｍ^２であり、第２の光電変換素子の受光
面の面積は９５ｃｍ^２であった。

そして、電圧電流特性の測定に用いた光照射は、２条件で行った。第１の条件は、太陽光
下における環境を再現した条件であり、ソーラーシミュレータにより発生させた基準太陽
光を用い、太陽光スペクトルはＡＭ１．５、照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ^２（１ｓｕｎ）
とした。また、第２の条件は、室内光下における環境を再現した条件であり、照度５００
ルクスの電球色の蛍光灯を用い、照射強度は０．０８５ｍＷ／ｃｍ^２とした。

図２に、太陽光下を想定した第１の条件を用いた場合の、第１の光電変換素子と第２の光
電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果を示す。図２において、実線２０１は、第１の
光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当し、実線２０２は、第２の光電変換素
子の電圧電流密度特性の測定結果に相当する。

図２の実線２０１に示すように、第１の光電変換素子は、短絡電流密度が１５．１８ｍＡ
／ｃｍ^２、開放電圧が０．８６８Ｖ、フィルファクターが０．５９１となった。よって、
その光電変換効率は７．７９％であることがわかった。また、図２の実線２０２に示すよ
うに、第２の光電変換素子は、短絡電流密度が３８．４５ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧が０．
５７３４Ｖ、フィルファクターが０．７９１９となった。よって、その光電変換効率は１
７．４６％であることがわかった。

従って、太陽光下を想定した第１の条件を用いた場合、光吸収層が主に単結晶シリコンで
構成される第２の光電変換素子の方が、光吸収層が主に非晶質シリコンで構成される第１
の光電変換素子よりも、高い光電変換効率が得られた。

図３に、室内光下を想定した第２の条件を用いた場合の、第１の光電変換素子と第２の光
電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果を示す。図３において、実線２０３は、第１の
光電変換素子の電圧電流密度特性の測定結果に相当し、実線２０４は、第２の光電変換素
子の電圧電流密度特性の測定結果に相当する。

図３の実線２０３に示すように、第１の光電変換素子は、短絡電流密度が０．０４６ｍＡ
／ｃｍ^２、開放電圧が０．６３９Ｖ、フィルファクターが０．７４８となった。よって、
その光電変換効率は２５．６９％であることがわかった。また、図３の実線２０４に示す
ように、第２の光電変換素子は、短絡電流密度が０．０５９ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧が０
．２４３Ｖ、フィルファクターが０．４４８となった。よって、その光電変換効率は７．
５６％であることがわかった。

従って、室内光下を想定した第２の条件を用いた場合、光吸収層が主に非晶質シリコンで
構成される第１の光電変換素子の方が、光吸収層が主に単結晶シリコンで構成される第２
の光電変換素子よりも、高い光電変換効率が得られた。

なお、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂが有する光電変換層に
は、シリコンやゲルマニウム等の半導体を用いることができるが、本発明の一態様はこの
構成に限定されない。例えば、第１の光電変換素子１０１ａ、第２の光電変換素子１０１
ｂとして、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓなどを光電変換層に用いた、ＣＩＳ系、Ｃ
ＩＧＳ系またはカルコパイライト系と呼ばれる光電変換素子を用いていても良い。或いは
、光電変換層にＣｄ化合物を用いたＣｄＴｅ−ＣｄＳ系の光電変換素子を、第１の光電変
換素子１０１ａ、第２の光電変換素子１０１ｂとして用いていても良い。色素増感光電変
換素子、有機半導体光電変換素子のように、光電変換層に有機系材料を用いた有機系光電
変換素子を、第１の光電変換素子１０１ａと第２の光電変換素子１０１ｂとして用いてい
ても良い。

また、短い波長領域の光は、長い波長領域の光よりも高いエネルギーを有している。よっ
て、複数の光電変換素子のうち、短い波長領域の光を利用して光電変換を行う光電変換素
子を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生
じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができ
る。例えば、非晶質光電変換素子は、短い波長領域（０．４μｍ〜０．６μｍ）における
光電変換効率が高く、単結晶光電変換素子は、長い波長領域（０．４μｍ〜０．９μｍ）
において光電変換効率が高い。よって、非晶質光電変換素子を光が入射する側に近い第１
の光電変換素子１０１ａとし、単結晶光電変換素子を光が入射する側から遠い第２の光電
変換素子１０１ｂとすることで、光電変換装置全体の光電変換効率を高めることができる
ので、望ましい。

さらに、本発明の一態様に係る光電変換装置は、複数の各ＤＣＤＣコンバータが、スイッ
チング素子と、電圧変換部と、制御回路とを有する。具体的に、図１に示す光電変換装置
の場合、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａが、第１のスイッチング素子１０３ａと、第
１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１０５ａとを有する。また、第２のＤＣＤＣ
コンバータ１０２ｂが、第２のスイッチング素子１０３ｂと、第２の電圧変換部１０４ｂ
と、第２の制御回路１０５ｂとを有する。

以下、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成と動作について、図１を参照して説明す
る。

第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、第１の光電変換素子１０１ａから第１のＤＣＤ
Ｃコンバータ１０２ａの入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２に入力電力が与えられると
、第１のスイッチング素子１０３ａが、入力端子ＩＮａ１に与えられる電圧（入力電圧）
の、第１の電圧変換部１０４ａへの供給を制御する。具体的には、第１のスイッチング素
子１０３ａがオンのときに第１の電圧変換部１０４ａに入力端子ＩＮａ１からハイレベル
の入力電圧が供給され、オフのときにその供給が停止する。また、入力端子ＩＮａ２には
ローレベルの入力電圧、具体的にはグラウンドなどの固定電圧が与えられる。よって、第
１のスイッチング素子１０３ａのスイッチングに従って、ハイレベルの入力電圧と固定電
圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有する信号が、第１の電圧変換部１０４ａに供
給される。

第１の電圧変換部１０４ａは、コイル、コンデンサ、ダイオードのいずれか一つまたは複
数を有している。第１の電圧変換部１０４ａは、パルス状の信号が供給されると、上記信
号の電圧を平滑化或いは保持することで、所定の出力電圧を有する出力電力を生成する。

第１の制御回路１０５ａは、パルス状の電圧波形を有する制御信号を生成し、第１のスイ
ッチング素子１０３ａのゲート電極に与える。第１のスイッチング素子１０３ａは、ゲー
ト電極とソース端子間の電圧Ｖｇｓによって、その動作が制御される。よって、制御信号
の電圧がそのゲート電極に与えられた場合、ゲート電極とソース端子間の電圧Ｖｇｓが、
制御信号の有するパルス状の電圧波形に従って変化するため、第１のスイッチング素子１
０３ａはオンとオフを繰り返してスイッチングを行う。上記スイッチングにおける、オン
とオフの時間の比率であるデューティ比は、制御信号の電圧に従って定まる。

なお、上述したように、第１のスイッチング素子１０３ａは、入力電圧の第１の電圧変換
部１０４ａへの供給を制御している。よって、上記スイッチングのデューティ比が変化す
ると、第１の電圧変換部１０４ａに供給されるパルス状の電圧波形を有する信号のデュー
ティ比も連動して変化し、結果、第１の電圧変換部１０４ａから出力される出力電圧の値
が変化する。具体的に、第１の電圧変換部１０４ａに供給される信号は入力電圧と固定電
圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有している。そして、上記信号において、入力
電圧を有するパルスの出現する期間の割合が大きいほど、出力電圧と固定電圧の差は大き
くなる。逆に、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期間の割合が小さ
いほど、出力電圧と固定電圧の差は小さくなる。すなわち、第１の電圧変換部１０４ａの
出力電圧は、第１のスイッチング素子１０３ａにおけるスイッチングのデューティ比に見
合った大きさとなる。

