JPH0663829B2 - 色センサ - Google Patents

色センサ

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JPH0663829B2
JPH0663829B2 JP60230337A JP23033785A JPH0663829B2 JP H0663829 B2 JPH0663829 B2 JP H0663829B2 JP 60230337 A JP60230337 A JP 60230337A JP 23033785 A JP23033785 A JP 23033785A JP H0663829 B2 JPH0663829 B2 JP H0663829B2
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、可視光帯域の特定波長の光を透過せしめる少
なくとも一つの光学フィルタを備えた色センサに関す
る。
(ロ)従来の技術 ガラス等の透光性支持基板の受光面側に可視光帯域の特
定波長、例えば赤色、緑色、青色帯域の光を透過せしめ
る赤色、緑色、青色の各光学フィルタを配置し、その背
面側に各光学フィルタを透過した光を受光すべく、受光
面電極、半導体光活性層及び背面電極をこの順序で積層
した色センサは、特開昭58−125865号公報に開示された
如く既に知られている。通常上記受光面電極として電子
ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、スプ
レー法等によって形成される酸化インジウムスズ(IT
O)、酸化スス(SnOx)等に代表される透光性導電酸化物
(以下TCOと称す)の単層或いは積層構造が用いられ
る。
然し乍ら、斯るTCOから受光面電極を形成すると、このT
COの屈折率は約2.0前後であるのに対し、それと接する
半導体光活性層の屈折率は上記2.0より大きく例えばア
モルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイ
ト、アモルファスシリコンゲルマニウム等のアモルファ
スシリコン系半導体にあっては約4.0前後であるため
に、支持基板側から入射した光は上記屈折率の差に基づ
き受光面電極と光活性層との界面に於いて反射し、受光
動作に光活性層に入射する光量を減少せしめる原因とな
る。また、たとえ平坦な表面を備えた支持基板上にこの
受光面電極を形成したとしても、そもそもこの受光電極
を上記表面に均一な膜厚で形成することは一般に困難で
あり、斯る膜厚の変動によっても、この様な受光面電極
を備えた色センサの分光感度は不揃いとならざるを得な
い。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 本発明は、入射光の反射率が受光面電極の膜厚によって
変動し、色センサの分光感度が不揃いとなる点を解決し
ようとするものである。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明に上述の如き問題点を解決すべく、透光性支持基
板の受光面側に可視光帯域の特定波長の光を透過せしめ
る少なくとも1つの光学フィルタを配置し、その背面側
の平坦な面に受光面電極、半導体光活性層及び背面電極
をこの順序で積層した色センサであって、上記受光面電
極は透光性導電酸化物からなると共に、この受光面電極
は半導体光活性層との界面側に高低差約500〜5000Å、
凸部と凹部との間隔約1000〜10000Åの凹凸面を備えた
ことを特徴とする。
(ホ)作用 上述の如く、平坦な面に高低差約500〜5000Å、凸部と
凸部との間隔約1000〜10000Åの凹凸面を備えたTCOから
なる受光面電極は斯る受光面電極と半導体光活性層との
界面での屈折率の差に起因する入射光の反射を、受光面
電極の膜厚の変動に依存することなく大幅に減少せしめ
るべく作用する。
(ヘ)実施例 第1図は本発明光センサはほぼ可視光帯域(約350nm〜8
00nm)の特定の単色光を検出するものに適用した実施例
を示している。即ち、(1)はガラス等の可視光帯域に於
いて透光性且つ絶縁性の支持基板、(2)は該支持基板(1)
の一方の主面である受光面に設けられ検出すべき特定の
単色光を透過せしめる光学フィルタ、(3)は上記支持基
板(1)の他方の主面である背面に形成されたTCOからなる
受光面電極、(4)は該受光面電極(3)と接触し上記光学フ
ィルタ(1)を透過した特定の単色光を受光する光電動作
して光起電力効果により起電力を発生したり光導電効果
により導電率が飛躍的に上昇する例えば可視光帯域に感
光するアモルファスシリコン系の半導体光活性層、(5)
は該光活性層(4)とオーミック接触し受光面電極(3)と共
に半導体光活性層(4)の光電出力を導出する背面電極で
ある。
斯様な光センサにあっては、上記光起電力効果を利用す
るものと、上記光導電効果を利用するものとでは、上記
半導体光活性層(4)の内部構造が異なっている。
具体的には、光起電力効果による場合にあっては、上記
半導体光活性層(4)の内部構造として膜面に平行にpi
n接合やPn接合等の半導体接合を備えたものが利用さ
れ、斯る構造とすることにより、光照射によって発生し
た電子及び正孔をそれぞれの電極(3)(5)から取り出すこ
ととなる。
一方、光導電効果を利用する場合にあっては、上記半導
体光活性層(4)は、基本的な構造として、上述したよう
