JPH10256579A

JPH10256579A - 光電変換素子

Info

Publication number: JPH10256579A
Application number: JP9059529A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuichi Uchikoga; 修一内古閑; Tomomasa Ueda; 知正上田; Yujiro Hara; 雄二郎原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: JP3435304B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光電変換効率を改善するとともにロール・ツ
ー・ロールで製造できる生産性の高い光電変換素子を提
供する。【解決手段】本発明の光電変換素子１０は、導電性線
材料を第１の電極１１とし、光電効果を起こすＰＩＮ接
合を有する半導体層１２、１３、１４が第１の電極１１
を被覆するように形成され、半導体層１２、１３、１４
を被覆する透明導電性膜からなる第２の電極１５を有す
る。したがって、光の収集角度が大きくなり、実質的に
光電変換効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換素子に関
し、特に太陽電池に適した構造の光電変換素子に関す
る。また本発明は液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光エネルギーを電気的エネルギーに変換
する太陽電池は、クリーンなエネルギー源であること、
化石エネルギーの枯渇が心配されていることなどから新
しいエネルギーとして注目されている。

【０００３】太陽電池の幅広い実用化を進めるために
は、発電に要するコストを低減することが大きな課題で
ある。すなわち、太陽電池を製造するためのコストと、
光電変換効率とのバランスが問題である。アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた太陽電池は結晶質シリコ
ンを用いた場合に比べ、製造コストを著しく低減するこ
とが可能であるという特徴を有しており、しかも、大面
積で製造が可能である。このような製造コス卜、生産性
の面で利点を有することから、現在ではａ−Ｓｉを用い
た太陽電池が汎用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ
を用いた太陽電池の光電変換効率は、結晶質シリコンを
用いた太陽電池に比べ、約５０％程度と低いという問題
があり、光電変換効率の向上が望まれている。

【０００４】図１１は典型的な太陽電池の構造を概略的
に示す図である。この太陽電池は、基板９１上に順次、
第１の電極９２、ｐ型半導体層９３、ｉ型半導体層９
４、ｎ型半導体層９５及び第２の電極９６を積層成膜し
たものである。基板９１には、ガラスやプラスチック等
の可視光に対して透明な絶縁性基板が用いられる。第１
の電極９２には可視光を透過可能な、例えばＩＴＯ（Ι
ｎｄｉｕｌｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）などを用いた導電
性透明材料が用いられる。ｐ型半導体層９３としては、
例えばａ−Ｓｉからなる半導体層にホウ素をドープして
用い、またΝ型半導体９５としては例えばａ−Ｓｉから
なる半導体層にリンをドープして用いる。ｉ型半導体層
１４にはドーピングをしないａ−Ｓｉ半導体層などが用
いられる。

【０００５】基板９１方向から光が入射すると、この入
射光によってｐｉｎ接合部にキャリアが励起され、第１
の電極９２と第２の電極９６との間に電位差が発生す
る。すなわち、光が入射すると、この入射光によってｐ
ｉｎ接合部の価電子帯の電子は光エネルギーにより励起
する。電子を励起して禁止帯幅を越えるのに十分な光エ
ネルギーが与えられれば電子は伝導帯に上がり、電子−
正孔対が生じる。接合部付近では、電子や正孔などのキ
ャリアが相手方の領域に拡散して空乏層が生じており、
ここには空間電荷層ができている。光の照射により空乏
層中で生じた電子は空間電荷層による高い電界によりｎ
型領域にたまり、一方正孔はｐ型領域にたまり、したが
ってｎ型半導体層９５とｐ型半導体層９３との間に電位
差が発生する。

【０００６】第１の電極９２と第２の電極９６との間に
生じる電位差を大きくするためには、入射光をいかに効
率よく接合部に収集できるかが問題となる。この観点か
ら考えると従来の太陽電池の構造は、平面的な接合面の
一方の側のみを用いて光の収集を行うものであり、光電
変換効率を低下させている大きな原因のひとつである。