同様に、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成と動作について説明する。

第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様に、
第２の光電変換素子１０１ｂから第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの入力端子ＩＮｂ１
と入力端子ＩＮｂ２に入力電力が与えられると、第２のスイッチング素子１０３ｂが、入
力端子ＩＮｂ１に与えられる電圧（入力電圧）の、第２の電圧変換部１０４ｂへの供給を
制御する。そして、第２のスイッチング素子１０３ｂがオンのときに第２の電圧変換部１
０４ｂに入力端子ＩＮｂ１からハイレベルの入力電圧が供給され、オフのときにその供給
が停止する。また、入力端子ＩＮｂ２にはローレベルの入力電圧、具体的にはグラウンド
などの固定電圧が与えられる。よって、第２のスイッチング素子１０３ｂのスイッチング
に従って、ハイレベルの入力電圧と固定電圧が交互に出現するパルス状の電圧波形を有す
る信号が、第２の電圧変換部１０４ｂに供給される。

第２の電圧変換部１０４ｂは、第１の電圧変換部１０４ａと同様の構成を有しており、パ
ルス状の信号が供給されると、上記信号の電圧を平滑化或いは保持することで、所定の出
力電圧を有する出力電力を生成する。

そして、第２の制御回路１０５ｂは、第１の制御回路１０５ａと同様に、パルス状の電圧
波形を有する制御信号を生成し、第２のスイッチング素子１０３ｂのゲート電極に与える
。第２のスイッチング素子１０３ｂは、第１のスイッチング素子１０３ａと同様に、上記
制御信号に従ってオンとオフを繰り返してスイッチングを行う。

よって、第２の電圧変換部１０４ｂに供給される信号は、入力電圧と固定電圧が交互に出
現するパルス状の電圧波形を有している。そして、上記信号において、入力電圧を有する
パルスの出現する期間の割合が大きいほど、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧と固定
電圧の差は大きくなる。逆に、上記信号において、入力電圧を有するパルスの出現する期
間の割合が小さいほど、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧と固定電圧の差は小さくな
る。すなわち、第２の電圧変換部１０４ｂの出力電圧は、第２のスイッチング素子１０３
ｂにおけるスイッチングのデューティ比に見合った大きさとなる。

なお、図１では、第１のスイッチング素子１０３ａを、入力端子ＩＮａ１と第１の電圧変
換部１０４ａの間に設けており、第２のスイッチング素子１０３ｂを、入力端子ＩＮｂ１
と第２の電圧変換部１０４ｂの間に設けているが、本発明の一態様に係る光電変換装置は
、この構成に限定されない。第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａにおいて第１のスイッチ
ング素子１０３ａを設ける位置については、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの回路構
成により異なる。また、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂにおいて第２のスイッチング
素子１０３ｂを設ける位置については、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの回路構成に
より異なる。

そして、本発明の一態様では、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに与えられる入力電力
の一部が、第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂに与えられる。第１の制
御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂは、上記入力電力の一部を駆動電力として用
い、動作を行う。

第１の光電変換素子１０１ａは、室内光が得られる低照度の環境下であっても、第１のＤ
ＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの駆動電力を賄う程度の
電力を生成することができる。よって、上記構成により、室内光が得られる低照度の環境
下であっても、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂ
の駆動が可能となるため、広い照度範囲において光電変換装置の動作の信頼性を確保でき
る。また、第２の光電変換素子１０１ｂは、太陽光が得られる高照度の環境下において、
第１の光電変換素子１０１ａよりも高い電力を生成することができる。よって、光電変換
装置の光電変換効率を高めることができる。

図４に、第１の制御回路１０５ａの構成を一例として示す。なお、第２の制御回路１０５
ｂは、第１の制御回路１０５ａと同様の構成を有している。よって、第２の制御回路１０
５ｂの構成については、以下の第１の制御回路１０５ａの構成についての説明を参照する
ことができる。

図４に示す第１の制御回路１０５ａは、抵抗１２０、抵抗１２１、誤差増幅器１２２、位
相補償回路１２３、コンパレータ１２４、三角波発振器１２５、バッファ１２６を有して
いる。第１の光電変換素子１０１ａから出力される電力の一部は、第１の制御回路１０５
ａ及び第２の制御回路１０５ｂが有する、動作に電力を要する回路、具体的には、誤差増
幅器１２２、位相補償回路１２３、コンパレータ１２４、三角波発振器１２５、バッファ
１２６などに供給される。

第１の制御回路１０５ａにおいて、抵抗１２０と抵抗１２１は直列に接続されており、抵
抗１２０の一方の端子には、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子ＯＵＴａ１か
らの出力電圧が与えられている。また、抵抗１２１の一方の端子には、グラウンドなどの
固定の電圧が与えられている。そして、抵抗１２０の他方の端子と、抵抗１２１の他方の
端子とが接続されているノードが、誤差増幅器１２２の反転入力端子（−）に接続されて
いる。よって、出力電圧は、抵抗１２０と抵抗１２１によって抵抗分割され、誤差増幅器
１２２の反転入力端子（−）に与えられる。

誤差増幅器１２２の非反転入力端子（＋）には参照電圧Ｖｒｅｆが与えられている。誤差
増幅器１２２は、反転入力端子（−）に与えられた電圧と、参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し
、その誤差を増幅させた電圧を有する信号を、誤差増幅器１２２の出力端子から出力する
。

誤差増幅器１２２から出力された信号の電圧は、位相補償回路１２３に与えられる。位相
補償回路１２３は、誤差増幅器１２２から出力された信号の電圧の位相を調整してから出
力する。なお、第１の制御回路１０５ａは必ずしも位相補償回路１２３を有していなくと
も良い。ただし、位相補償回路１２３による電圧の位相の調整により、誤差増幅器１２２
またはコンパレータ１２４などのアンプの出力電圧が発振するのを防ぎ、第１のＤＣＤＣ
コンバータ１０２ａの動作を安定化させることができる。

位相補償回路１２３から出力された信号の電圧は、コンパレータ１２４の非反転入力端子
（＋）に与えられる。また、コンパレータ１２４の反転入力端子（−）には、三角波発振
器１２５から出力される三角波、或いはノコギリ波の電圧波形を有する信号が与えられる
。よって、コンパレータ１２４からは、周期が一定であり、なおかつパルス幅が非反転入
力端子（＋）に与えられる電圧の大きさに従って変化する、矩形波の電圧波形を有する制
御信号が出力される。コンパレータ１２４から出力された制御信号は、バッファ１２６を
介して第１の制御回路１０５ａから出力される。そして、第１の制御回路１０５ａから出
力された制御信号は、第１のスイッチング素子１０３ａに入力される。

なお、図４では、パルス幅制御（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）の制御信号を生成する場合の、第１の制御回路１０５ａの構成を例
示している。しかし、本発明の一態様に係る光電変換装置では、第１のＤＣＤＣコンバー
タ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂが、パルス周波数制御（ＰＦＭ：Ｐｕｌ
ｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）の制御信号を用い
て動作していても良い。

なお、図１に示す光電変換装置は、第１の光電変換素子１０１ａ及び第１の光電変換素子
１０１ａ用の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、第２の光電変換素子１０１ｂ及び第
２の光電変換素子１０１ｂ用の第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する場合を例示
している。しかし、本発明の一態様では、光電変換素子とＤＣＤＣコンバータの組み合わ
せが２つの場合に限定されない。例えば、光電変換素子とＤＣＤＣコンバータの組み合わ
せが、３つ以上光電変換装置に用いられていても良い。

また、図１に示す光電変換装置は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第２
のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが並列に接続されている。すなわち、出力端
子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴｂ１とが接続されており、出力端子ＯＵＴａ１及び出力
端子ＯＵＴｂ１の電圧が、出力電圧として、光電変換装置の出力端子ＯＵＴ１に与えられ
る。また、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ２とが接続されており、出力端子Ｏ
ＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が、出力電圧として、光電変換装置の出力端子Ｏ
ＵＴ２に与えられる。

図１に示す光電変換装置のように、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が並列に接続さ
れている場合、出力端子ＯＵＴａ１と出力端子ＯＵＴｂ１が必ず同電位となるので、光電
変換装置の出力電圧の値が変動しにくく、安定した出力電圧を得ることができる。