な半導体接合を備えておらず、真性(i型)や僅かに不
純物をドープした導電型の半導体が用いられており、細
かくは該半導体と背面電極(5)との界面に不純物を多量
にドープした高ドープ層が上記背面電極とオーミック接
触を確保するために設けられる。
而して、本発明の特徴は、受光面電極(3)と半導体光活
性層(4)との界面でも屈折率の差に起因する入射光の反
射を、受光面電極(3)の膜厚の変動に依存することなく
極度に減少せしめる受光面電極(3)にあり、斯る受光面
電極(3)は上記半導体光活性層(4)との界面側に高低差
(h)約500〜5000Å、凸部と凹部との間隔(d)約1000〜100
00Åの凹凸面(3 tex)を備えている。
第2図乃至第4図は斯る凹凸面(3 tex)の加工方法を模
式的に表わしている。先ず第2図の如く、ガラス等の透
光性支持基板(1)のほぼ平坦な絶縁表面に沿って周知の
電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、
スプレー法等によって形成された平均粒径約500〜2000
ÅのTCO層(6)被着した電極基板を準備する。上記TCO層
(6)は、例えば基板温度300℃、酸素分圧4×10-4Torrの
形成条件に基づいて電子ビーム蒸着法により得られた5
%のSnOxをドープしたITOからなり、上述の如く約500〜
2000Åの平均粒径を備え、膜厚約1500〜7000Åに被着さ
れている。
第3図の工程では、上記支持基板(1)のほぼ平坦面に沿
って被着されていたTCO層(6)がその露出面から支持基板
(1)に向ってエッチング処理が施される。使用されるエ
ッチング液としては上記ITOのTCO層(6)に対してHCl:H2
O:FeCl3=500cc:600cc:100gのものが好適であり、
他に王水も利用可能である。斯るエッチング処理に於い
て、TCO層(6)はその露出面から順次エッチング除去され
るもののTCO層(6)のエッチングレートの異方性に起因し
て、先ず第3図に示す如くエッチングレートの高い部分
からエッチングが始まるために、断面台形状となる。
第4図は第3図のエッチング処理が終了した状態を示し
ている。即ち、斯るエッチング処理はTCO層(6)の厚み方
向の途中までとし、その露出面が光起電力装置の受光面
電極(3)として好適な微細な凹凸を持つまで行ない、例
えば高低差約1000〜5000Å、凸部と凹部の間隔約2000〜
10000Åのほぼ三角錐状の凹凸面(3 tex)が付与された受
光面電極(3)が形成される。例えば上記エッチング液、
液温約25℃の条件に於いて20〜40分程度で上記微細な凹
凸面(3 tex)が得られる。
第5図及び第6図は上記エッチング処理により凹凸化さ
れる前のTCO層(6)の粒子構造を示す走査顕微鏡写真であ
って、第5図は断面状態であり、第6図は露出面に対し
て傾斜角80度の方向から臨んだ状態で、両者の倍率は等
しくなく写真の下段に夫々のスケールが記してある。第
7図及び第8図は上記第5図及び第6図に示されたTCO
層(6)を上記エッチング処理により凹凸化した後の受光
面電極(3)の粒子構造を示す走査顕微鏡写真であって、
第7図は第5図と同倍率の断面状態であり、第8図は第
6図と同倍率の露出面(凹凸面(3 tex))に対して傾斜
角80度の方向から臨んだ状態である。
尚、参考までに第9図及び第10図に第3図に相当する凹
凸加工の途中状態に於けるTCO層(6)の粒子構造の断面状
態及び傾斜角80度の方向から臨んだ状態の走査顕微鏡写
真を示す。
この顕微鏡写真からTCO層(6)の異方性エッチングレート
により、その露出面から支持基板(1)方向に均一にエッ
チング除去されることなく凹凸面(3 tex)が形成されて
いることは明らかである。
この様にして凹凸面(3 tex)が付与されたTCOの受光面電
極(3)を組込んだ光センサを評価するために、斯る凹凸
面(3 tex)に上記特開昭58−125865号公報に示されたpin
接合を有するアモルファスシリコンの半導体光活性層
(4)とアルミニウム電極の背面電極(5)と順次積層し、光
学フィルタ(2)を設けずにその反射率をほぼ可視光帯域
に亘って測定したところ、第11図の反射特性を得た。一
方、斯る本発明の凹凸加工されたTCOを受光面電極(3)と
した色センサに代って、第2図及び第7図、第8図に示
した凹凸加工する以前のTCO層(6)を受光面電極としたセ
ンサの反射特性を測定し、その結果が第12図に示してあ
る。斯る第12図の反射特性を見ると、約450nm、約650nm
以上の波長に対して断続的に20%以上特に赤色帯域に於
いては50%以上の反射率を呈していたのに対し、本発明
による凹凸な受光面電極(2)を用いたセンサに於いては
約350〜800nmの可視光帯域に亘ってほぼ一定した10%以
下の反射率を呈するに止まった。
次に上記第11図及び第12図に示した反射特性の膜厚依存
性を、その膜厚の変動の結果として表われてくる色セン
サの感度として出力短絡電流を測定することにより評価
した。光学フィルタ(2)としては従来の受光面電極に於
いて反射率が大きく変動する赤色帯域約700nm前後)の
光を透過せしめる赤色フィルタが選択され、各々100個
のサンプルを形成して出力短絡電流の度数を測定したと
ころ第13図の線図を得た。尚、横軸の出力短絡電流につ
いては従来の色センサの出力短絡電流の平均値を1.0と
して規格化してある。