【０００７】一方、太陽電池は軽量な電源であることな
どから、多くの携帯用電子機器、情報端末など使用され
る。したがって、太陽電池の形状を多様に形成すること
は、適用製品の範囲を広げるためには重要な課題であ
る。太陽電池の軽量性、任意形状を実現するためにプラ
スチック基板を用いることがある。基板９１として、プ
ラスチック基板などの弾性に富んだ材料を用いたとして
も、基板９１の弾性の範囲でしか変形させることがで
ず、太陽電池の形状に任意性をもたせるためには問題が
ある。

【０００８】また、プラスチック基板を用いる場合に
は、耐熱性が小さいため製造工程温度を低下させる必要
があり、半導体の膜質に悪影響を与えるだけでなく、製
造工程の自由度、生産性を低下させているという問題が
ある。また、半導体成膜プロセスだけでなく、透明導電
性膜の成膜温度に関しても制限を設ける必要がある。こ
のように、太陽電池の軽量性、任意形状を実現するため
には、製造工程温度を犠牲しなければならないという問
題がある。

【０００９】さらに、大面積に製造可能であるというこ
とは、ａ−Ｓｉを用いた太陽電池の１つの特徴である
が、製造可能な面積はａ−Ｓｉを成膜する成膜装置の大
きさに依存する。また、大面積を実現する上で重要なの
は、膜の均一性である。成膜装置が大型するに従って膜
の均一性を確保するのは困難となる。この意味から、太
陽電池の大面積化は成膜装置への依存性が高い。所望の
面積を得るためには、張り合わせを余儀なくされるが、
張り合わせによる抵抗成分が付け加わることにより、起
電力の損失が大きくなるという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものである。すなわち、
本発明は光電変換効率の高い光電変換素子を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】また本発明は、軽量で多様な形状を取り得
る光電変換素子を提供することを目的とする。

【００１２】さらに本発明は面積の大きな太陽電池を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明の光電変換素子は以下のような特徴を
有している。本発明の光電変換素子は、線状の導電性材
料からなる第１の電極と、光が照射されたとき内層と外
層との間に電位差を生じるように前記第１の電極を軸と
して同軸状に積層された半導体層と、この半導体層上の
前記第１の電極と対向する側に形成された第２の電極と
を具備したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明の光電変換素子の形態として
は、線状の導電性材料からなる第１の電極と、光が照射
されたとき内層と外層との間に電位差を生じるように第
１の電極を軸として同軸状に積層された複数の半導体層
からなるダイオードと、前記ダイオードの外層を構成す
る半導体層上に形成された第２の電極とを具備したもの
をあげることができる。

【００１５】ここで、第１の電極は線状の導電性材料で
あればよく、その断面形状は円形に限ることなく、楕円
形、矩形など必要に応じて設計するようにすればよい。
また、この第１の電極上に同軸状に積層される半導体層
についても、断面形状は円形に限ることはない。

【００１６】第２の電極は、透光性を有する導電性材料
により構成するようにしてもよい。透光性を有する導電
性材料としては例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）などを用いるようにすればよい。また、第
２の電極は前記ダイオードの外層を構成する半導体層の
すべての部分を覆う必要はなく、半導体層に生じるキャ
リアが取り出せるならば、その一部を被覆するように形
成してもよい。この場合、第２の電極は透光性導電性材
料により構成するようにしてもよいし、例えばＣｕ、Ａ
ｌ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、ＭｏＷなどの低抵抗で遮光性を有
する導電性材料により構成するようにしてもよい。

【００１７】第２の電極を遮光性導電性材料により形成
する場合には、できるだけ多くの光がダイオードに入射
できるように、できるだけ被覆面積が少なくなるように
形成することが好適である。例えば、第２の電極は、ダ
イオードの外層を構成する半導体層上にスパイラル状に
形成するようにしてもよい。スパイラル状以外にも、例
えばメッシュ状に形成するようにしてもよい。

【００１８】また、ダイオードを構成する最外層の半導
体層上、あるいは第２の電極上に反射損を低減するため
の酸化物薄膜などからなる反射防止膜を形成するように
してもよい。