なお、本発明の一態様に係る光電変換装置は、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が直
列に接続されていても良い。図８に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第
２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが並列に接続されている場合の、光電変換
装置の構成を示す。図８に示す光電変換装置は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出
力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴａ２と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端
子ＯＵＴｂ１及び出力端子ＯＵＴｂ２の接続構成のみが、図１に示す光電変換装置と異な
っている。

具体的に、図８に示す光電変換装置では、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ１と
が接続されており、出力端子ＯＵＴａ１の電圧が、出力電圧として光電変換装置の出力端
子ＯＵＴ１に与えられる。また、出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が、出力電圧として、光電変
換装置の出力端子ＯＵＴ２に与えられる。

図８に示す光電変換装置のように、複数のＤＣＤＣコンバータの出力端子が直列に接続さ
れている場合、複数の各ＤＣＤＣコンバータの出力電圧を加算した電圧が、光電変換装置
の出力電圧として得られる。すなわち、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２の間の電圧
が、出力端子ＯＵＴａ１と出力端子ＯＵＴａ２の間の電圧に、出力端子ＯＵＴｂ１と出力
端子ＯＵＴｂ２の間の電圧を加算した値に相当する。

なお、複数のＤＣＤＣコンバータが有する出力端子の接続構成は、図１と図８に示した構
成に限定されず、実施者が自由に設計することが可能である。

次いで、第１の電圧変換部１０４ａと、第２の電圧変換部１０４ｂの具体的な構成につい
て説明する。

図５（Ａ）に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一例として示す。な
お、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様の
構成を有している。よって、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成については、以下
の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成についての説明を参照することができる。

また、本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が
、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接
続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或い
は伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介し
て間接的に接続している状態も、その範疇に含む。

また、回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際に
は、例えば配線の一部が電極としても機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素
の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電
膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。

また、トランジスタが有するソース端子とドレイン端子は、トランジスタの極性及び各電
極に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型
トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソース端子と呼ばれ、高い電位が与えら
れる端子がドレイン端子と呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が
与えられる端子がドレイン端子と呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソース端子と呼ば
れる。以下、ソース端子とドレイン端子のいずれか一方を第１端子、他方を第２端子とし
、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成について説明する。

また、トランジスタのソース端子とは、活性層の一部であるソース領域、或いは活性層に
接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレイン端子とは、活性層の
一部であるドレイン領域、或いは活性層に接続されたドレイン電極を意味する。

図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧に対して小さい出力電
圧が得られる降圧型である。図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、ス
イッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、
第１の制御回路１０５ａとを有している。

また、図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入
力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、
出力端子ＯＵＴａ２とを有している。

そして、図５（Ａ）に示す第１の電圧変換部１０４ａは、ダイオード１１０、コイル１１
１、コンデンサ１１２を有している。トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ１とダイ
オード１１０が有する陰極の間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａ
は、その第１端子が入力端子ＩＮａ１に接続されており、その第２端子がダイオード１１
０の陰極に接続されている。コイル１１１が有する一対の端子は、一方がダイオード１１
０の陰極に接続され、他方が第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの出力端子ＯＵＴａ１に
接続されている。入力端子ＩＮａ２は、ダイオード１１０の陽極と出力端子ＯＵＴａ２に
接続されている。そして、コンデンサ１１２が有する一対の電極は、一方が出力端子ＯＵ
Ｔａ１に接続され、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。

図５（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、トランジスタ１０６ａがオン
になると、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１との間に電位差が生じるので、コイル
１１１に電流が流れる。コイル１１１は、上記電流が流れることで磁化すると共に、自己
誘導により電流の流れとは逆向きの起電力が生じる。そのため、出力端子ＯＵＴａ１には
、入力端子ＩＮａ１に与えられる入力電圧を降圧することで得られる電圧が与えられる。
すなわち、コンデンサ１１２が有する一対の電極間には、入力端子ＩＮａ２から与えられ
る固定電圧と、入力電圧を降圧することで得られる電圧との差分に相当する電圧が、与え
られる。

次いで、トランジスタ１０６ａがオフになると、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１
の間に形成されていた電流の経路が遮断される。コイル１１１では、上記電流の変化を妨
げる方向、すなわち、トランジスタ１０６ａがオンのときに生じた起電力とは逆の方向の
起電力が生じる。そのため、コイル１１１を流れる電流は、上記起電力によって生じた電
圧により、維持される。すなわち、トランジスタ１０６ａがオフのときには、入力端子Ｉ
Ｎａ２または出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴａ１の間に、コイル１１１とダイオ
ード１１０を介した電流の経路が形成される。よって、コンデンサ１１２が有する一対の
電極間に与えられている電圧は、ある程度保持される。

なお、コンデンサ１１２に保持されている電圧は、出力端子ＯＵＴａ１から出力される出
力電圧に相当する。上記動作において、トランジスタ１０６ａがオンである期間の比率が
高いほど、コンデンサ１１２に保持される電圧は固定電圧と入力電圧の差分に近くなる。
よって、入力電圧により近い大きさの出力電圧が得られるように、降圧することができる
。逆に、トランジスタ１０６ａがオフである期間の比率が高いほど、コンデンサ１１２に
保持される電圧は固定電圧との差分が小さくなる。よって、固定電圧により近い大きさの
出力電圧が得られるように、降圧することができる。

また、第１の電圧変換部１０４ａと、第２の電圧変換部１０４ｂの別の具体的な構成につ
いて説明する。

図５（Ｂ）に、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一例として示す。図
５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧に対して大きい出力電圧
が得られる昇圧型である。図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイ
ッチング素子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第
１の制御回路１０５ａとを有している。

また、図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入
力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、
出力端子ＯＵＴａ２とを有している。

そして、図５（Ｂ）に示す第１の電圧変換部１０４ａは、ダイオード１１０、コイル１１
１、コンデンサ１１２を有している。コイル１１１が有する一対の端子は、一方が入力端
子ＩＮａ１に接続され、他方がダイオード１１０の陽極に接続されている。トランジスタ
１０６ａは、上記コイル１１１とダイオード１１０の間のノードと、入力端子ＩＮａ２ま
たは出力端子ＯＵＴａ２との間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａ
は、その第１端子がコイル１１１とダイオード１１０間のノードに接続されており、その
第２端子が入力端子ＩＮａ２または出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。また、ダイオ
ード１１０の陰極は出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有する一
対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続され、他方が出力端子ＯＵＴａ２に接続さ
れている。

図５（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａでは、トランジスタ１０６ａがオン
になると、入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２の間に生じる電位差により、コイル１１
１に電流が流れる。コイル１１１は、上記電流が流れることで磁化する。なお、コイル１
１１は、自己誘導により電流の流れとは逆向きの起電力が生じるため、上記電流は徐々に
上昇する。

次いで、トランジスタ１０６ａがオフになると、入力端子ＩＮａ１と入力端子ＩＮａ２の
間に形成されていた電流の経路が遮断される。コイル１１１では、上記電流の変化を妨げ
る方向、すなわち、トランジスタ１０６ａがオンのときに生じた起電力とは逆の方向の起
電力が生じる。そのため、コイル１１１が有する一対の端子間には、トランジスタ１０６
ａがオンのときにコイル１１１に流れていた電流の高さに準じた大きさの電圧が生じる。
そして、コイル１１１を流れる電流は、端子間に生じた電圧によって維持される。すなわ
ち、トランジスタ１０６ａがオフのときには、入力端子ＩＮａ１と出力端子ＯＵＴａ１の
間に、コイル１１１とダイオード１１０を介した電流の経路が形成される。このとき、出
力端子ＯＵＴａ１には、入力端子ＩＮａ１に与えられている入力電圧に、コイル１１１の
端子間に生じた電圧が加算された電圧が与えられ、この電圧が出力電圧として第１のＤＣ
ＤＣコンバータ１０２ａから出力される。上記出力端子ＯＵＴａ１の電圧と、固定電圧と
の差分に相当する電圧は、コンデンサ１１２の電極間において保持される。