斯る出力短絡電流の測定の結果、規格化出力短絡電流に
して従来の色センサは0.8〜1.2の範囲に渡って変動して
いたものが、本発明色センサにあっては、1.1〜1.3の範
囲の変動に半減し、膜厚の依存性が大幅に改善されたこ
とが判る。更に反射率が減少するために約20%の出力短
絡電流が向上している。
第14図は本発明光センサの他の実施例を示しており、光
学フィルタ(2)として、赤色、緑色、青色帯域の光を透
過せしめる赤色、緑色、青色の各光学フィルタ(2R)(2G)
(2B)が支持基板(1)の受光面側に設けられ、支持基板(1)
の背面側には、各光学フィルタ(2R)(2G)(2B)を透過した
特定の光に感光すべく半導体光活性層(4R)(4G)(4B)及び
背面電極(5R)(5G)(5B)が夫々対応して分割されている。
しかし、半導体光活性層(4)との界面側に高低差約500〜
5000Å、凸部と凹部との間隔約1000〜10000Åの凹凸面
(3 tex)を備えた受光面電極(3)は共通電極として用いら
れるために分割されていない。
この様に複数の光学フィルタ(2R)(2G)(2B)を備えた色セ
ンサにあっては、各々光学フィルタ(2R)(2G)(2B)を透過
した波長帯域の異なる入射光に対しても膜厚に依存する
ことなく、しかも可視光帯域に於いてほぼ一定した10%
以下の反射率を呈することから、分光感度特性が安定す
る。
(ト)発明の効果 本発明色センサは以上の説明から明らかな如く、高低差
約500〜5000Å、凸部と凸部との間隔約1000〜10000Åの
凹凸面を備えたTCOからなる受光面電極は斯る受光面電
極と半導体光活性層との界面での屈折率の差に起因する
入射光の反射を、受光面電極の膜厚の変動に依存するこ
となく大幅に減少せしめるべく作用するので色センサの
分光感度の変動幅が低減し装置間の不揃いを少なくする
ことができる。更に、可視光帯域に於いてほぼ平坦且つ
低率な反射特性が得られるので、複数の光学フィルタの
波長帯域が異なっても入射光に対する反射率は変動する
こともなく相対出力の上昇が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明色センサの一実施例を示す模式的断面
図、第2図乃至第4図は本発明色センサに用いられる受
光面電極の凹凸化方法を説明するための状態別模式的断
面図、第5図及び第6図は凹凸化される前の透光性導電
酸化物の粒子構造の断面状態及び傾斜角80度の方向から
臨んだ状態を示す走査顕微鏡写真第7図及び第8図は凹
凸化された後の透光性導電酸化物の粒子構造の断面状態
及び傾斜角80度の方向から臨んだ状態を示す走査顕微鏡
写真、第9図及び第10図は第3図に相当する凹凸加工の
途中状態に於ける透光性導電酸化物の粒子構造の断面状
態及び傾斜角80度の方向から臨んだ状態の走査顕微鏡写
真、第11図は光学フィルタを除いた本発明の反射特性
図、第12図は従来の反射特性図、第13図は本発明装置と
従来装置の出力短絡電流を比較するための特性図、第14
図は本発明色センサの他の実施例を示す模式的断面図、
を夫々示している。 (1)……透光性支持基板、(2)(2R)(2G)(2B)……透光性フ
ィルタ、(3)……受光面電極、(3 tex)……凹凸面、(4)
……半導体光活性層、(5)……背面電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性支持基板の受光面側に可視光帯域の
    特定波長の光を透過せしめる少なくとも1つの光学フィ
    ルタを配置し、その背面側の平坦な面に受光面電極、半
    導体光活性層及び背面電極をこの順序で積層した色セン
    サであって、上記受光面電極は透光性導電酸化物からな
    ると共に、この受光面電極は半導体光活性層との界面側
    に高低差約500〜5000Å、凸部と凸部との間隔約1000〜1
    0000Åの凹凸面を備えたことを特徴とする色センサ。
JP60230337A 1985-10-16 1985-10-16 色センサ Expired - Lifetime JPH0663829B2 (ja)

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US07/170,656 US4851658A (en) 1985-10-16 1988-03-17 Color sensor having improved uniformity of sensitivity

Applications Claiming Priority (1)

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JP60230337A JPH0663829B2 (ja) 1985-10-16 1985-10-16 色センサ

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JPS6288927A JPS6288927A (ja) 1987-04-23
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US4851658A (en) 1989-07-25
JPS6288927A (ja) 1987-04-23

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