【００１９】ダイオードは、光が照射されたとき内層と
外層との間に電位差を生じるように、すなわち光起電力
効果を有するようなダイオードを、第１の電極を軸とし
て同軸状に積層して形成すればよい。例えば、ｐｎ接合
ダイオード、ｐｉｎ接合ダイオードなどを積層成膜する
ようにすればよい。例えばダイオードは、第１の電極を
被覆するように形成されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体
層を被覆するように形成された真性半導体層と、真性半
導体層を被覆するように形成されたｐ型半導体層とから
形成するようにしてもよい。このようなｐｉｎ接合ダイ
オードは、例えばｎ型半導体層としてｎ型ａ−Ｓｉを、
真性半導体層としてａ−Ｓｉを、そしてｐ型半導体層と
してはｐ型ａ−ＳｉをプラズマＣＶＤ法などにより成
膜、積層するようにして形成することができる。この他
にも、例えば結晶質シリコンによりｐ（ｉ）ｎ接合を形
成するようにしてもよいし、また、ＧａＡｓやＣｄＴｅ
などの化合物半導体によりｐ（ｉ）ｎ接合を形成するよ
うにしてもよい。

【００２０】すなわち本発明は、導電性の線状材料の上
に、光起電力効果を生じるような膜を積層することに堆
積した光電変換素子である。

【００２１】前述したように、ａ−Ｓｉを用いた太陽電
池などの光電変換素子の問題点は光電変換効率の向上で
ある。光電変換効率を改善する方法として、材料の光電
変換効率を改善する方法と、光電変換素子の構造を改善
する方法とがある。光電変換効率の改善という意味で
は、材料自身の性質に由来する光電変換効率の改良は本
質的であり、ａ−Ｓｉの物性に関して多くの研究がなさ
れてきているために、多くのことが理解されている。し
かし、物性的な理解が直接効率の良い材料を製造するこ
とには必ずしも直結するとは限らず、材料の光電変換効
率を改善していく方法は必ずしも効果的であるとは言え
ない。

【００２２】光電変換素子の構造を変えることにより出
力電力を大きくすることができれば、光電変換効率を向
上させたことと同じであり、本発明は従来の材料を用い
ながら、実質的に光電変換効率を向上することができ
る。

【００２３】さらに本発明の光電変換素子はケーブル状
である。したがって、その形状をよりフレキシブルに形
成することができる。また、ケーブル状の光電変換素子
を複数配列して平面状の光電変換面を形成することも可
能である。このように本発明のケーブル状光電変換素子
を複数配列して太陽電池を構成すれば、より大面積の太
陽電池を得ることができる。さらに、複数配列する光電
変換素子を直列に接続して太陽電池を構成することによ
り、より大きな起電力を得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明についてさらに詳細
に説明する。

【００２５】（実施形態１）図１は本発明の光電変換素
子の構造を概略的に示す図であり、図２はこの光電変換
素子の断面構造を概略的に示す図である。第１の電極で
ある電極１１を中心軸としてｎ型半導体１２、ｉ型半導
体１３、ｐ型半導体１４が順次積層され、さらに第２の
電極である透明電極１５が外周部に形成されている。こ
の光電変換素子１０に光が照射されると、電極１１と透
明電極１５の間に電位差が生じる。電極１１を線状材料
で形成することによって、太陽電池などに用いることが
できる光電変換素子１０を線状（ケーブル状）に形成す
ることができる。

【００２６】本発明の光電変換素子１０の断面構造は例
えば図２に例示したように、電極１１を中心として同心
円状に形成する必要はなく、楕円形状でもよく、さらに
不規則な閉曲線でもよい。電極１１を中心軸として各々
の半導体膜が他の膜を被覆していればよい。