上記動作において、トランジスタ１０６ａがオンである期間の比率が高いと、トランジス
タ１０６ａがオフになる直前においてコイル１１１に流れる電流が高くなる。そのため、
トランジスタ１０６ａがオフになったときにコイル１１１の端子間に生じる電圧が大きく
なるので、出力電圧と入力電圧の差が大きくなるように昇圧することができる。逆に、ト
ランジスタ１０６ａがオフである期間の比率が高いほど、トランジスタ１０６ａがオフに
なる直前においてコイル１１１に流れる電流は低くなる。そのため、トランジスタ１０６
ａがオフになったときにコイル１１１の端子間に生じる電圧が小さくなるので、出力電圧
と入力電圧の差が小さくなるように昇圧することができる。

次いで、図６（Ａ）に、パルス幅制御を用いた場合の、第１のスイッチング素子１０３ａ
または第２のスイッチング素子１０３ｂとして機能するトランジスタの、ゲート電圧Ｖｇ
ｓの時間変化を一例として示す。図６（Ａ）では、ゲート電圧Ｖｇｓはパルス状の電圧波
形を有しており、なおかつ、そのパルス幅Ｔｏｎを時間の経過に伴い大きくしている場合
を示している。パルス幅制御の場合、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐが一定
に保たれており、パルス幅Ｔｏｎが可変となる。

図６（Ｂ）に、図６（Ａ）に示したゲート電圧Ｖｇｓに従ってトランジスタをスイッチン
グさせたときに、得られる出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す。図６（Ｂ）に示すように
、パルス幅Ｔｏｎを大きくするに伴い、大きい出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

また、図７（Ａ）に、パルス周波数制御を用いた場合の、トランジスタのゲート電圧Ｖｇ
ｓの時間変化を一例として示す。図７（Ａ）では、ゲート電圧Ｖｇｓにパルス状の電圧が
印加されており、なおかつ、そのパルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐを時間の経
過に伴い小さくしている場合を示している。パルス周波数制御の場合、パルス幅Ｔｏｎが
一定に保たれており、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐが可変となる。

図７（Ｂ）に、図７（Ａ）に示したゲート電圧Ｖｇｓに従ってトランジスタをスイッチン
グさせたときに、得られる出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示す。図７（Ｂ）に示すように
、パルスの出現するタイミングの時間間隔Ｔｐを時間の経過に従って小さくするに伴い、
大きい出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

なお、本発明の一態様では、パルス幅制御とパルス周波数制御とを組み合わせて、トラン
ジスタのスイッチングによる出力電圧の調整を行っても良い。例えば、出力電圧が小さい
場合は、パルス周波数制御を用いた方がトランジスタのスイッチングの周波数を低く抑え
ることができ、トランジスタのスイッチングによる電力損失を小さく抑えることができる
。逆に、出力電圧が大きい場合は、パルス幅制御を用いた方がトランジスタのスイッチン
グの周波数を低く抑えることができ、トランジスタのスイッチングによる電力損失を小さ
く抑えることができる。よって、出力電圧の大きさに合わせて、パルス幅制御とパルス周
波数制御を切り替えることで、電力変換効率の向上を図ることができる。

なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、スイッチング素子を一のトランジスタで構成する
場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様では、複数の
トランジスタで一のスイッチング素子を構成していても良い。一のスイッチング素子を複
数のトランジスタで構成している場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていて
も良いし、直列に接続されていても良いし、直列と並列が組み合わされて接続されていて
も良い。

なお、本明細書において、トランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第１
のトランジスタの第１端子と第２端子のいずれか一方のみが、第２のトランジスタの第１
端子と第２端子のいずれか一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジス
タが並列に接続されている状態とは、第１のトランジスタの第１端子が第２のトランジス
タの第１端子に接続され、第１のトランジスタの第２端子が第２のトランジスタの第２端
子に接続されている状態を意味する。

（実施の形態２）
本発明の一態様にかかる光電変換装置は、少なくとも二つの光電変換素子を有する。図１
０に、光の進行方向において重なる第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子の断面構
造を一例として示す。本実施の形態では、図１０を用いて、本発明の一態様に係る光電変
換装置の構成について説明する。

図１０（Ａ）は、第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子が、薄膜の半導体層を用い
て形成された光電変換層を有している場合を例示している。具体的に、図１０（Ａ）に示
す光電変換装置は、基板５０１と、基板５０１に支持されている第１の光電変換素子５０
２と、基板５０３と、基板５０３に支持されている第２の光電変換素子５０４と、第１の
光電変換素子５０２及び第２の光電変換素子５０４を固着させる接着層５０５とを有する
。

また、図１０（Ａ）に示す第１の光電変換素子５０２は、光電変換層５０６と、光電変換
層５０６を間に挟む導電膜５０７及び導電膜５０８とを有する。導電膜５０７と導電膜５
０８とでは、導電膜５０７の方が基板５０１に近いものとする。また、第２の光電変換素
子５０４は、光電変換層５０９と、光電変換層５０９を間に挟む導電膜５１０及び導電膜
５１１とを有する。導電膜５１０と導電膜５１１とでは、導電膜５１０の方が基板５０３
に近いものとする。なお、図１０（Ａ）では、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変
換素子５０４が、それぞれ単数の光電変換層を有している場合を例示しているが、第１の
光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４は、積層された複数の光電変換層を有し
ていても良い。

そして、図１０（Ａ）では、光電変換層５０６がｐ層５１２と、ｉ層５１３と、ｎ層５１
４とを有する。ｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４が、導電膜５０７側から順に積層さ
れることで、ｐｉｎ接合が形成されている。また、図１０（Ａ）では、光電変換層５０９
がｎ層５１５と、ｉ層５１６と、ｐ層５１７とを有する。ｎ層５１５、ｉ層５１６、ｐ層
５１７が導電膜５１０側から順に積層されることで、ｐｉｎ接合が形成されている。

なおｐ層は、ｐ型の導電性を有する半導体層のことであり、ｉ層は、ｉ型の導電性を有す
る半導体層のことであり、ｎ層は、ｎ型の導電性を有する半導体層のことを意味する。

また、図１０（Ａ）では、光電変換層５０６及び光電変換層５０９がｐｉｎ接合を有する
場合を例示しているが、光電変換層５０６及び光電変換層５０９はｐｎ接合を有していて
も良い。

そして、第１の光電変換素子５０２が有する光電変換層５０６と、第２の光電変換素子５
０４が有する光電変換層５０９とは、矢印で示す光の進行方向において重なるように、順
に配置されている。すなわち、図１０（Ａ）に示す光電変換装置は、光電変換層５０６と
、光電変換層５０９のみに着目すると、光が入射する基板５０１側から順に、ｐ層５１２
、ｉ層５１３、ｎ層５１４、ｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５が積層された構造を有
している。

なお、図１０（Ａ）では、光を基板５０１側から入射させているが、逆に基板５０３側か
ら光を入射させても良い。ただし、この場合、ｐ層５１２をｎ層５１４よりも、光の入射
する側に近くなるよう配置することが望ましい。また、ｐ層５１７をｎ層５１５よりも、
光の入射する側に近くなるよう配置することが望ましい。なぜならば、ホールのキャリア
としての寿命は、電子のキャリアとしての寿命の約半分と短い。ｐｉｎ接合を有する光電
変換層に光が照射されると、ｉ層内において多量の電子とホールが形成され、電子はｎ層
側へ、ホールはｐ層側へ移動し、起電力を得ることができる。光の照射をｐ層側から行う
と、電子とホールの形成が、ｉ層内のｎ層よりもｐ層に近い側において多く行われる。そ
のため、寿命が短いホールがｐ層へ移動する距離を、短くすることができ、その結果、高
い起電力を得ることができる。

また、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４と、光電変換層５
０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５は、単結晶半導体、多結晶半導体、微
結晶半導体などの結晶性を有する半導体を用いていても良いし、非晶質半導体を用いてい
ても良い。また、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４と、光
電変換層５０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５は、シリコン、シリコンゲ
ルマニウム、ゲルマニウム、炭化シリコンなどを用いることができる。ただし、本発明の
一態様では、第１の光電変換素子５０２の方が、第２の光電変換素子５０４に比べて、低
い照度の環境下において光電変換効率が高く、第２の光電変換素子５０４の方が、第１の
光電変換素子５０２に比べて、高い照度の環境下において光電変換効率が高いという条件
を満たすようにする。照度による光電変換効率の違いは、例えば、光電変換層を構成する
半導体の材料、結晶性などによってもたらされるので、上記条件を満たすように光電変換
層５０６と光電変換層５０９の構成を決めればよい。

また、光が入射する側の層は、光の吸収係数の小さい材料を用いることが望ましい。例え
ば、炭化シリコンはシリコン単体に比べて光の吸収係数が小さい。よって、ｐ層またはｎ
層のうち、光の入射側により近い層に炭化シリコンを用いることで、ｉ層に届く光の入射
光量を高くすることができ、結果、光電変換素子の起電力を高めることができる。

図１０（Ａ）では、光電変換層５０６が有するｐ層５１２、ｉ層５１３、ｎ層５１４を非
晶質シリコンで形成し、光電変換層５０９が有するｐ層５１７、ｉ層５１６、ｎ層５１５
を微結晶シリコンで形成する。

なお、微結晶半導体とは、非晶質と結晶質（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半
導体である。微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であ
る。例示的には、結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎ
ｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である半導体を含む層である。微結晶
半導体の代表例である微結晶シリコンのラマンスペクトルは、単結晶シリコンを示す５２
０ｃｍ^−１よりも低波数側にシフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ^−
１と非晶質シリコンを示す４８０ｃｍ^−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピ
ークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲン
を少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリ
プトン、またはネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、
安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。このような微結晶半導体は格子歪みを有し
、該格子歪みにより光学特性が、単結晶シリコンの間接遷移型から直接遷移型に変化する
。少なくとも１０％の格子歪みがあれば、光学特性が直接遷移型に変化する。なお、歪み
が局部的に存在することにより、直接遷移と間接遷移の混在した光学特性を呈することも
できる。

また、短波長の光は、長波長の光よりも高いエネルギーを有している。よって、図１０（
Ａ）に示した光電変換装置において、第１の光電変換素子５０２の光電変換層５０６を非
晶質シリコンで形成し、第２の光電変換素子５０４の光電変換層５０９を微結晶シリコン
で形成した場合、第１の光電変換素子５０２の方が第２の光電変換素子５０４よりも、短
い波長領域の光を利用して光電変換を行うことになる。よって、第１の光電変換素子５０
２を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生
じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができ
る。

なお、ｉ層に用いる半導体は、例えば、ｐ型若しくはｎ型を付与する不純物元素が１×１
０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度であり、酸素及び窒素が９×１０^１９ａｔｏｍｓ／
ｃｍ^３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上とする。ｉ層には、
硼素が１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加されていてもよい。ｉ層は、価電子制御を目的とし
た不純物元素を意図的に添加しないと、弱いｎ型の電気伝導性を示すことがある。この現
象は、ｉ層を非晶質半導体で形成する場合において、顕著に現れる。よって、ｐｉｎ接合
を有する光電変換層を形成する場合には、ｐ型を付与する不純物元素を成膜と同時に、或
いは成膜後に、ｉ層に添加すると良い。ｐ型を付与する不純物元素としては、代表的には
硼素であり、Ｂ_２Ｈ_６、ＢＦ_３などの不純物気体を１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの割合で半
導体材料ガスに混入させると良い。そして硼素の濃度を、例えば１×１０^１４ａｔｏｍｓ
／ｃｍ^３〜６×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすると良い。

或いは、ｐ層を形成した後にｉ層を形成することで、ｐ層中に含まれているｐ型を付与す
る不純物元素を、ｉ層中に拡散させることができる。上記構成により、意図的にｐ型を付
与する不純物元素をｉ層に添加しなくても、ｉ層の価電子制御を行うことができる。

基板５０１、基板５０３は、少なくとも一方が透光性を有する基板であればよい。図１０
（Ａ）では、基板５０１側から光が入射する場合を例示しているので、少なくとも基板５
０１が透光性を有するものとする。具体的に、基板５０１、基板５０３は、例えば、青板
ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス基板を用い
ることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アル
ミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板などを用いることができる
。また、絶縁膜がその表面に形成されたステンレスなどの金属基板は、透光性が低いので
、基板５０３として用いることができる。セラミック基板は、透光性が高い基板と低い基
板とがあり、透光性が高いセラミック基板は基板５０１と基板５０３の両方に用いること
ができ、透光性が低いセラミック基板は基板５０３に用いることができる。

プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、上記基板と比較して耐熱温度
が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いるこ
とが可能である。

なお、基板５０１、基板５０３の光入射面には、反射防止膜が設けられていても良い。例
えば、酸化チタン又は、銅、マンガン、ニッケル、コバルト、鉄、亜鉛から選択される少
なくとも一種の金属元素が添加された酸化チタン膜を、反射防止膜として用いることがで
きる。

また、基板５０１側から光電変換装置に光が入射すると仮定するならば、第１の光電変換
素子５０２が有する導電膜５０７及び導電膜５０８と、第２の光電変換素子５０４が有す
る導電膜５１１には、透光性を有する導電材料、具体的には酸化珪素を含む酸化インジウ
ムスズ（ＩＴＳＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジ
ウム亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などを用いることができる。そして、
第２の光電変換素子５０４が有する導電膜５１０には、光を反射しやすい導電材料、具体
的にはアルミニウム、銀、チタン、タンタルなどを用いる。或いは、導電膜５１０に上述
したような透光性を有する導電材料を用いていても良いが、この場合、第２の光電変換素
子５０４を透過した光が反射する反射膜を、基板５０３の第２の光電変換素子５０４とは
反対側の面上に形成することが望ましい。反射膜には、アルミニウム、銀、チタン、タン
タルなどの光を反射しやすい材料を用いることが望ましい。

光を反射しやすい導電材料を用いて導電膜５１０を形成する場合、光電変換層５０９と接
する側の表面に凹凸を形成すると、導電膜５１０の表面において光が乱反射するため、光
電変換層５０９において光の吸収率を高め、光電変換効率を高めることができる。同様に
、反射膜を形成する場合、導電膜５１０のうち、反射膜の光が入射する側の面に凹凸を形
成することで、光電変換効率を高めることができる。

なお、透光性を有する導電材料としては、酸化インジウムなどの酸化物金属に代えて、導
電性高分子材料（導電性ポリマーともいう）を用いることができる。導電性高分子材料と
しては、π電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン及び又
はその誘導体、ポリピロール及び又はその誘導体、ポリチオフェン及び又はその誘導体、
アリニン、ピロール及びチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体など
があげられる。

また、接着層５０５は透光性を有しており、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換
素子５０４の間において光を透過させることができる材料を用いる。例えば、接着層５０
５として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドト
リアジン樹脂、またはシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。或いは、
接着層５０５として、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフ
ッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、接着層５０５として、上記熱可
塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂の複数を用いてもよい。上記有機樹脂を用いることで、熱
処理により第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４を固着することが可能
である。

なお、第１の光電変換素子５０２と第２の光電変換素子５０４は、直列に接続された複数
の光電変換素子でそれぞれ構成されていても良い。図１０（Ｂ）に、第１の光電変換素子
が、直列に接続された複数の光電変換素子で構成されている場合を例示する。なおかつ、
図１０（Ｂ）では、第１の光電変換素子が薄膜の半導体層を用いて形成された光電変換層
を有しており、第２の光電変換素子が、単結晶の半導体基板を用いて形成されている場合
を例示している。