【００２７】例えば、ｎ型半導体１２は電極１１を被覆
するように形成されるが、このとき、電極１１の中心に
対してｎ型半導体１２を同心円状に形成する必要はな
い。同様に、ｉ型半導体１３がｎ型半導体１２を被覆す
る場合も、ｐ型半導体１４がｉ型半導体１３を被覆する
場合にも、電極１１の中心に対して同心円状に形成する
必要はない。重要なのは、図１、図２に示すように、各
々の半導体膜が内層側の他の半導体膜、あるいは電極を
被覆することである。また、各半導体層、第２の電極層
の厚さは、必要に応じて成膜するようにすればよい。図
１の例では、ｎ型半導体１２の厚さは約１０〜１００ｎ
ｍ、ｉ型半導体１３の厚さは約０．１〜１μｍ、ｐ型半
導体１４の厚さは約１０〜１００ｎｍであり、ＩＴＯか
らなる第２の電極１５の厚さは約７５ｎｍ〜１μｍであ
る。

【００２８】このような構成を有する本発明の光電変換
素子１０は、受光面が全周にわたって形成されており、
光を効率的に収集することができ、第１の電極１１と第
２の電極１５との間に光電効果により電位差Ｖout が発
生することができる。図３は本発明の光電変換素子を太
陽電池に適用した例を示す図である。また第１に電極３
１を、本発明の光電変換素子を応用する製品の形状にあ
わせて所望の形状に加工することができる。図１１で示
した従来型の太陽電池に比べ、第１の電極３１の中心に
対して、３６０°にわたる広い角度からの入射光を利用
することが可能になり、実質的に光電変換効率を向上さ
せることができる。また本発明の光電変換素子は大面積
化を容易に行うことができるから、例えば第面積の太陽
電池などを容易に製造することができる。また、金属な
どの導体材料からなる線材の周囲に形成することができ
るから、よりフレキシブルに形成することができる。ま
た製造にあたっても、従来のガラスやプラスチック基板
上に半導体層を形成する場合に比べて、製造プロセスの
温度条件の制約が非常に小さくなり、生産性も向上する
ことができる。

【００２９】（実施形態２）図４は本発明の光電変換素
子の構造の別の例を示す図である。図１、図２に例示し
た本発明の光電変換素子と同様に、第１の電極である電
極１１を中心軸としてｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層
１３、ｐ型半導体層１４が順次積層されている。

【００３０】図１に例示した本発明の光電変換素子は、
外周部を被覆する第２の電極１５はＩＴＯなどの透明導
電性膜を成膜していたが、図４に例示した光電変換素子
では、線状の導電性材料をスパイラル状に巻き付けるこ
とにより第２の電極１５ｂを形成している。

【００３１】このような構成では、第２の電極１５ｂと
して必ずしも透光性材料を用いる必要がなく、例えば不
透明な金属材料により第２の電極１５ｂを形成してもよ
い。また、第２の電極１５ｂを成膜プロセスを用いずに
形成することもできるから、生産性も大幅に向上し、光
電変換素子の製造コストを低減することができる。この
ことは、例えば太陽電池など、発電に要するコストの低
減が課題となっているときに特に効果的である。

【００３２】（実施形態３）図５は本発明の光電変換素
子の構造の別の１例を概略的に示す断面図である。この
光電変換素子は、最外層の半導体層（ここではｐ型半導
体層１４）とＩＴＯからなる第２の電極１５との間に、
反射防止膜として薄いシリコン酸化膜１６が形成されて
いる。このような反射防止膜１６は、例えばプラズマＣ
ＶＤ法などにより、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１
３、ｐ型半導体層１４と同様に成膜することができる、
また半導体層と連続的に成膜するようにしてもよい。

【００３３】このような反射防止膜１６を備えることに
より、いわゆる反射損を低減して、光電変換効率をさら
に高めることができる。

【００３４】さらに反射防止膜１６を、例えば図４に例
示した本発明の光電変換素子に適用すれば、例えばｐ型
半導体層１４など外層の半導体層の保護膜としても機能
させることができる。図４に例示した構造では、半導体
層が第２の電極１５により完全に被覆されていないの
で、アルカリなどの拡散によって光電変換素子に機能が
損なわれることを防止することができる。このような反
射防止膜１６をシリコン窒化膜により形成すれば保護膜
としての性能はさらに向上し、例えば水分などの阻止能
をさらに向上することができる。（実施形態４）図６は本発明の光電変換素子の構造のさ
らに別の１例を概略的に示す図である。この光電変換素
子は、第２の電極としてＩＴＯからなる透明電極１５ａ
と金属材料からなるスパイラル状電極１５ｂとを備えて
いる。