具体的に、図１０（Ｂ）に示す光電変換装置は、基板５２１と、基板５２１に支持されて
いる第１の光電変換素子５２２と、ｐ型の単結晶半導体基板５２３と、ｐ型の単結晶半導
体基板５２３を用いて形成されている第２の光電変換素子５２４と、第１の光電変換素子
５２２及び第２の光電変換素子５２４を固着させる接着層５２５とを有する。

また、図１０（Ｂ）に示す第１の光電変換素子５２２は、複数の光電変換層５２６と、各
光電変換層５２６を間に挟む複数の導電膜５２７及び導電膜５２８とを有する。導電膜５
２７と導電膜５２８とでは、導電膜５２７の方が基板５２１に近いものとする。導電膜５
２７と導電膜５２８により、基板５２１に並置された複数の光電変換層５２６が、直列に
接続される。すなわち、第１の光電変換素子５２２は、光電変換層５２６と、導電膜５２
７及び導電膜５２８とで構成される光電変換素子が、複数直列に接続された構成を有する
。

また、第２の光電変換素子５２４は、光電変換層５２９と、光電変換層５２９を間に挟む
導電膜５３０及び導電膜５３１とを有する。なお、図１０（Ｂ）では、第２の光電変換素
子５２４が単数の光電変換層を有している場合を例示しているが、第２の光電変換素子５
２４は積層された複数の光電変換層を有していても良い。

そして、図１０（Ｂ）では、複数の光電変換層５２６がｐ層５３２と、ｉ層５３３と、ｎ
層５３４とをそれぞれ有する。ｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４が、導電膜５２７側
から順に積層されることで、ｐｉｎ接合が形成されている。また、図１０（Ｂ）では、光
電変換層５２９がｐ層５３５と、ｐ型の単結晶半導体基板５２３と、ｎ層５３７とを有す
る。ｐ層５３５、ｐ型の単結晶半導体基板５２３、ｎ層５３７が導電膜５３０側から順に
積層されることで、ｐｎ接合が形成されている。

また、図１０（Ｂ）では、光電変換層５２６がｐｉｎ接合を有し、光電変換層５２９がｐ
ｎ接合を有する場合を例示しているが、光電変換層５２６がｐｎ接合を有する、或いは光
電変換層５２９がｐｉｎ接合を有していても良い。

そして、図１０（Ａ）と同様に、第１の光電変換素子５２２が有する光電変換層５２６と
、第２の光電変換素子５２４が有する光電変換層５２９とは、矢印で示す光の進行方向に
おいて重なるように、順に配置されている。

また、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４は、単結晶半導体
、多結晶半導体、微結晶半導体などの結晶性を有する半導体を用いていても良いし、非晶
質半導体を用いていても良い。また、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３
、ｎ層５３４と、光電変換層５２９が有するｎ層５３７、ｐ型の単結晶半導体基板５２３
、ｐ層５３５は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、炭化シリコンなどを
用いることができる。ただし、本発明の一態様では、第１の光電変換素子５２２の方が、
第２の光電変換素子５２４に比べて、低い照度の環境下において光電変換効率が高く、第
２の光電変換素子５２４の方が、第１の光電変換素子５２２に比べて、高い照度の環境下
において光電変換効率が高いという条件を満たすようにする。照度による光電変換効率の
違いは、例えば、光電変換層を構成する半導体の材料、結晶性などによってもたらされる
ので、上記条件を満たすように光電変換層５２６と光電変換層５２９の構成を決めればよ
い。

図１０（Ｂ）では、光電変換層５２６が有するｐ層５３２、ｉ層５３３、ｎ層５３４を非
晶質シリコンで形成する。光電変換層５２９が有するｎ層５３７、ｐ層５３５を、単結晶
シリコンで形成する。

また、短波長の光は、長波長の光よりも高いエネルギーを有している。よって、図１０（
Ｂ）に示した光電変換装置において、第１の光電変換素子５２２の光電変換層５２６を非
晶質シリコンで形成し、第２の光電変換素子５２４の光電変換層５２９を単結晶シリコン
で形成した場合、第１の光電変換素子５２２の方が第２の光電変換素子５２４よりも、短
い波長領域の光を利用して光電変換を行うことになる。よって、第１の光電変換素子５２
２を、光が入射する側により近くなるように配置することで、光電変換装置内において生
じる短い波長領域の光の損失を抑えることができ、光電変換効率をより高めることができ
る。

基板５２１は、透光性を有する基板であればよく、図１０（Ａ）の基板５０１と同様の基
板を用いることができる。

また、基板５２１側から光電変換装置に光が入射すると仮定するならば、第１の光電変換
素子５２２が有する導電膜５２７及び導電膜５２８と、第２の光電変換素子５２４が有す
る導電膜５３１には、上述したような透光性を有する導電材料を用いることができる。そ
して、第２の光電変換素子５２４が有する導電膜５３０には、上述したような、光を反射
しやすい導電材料を用いることができる。或いは、導電膜５３０に上述したような透光性
を有する導電材料を用いていても良いが、この場合、第２の光電変換素子５２４を透過し
た光が反射する反射膜を、導電膜５３０のｐ層５３５とは反対側の面上に形成することが
望ましい。反射膜には、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材
料を用いることが望ましい。

光を反射しやすい導電材料を用いて導電膜５３０を形成する場合、光電変換層５２９と接
する側の導電膜５３０の面に凹凸を形成すると、当該面において光が乱反射するため、光
電変換層５２９において光の吸収率を高め、光電変換効率を高めることができる。同様に
、反射膜を形成する場合、導電膜５３０のうち、反射膜の光が入射する側の面に凹凸を形
成することで、光電変換効率を高めることができる。

また、接着層５２５は透光性を有しており、第１の光電変換素子５２２と第２の光電変換
素子５２４の間において光を透過させることができる材料を用いる。接着層５２５として
、接着層５０５と同様の材料を用いることができる。

本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、図５に示したＤＣＤＣコンバータとは、電圧変換部の構成が異なる、
ＤＣＤＣコンバータの一形態について説明する。なお、本実施の形態では、第１のＤＣＤ
Ｃコンバータ１０２ａが有する第１の電圧変換部１０４ａの構成について説明する。第２
のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと同様の構成を有
しているので、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの構成については、以下の第１のＤＣ
ＤＣコンバータ１０２ａの構成についての説明を参照することができる。

図９（Ａ）に、フライバック式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの具体的な構成を一
例として示す。図９（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素
子として機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回
路１０５ａとを有している。

そして、図９（Ａ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の電圧変換部１０
４ａがダイオード１１０、コンデンサ１１２、トランス１１３を有する。また、図９（Ａ
）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１
と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴ
ａ２とを有している。

トランス１１３は、その中心に共通のコアが設けられた、一次コイルと二次コイルを有し
ている。トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ２と、トランス１１３の一次コイルが
有する一方の端子との、間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、
その第１端子が入力端子ＩＮａ２に接続されており、その第２端子が、トランス１１３の
一次コイルが有する一方の端子に接続されている。また、トランス１１３の一次コイルが
有する他方の端子は、入力端子ＩＮａ１に接続されている。

また、トランス１１３が有する二次コイルは、一対の端子のいずれか一方がダイオード１
１０の陽極に接続されており、他方の端子が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。ダイ
オード１１０の陰極は、出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有す
る一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続されており、他方が出力端子ＯＵＴａ
２に接続されている。

また、図９（Ｂ）に、フォワード式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成を一例と
して示す。図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、スイッチング素子と
して機能するトランジスタ１０６ａと、第１の電圧変換部１０４ａと、第１の制御回路１
０５ａとを有している。

そして、図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、第１の電圧変換部１０
４ａがダイオード１１０、ダイオード１１４、コイル１１１、コンデンサ１１２、トラン
ス１１５を有する。また、図９（Ｂ）に示す第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａは、入力
電圧の与えられる入力端子ＩＮａ１と、固定電圧の与えられる入力端子ＩＮａ２と、出力
端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴａ２とを有している。

トランス１１５は、図９（Ａ）に示したトランス１１３と同様に、その中心に共通のコア
が設けられた、一次コイルと二次コイルを有している。ただし、トランス１１３は、一次
コイルと二次コイルの巻き始めの位置が逆側に配置されているのに対し、トランス１１５
は、一次コイルと二次コイルの巻き始めの位置が同じ側に配置されている。

トランジスタ１０６ａは、入力端子ＩＮａ２と、トランス１１５の一次コイルが有する一
方の端子との、間の接続を制御している。具体的に、トランジスタ１０６ａは、その第１
端子が入力端子ＩＮａ２に接続されており、その第２端子が、トランス１１５の一次コイ
ルが有する一方の端子に接続されている。また、トランス１１５の一次コイルが有する他
方の端子は、入力端子ＩＮａ１に接続されている。

また、トランス１１５が有する二次コイルは、一対の端子のいずれか一方がダイオード１
１０の陽極に接続されており、他方の端子が出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。ダイ
オード１１０の陰極は、ダイオード１１４の陰極及びコイル１１１の一方の端子に接続さ
れている。ダイオード１１４の陽極は、出力端子ＯＵＴａ２に接続されている。コイル１
１１の他方の端子は、出力端子ＯＵＴａ１に接続されている。コンデンサ１１２が有する
一対の電極は、一方が出力端子ＯＵＴａ１に接続されており、他方が出力端子ＯＵＴａ２
に接続されている。

なお、本実施の形態では、フライバック式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、フォ
ワード式の第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａの構成について示したが、本発明の一態様
に係る第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂは、これ
らに限定されない。本発明の一態様に係る光電変換装置は、スイッチング素子のスイッチ
ングのデューティ比により出力電圧の大きさを調整することができる、スイッチング方式
のＤＣＤＣコンバータを用いていれば良い。

本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、交流電圧の出力を行う、本発明の一態様に係る光電変換装置の一例に
ついて説明する。

図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１の光電変換素子
１０１ａと、第２の光電変換素子１０１ｂと、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと、第
２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとを有する。さらに、図１１に示す光電変換装置は、図
１に示した光電変換装置とは異なり、第１のスイッチ１５１ａと、第１のコンデンサ１５
２ａと、第２のスイッチ１５１ｂと、第２のコンデンサ１５２ｂと、パルス幅変調回路１
５３と、インバータ１５４と、バンドパスフィルタ１５５とを有している。

また、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣＤ
Ｃコンバータ１０２ａが、第１のスイッチング素子１０３ａと、第１の電圧変換部１０４
ａと、第１の制御回路１０５ａとを有する。また、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂが
、第２のスイッチング素子１０３ｂと、第２の電圧変換部１０４ｂと、第２の制御回路１
０５ｂとを有する。

そして、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣ
ＤＣコンバータ１０２ａの出力端子と第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂの出力端子とが
並列に接続されている。すなわち、出力端子ＯＵＴａ１と、出力端子ＯＵＴｂ１とが接続
されており、出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵＴｂ１の電圧が後段の回路に与えられ
る。また、出力端子ＯＵＴａ２と、出力端子ＯＵＴｂ２とが接続されており、出力端子Ｏ
ＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２の電圧が後段の回路に与えられる。

また、図１１に示す光電変換装置は、図１に示した光電変換装置と同じく、第１のＤＣＤ
Ｃコンバータ１０２ａに与えられる入力電力の一部が、第１の制御回路１０５ａ及び第２
の制御回路１０５ｂに与えられる。第１の制御回路１０５ａ及び第２の制御回路１０５ｂ
は、上記入力電力の一部を駆動電力として用い、動作を行う。

具体的に、図１１に示す光電変換装置では、第１の光電変換素子１０１ａに光が照射され
ると電力が生じる。上記電力は、第１のコンデンサ１５２ａにおいてその電圧が平滑化さ
れた後、第１のスイッチ１５１ａを介して、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに入力さ
れる。なお、第１のコンデンサ１５２ａを設けることで、第１のスイッチ１５１ａのオン
オフによって生じるパルス状の電流が、第１の光電変換素子１０１ａに流れ込むのを防ぐ
ことができる。そして、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａに入力された電力は、第１の
ＤＣＤＣコンバータ１０２ａにおいてその電圧の大きさが調整されてから、出力される。

同様に、図１１に示す光電変換装置では、第２の光電変換素子１０１ｂに光が照射される
と電力が生じる。上記電力は、第２のコンデンサ１５２ｂにおいてその電圧が平滑化され
た後、第２のスイッチ１５１ｂを介して、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに入力され
る。なお、第２のコンデンサ１５２ｂを設けることで、第２のスイッチ１５１ｂのオンオ
フによって生じるパルス状の電流が、第２の光電変換素子１０１ｂに流れ込むのを防ぐこ
とができる。そして、第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂに入力された電力は、第２のＤ
ＣＤＣコンバータ１０２ｂにおいてその電圧の大きさが調整されてから、出力される。

第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂから出力された
電圧は、直流電圧である。インバータ１５４は、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第
２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂから出力された直流電圧を交流電圧に変換し、出力する
。図１１では、インバータ１５４が４つのトランジスタ１５６〜トランジスタ１５９と、
４つのダイオード１６０〜ダイオード１６３とで構成されている例を示している。

具体的に、トランジスタ１５６は、その第１端子が出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子ＯＵ
Ｔｂ１に接続されており、その第２端子がトランジスタ１５７の第１端子に接続されてい
る。トランジスタ１５７の第２端子は、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２に接
続されている。トランジスタ１５８は、その第１端子が出力端子ＯＵＴａ１及び出力端子
ＯＵＴｂ１に接続されており、その第２端子がトランジスタ１５９の第１端子に接続され
ている。トランジスタ１５９の第２端子は、出力端子ＯＵＴａ２及び出力端子ＯＵＴｂ２
に接続されている。ダイオード１６０〜ダイオード１６３は、トランジスタ１５６〜トラ
ンジスタ１５９と、それぞれ並列に接続されている。具体的には、トランジスタ１５６〜
トランジスタ１５９の第１端子にダイオード１６０〜ダイオード１６３の陰極がそれぞれ
接続され、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９の第２端子にダイオード１６０〜ダ
イオード１６３の陽極がそれぞれ接続されている。

また、パルス幅変調回路１５３には、第１のＤＣＤＣコンバータ１０２ａと第２のＤＣＤ
Ｃコンバータ１０２ｂから出力された直流電圧が与えられている。パルス幅変調回路１５
３は、上記電圧が与えられることで動作し、トランジスタ１５６〜トランジスタ１５９の
スイッチングを制御する信号を生成する。

パルス幅変調回路１５３からの上記信号に従ってトランジスタ１５６〜トランジスタ１５
９がスイッチングを行うことで、インバータ１５４が有する、トランジスタ１５６の第２
端子とトランジスタ１５７の第１端子が接続されているノードと、トランジスタ１５８の
第２端子とトランジスタ１５９の第１端子が接続されているノードとから、ＰＷＭ波形を
有する交流電圧が出力される。

そして、バンドパスフィルタ１５５を用いて、インバータ１５４から出力された交流の電
圧の高周波成分を除去することで、正弦波を有する交流電圧を得ることができる。

本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本発明の一態様に係る光電変換装置は、広い照度範囲において動作の信頼性が高い。よっ
て、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、電子機器が使用可能である場所
の制限が緩和されるため、利便性が高まる。特に携帯用の電子機器の場合、本発明の一態
様に係る光電変換装置を用いることで、使用可能である場所の制限が緩和されると、利便
性が飛躍的に高まる。

また、本発明の一態様に係る光電変換装置は、高い光電変換効率を得ることができる。よ
って、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、電子機器の動作に要する電力
を確保しやすくなるため、動作の信頼性を高めることができる。特に電力の供給を常時受
けることが困難な携帯用の電子機器の場合、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いる
ことで、連続使用時間が長くなるといったメリットが得られる。

本発明の一態様に係る光電変換装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記
録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ
Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に
用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることができ
る電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナ
ビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー
等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機
（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１２に示す。

図１２（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体７０３１、筐体７０３２、表示部７０３３、
表示部７０３４、マイクロホン７０３５、スピーカー７０３６、操作キー７０３７、スタ
イラス７０３８等を有する。本発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯型ゲーム機の駆
動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯型ゲーム機の駆動を制御するた
めの集積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作
の信頼性が高い携帯型ゲーム機を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光
電変換装置を携帯型ゲーム機に用いることで、携帯型ゲーム機の連続使用時間を長くする
ことができる。なお、図１２（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部７０３３と
表示部７０３４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定さ
れない。

図１２（Ｂ）は携帯電話であり、筐体７０４１、表示部７０４２、音声入力部７０４３、
音声出力部７０４４、操作キー７０４５、受光部７０４６等を有する。受光部７０４６に
おいて受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本
発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯電話の駆動を制御するための集積回路に用いる
ことができる。携帯電話の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る光電変
換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い携帯電話を提供することがで
きる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を携帯電話に用いることで、携帯電話の
連続使用時間を長くすることができる。

図１２（Ｃ）は携帯情報端末であり、筐体７０５１、表示部７０５２、操作キー７０５３
等を有する。図１２（Ｃ）に示す携帯情報端末は、モデムが筐体７０５１に内蔵されてい
ても良い。本発明の一態様に係る光電変換装置は、携帯情報端末の駆動を制御するための
集積回路に用いることができる。携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に本発明
の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼性が高い携帯情
報端末を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を携帯情報端
末に用いることで、携帯情報端末の連続使用時間を長くすることができる。

図１２（Ｄ）は照明装置であり、筐体７０８１、光源７０８２等を有する。光源７０８２
には、発光素子が設けられている。本発明の一態様に係る光電変換装置は、照明装置の駆
動を制御するための集積回路に用いることができる。照明装置の駆動を制御するための集
積回路に本発明の一態様に係る光電変換装置を用いることで、利便性が高く、動作の信頼
性が高い照明装置を提供することができる。また、本発明の一態様に係る光電変換装置を
照明装置に用いることで、照明装置の連続使用時間を長くすることができる。

本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１０１ａ 第１の光電変換素子
１０１ｂ 第２の光電変換素子
１０２ａ 第１のＤＣＤＣコンバータ
１０２ｂ 第２のＤＣＤＣコンバータ
１０３ａ 第１のスイッチング素子
１０３ｂ 第２のスイッチング素子
１０４ａ 第１の電圧変換部
１０４ｂ 第２の電圧変換部
１０５ａ 第１の制御回路
１０５ｂ 第２の制御回路
１０６ａ トランジスタ
１１０ ダイオード
１１１ コイル
１１２ コンデンサ
１１３ トランス
１１４ ダイオード
１１５ トランス
１２０ 抵抗
１２１ 抵抗
１２２ 誤差増幅器
１２３ 位相補償回路
１２４ コンパレータ
１２５ 三角波発振器
１２６ バッファ
１５１ａ 第１のスイッチ
１５１ｂ 第２のスイッチ
１５２ａ 第１のコンデンサ
１５２ｂ 第２のコンデンサ
１５３ パルス幅変調回路
１５４ インバータ
１５５ バンドパスフィルタ
１５６ トランジスタ
１５７ トランジスタ
１５８ トランジスタ
１５９ トランジスタ
１６０ ダイオード
１６１ ダイオード
１６２ ダイオード
１６３ ダイオード
２０１ 実線
２０２ 実線
２０３ 実線
２０４ 実線
５０１ 基板
５０２ 第１の光電変換素子
５０３ 基板
５０４ 第２の光電変換素子
５０５ 接着層
５０６ 光電変換層
５０７ 導電膜
５０８ 導電膜
５０９ 光電変換層
５１０ 導電膜
５１１ 導電膜
５１２ ｐ層
５１３ ｉ層
５１４ ｎ層
５１５ ｎ層
５１６ ｉ層
５１７ ｐ層
５２１ 基板
５２２ 第１の光電変換素子
５２３ ｐ型の単結晶半導体基板
５２４ 第２の光電変換素子
５２５ 接着層
５２６ 光電変換層
５２７ 導電膜
５２８ 導電膜
５２９ 光電変換層
５３０ 導電膜
５３１ 導電膜
５３２ ｐ層
５３３ ｉ層
５３４ ｎ層
５３５ ｐ層
５３７ ｎ層
７０３１ 筐体
７０３２ 筐体
７０３３ 表示部
７０３４ 表示部
７０３５ マイクロホン
７０３６ スピーカー
７０３７ 操作キー
７０３８ スタイラス
７０４１ 筐体
７０４２ 表示部
７０４３ 音声入力部
７０４４ 音声出力部
７０４５ 操作キー
７０４６ 受光部
７０５１ 筐体
７０５２ 表示部
７０５３ 操作キー
７０８１ 筐体
７０８２ 光源

Claims (5)

1. 第１の光電変換素子と、第２の光電変換素子と、第１の回路と、第２の回路と、を有し、
   前記第１の光電変換素子は、第１の電力を生成する機能を有し、
   前記第２の光電変換素子は、第２の電力を生成する機能を有し、
   前記第１の電力は、前記第１の回路に供給され、
   前記第２の電力は、前記第２の回路に供給され、
   前記第１の回路は、第１の制御信号を生成する機能を有する第１の制御回路を有し、
   前記第２の回路は、第２の制御信号を生成する機能を有する第２の制御回路を有し、
   前記第１の制御信号のデューティ比に従って前記第１の回路から出力される第１の出力電圧の値が定まり、
   前記第２の制御信号のデューティ比に従って前記第２の回路から出力される第２の出力電圧の値が定まり、
   前記第１の電力及び前記第２の電力のうち、前記第１の電力の一部のみが、前記第１の制御回路の駆動電力及び前記第２の制御回路の駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
2. 第１の光電変換素子と、第２の光電変換素子と、第１の回路と、第２の回路と、を有し、
   前記第１の光電変換素子は、第１の電力を生成する機能を有し、
   前記第２の光電変換素子は、第２の電力を生成する機能を有し、
   前記第１の電力は、前記第１の回路に供給され、
   前記第２の電力は、前記第２の回路に供給され、
   前記第１の回路は、第１の制御信号を生成する機能を有する第１の制御回路を有し、
   前記第２の回路は、第２の制御信号を生成する機能を有する第２の制御回路を有し、
   前記第１の制御信号のデューティ比に従って前記第１の回路から出力される第１の出力電圧の値が定まり、
   前記第２の制御信号のデューティ比に従って前記第２の回路から出力される第２の出力電圧の値が定まり、
   前記第１の光電変換素子は、非晶質シリコンを有する第１の光吸収層を有し、
   前記第２の光電変換素子は、単結晶シリコンを有する第２の光吸収層を有し、
   前記第１の電力及び前記第２の電力のうち、前記第１の電力の一部のみが、前記第１の制御回路の駆動電力及び前記第２の制御回路の駆動電力として用いられることを特徴とする光電変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第１の光電変換素子を透過した光が、前記第２の光電変換素子に入射することを特徴とする光電変換装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記第１の光電変換素子は、前記第２の光電変換素子と、樹脂を含む層を間に挟んで重なる領域を有することを特徴とする光電変換装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記第１の光電変換素子の光電変換効率は、第１の照度を有する環境下において、前記第２の光電変換素子の光電変換効率よりも高く、
   前記第２の光電変換素子の光電変換効率は、第２の照度を有する環境下において、前記第１の光電変換素子の光電変換効率よりも高く、
   前記第２の照度は、前記第１の照度よりも高いことを特徴とする光電変換装置。

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