【００３５】ＩＴＯは導電性材料ではあるが、通常の導
体配線などに用いられる金属材料と比べるとその抵抗は
若干高めである。したがってＩＴＯからなる透明電極１
５ａと金属材料からなるスパイラル状電極１５ｂとを組
み合わせた第２の電極を採用することにより、光電変換
素子の接合面への入射光の低減を最小限に抑制しなが
ら、半導体層外周部に形成される第２の電極の抵抗を小
さくすることができる。

【００３６】このような光電変換素子は、例えばｐ型半
導体層１４など外層の半導体層を形成したあとに、Ｃｕ
などの導体配線を巻き付けて、その上にＩＴＯを堆積す
るようにしてもよいし、ｐ型半導体層１４など外層の半
導体層上にさらにＩＴＯを成膜し、その上からＣｕなど
の導体配線をの巻き付けるようにしてもよい。

【００３７】（実施形態５）次に、本発明の光電変換素
子の製造方法の例について説明する。図７は本発明の光
電変換素子の製造方法の例について説明するための図で
ある。

【００３８】本発明の光電変換素子は、第１の電極１１
となる線状の導電性材料を中心軸として、この周囲に複
数の半導体層をダイオードを構成するように積層成膜し
て形成する。

【００３９】第１の電極１１として用いる線状の導電性
材料は、例えば、低抵抗なＣｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ
等を用いるようにすればよい。これらは１例であり、他
の金属材料、合金などを用いるようにしてもよい。ま
た、この時点で例えば太陽電池の形状など、本発明の光
電変換素子を適用する製品の形状に合わせて変形しても
よい。例えば太陽電池を大きく屈曲させた形状で使用し
たい場合には、この時点で所望の形状に整えておくよう
にすればよい（図７（ａ））。

【００４０】次に、第１の電極１１に対して、図１、図
２に例示したように、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層
１３、ｐ型半導体層１４、透明導電性材料からなる第２
の電極１５を順次積層して被覆してゆく（図７（ｂ）〜
図７（ｅ））。ｎ型半導体１２、ｉ型半導体１３、及び
ｐ型半導体１４としては、例えばａ−Ｓｉ（アモルファ
スシリコン）を基本とした半導体層を用いるようにして
もよい。ａ−Ｓｉを堆積する方法としては、例えばプラ
ズマ励起による化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）を用い
るようにしてもよい。そしてｎ型半導体層１２としては
例えばリンをドープしたａ−Ｓｉ半導体層を用い、ｐ型
半導体層１４としては例えばホウ素をドープしたａ−Ｓ
ｉ半導体層を用いるようにすればよい。また、第２の電
極１５としてはΙＴＯなどの可視光に対して透過性のあ
る透明導電性膜を用いるようにしてもよい。したがっ
て、従来の半導体、薄膜トランジスタなどの製造方法を
大きく変更することなく、本発明の光電変換素子を製造
することができる。また、本発明は従来のようにガラス
やプラスティックなどの基板上に半導体層を積層成膜す
る構成ではないから、製造プロセスの温度条件の制約が
非常に小さくなり、生産性を向上することができる。

【００４１】（実施形態６）つぎに本発明の光電変換素
子を複数組み合わせて構成した太陽電池について説明す
る。

【００４２】図８は上述した本発明の光電変換素子１０
を単位要素として大面積化し、より大きな起電力が得ら
れるようにした太陽電池の構成を概略的に示す図であ
る。

【００４３】光電変換素子１０を複数本並べることで、
容易に大面積化を実現することができる。図４のように
束ねた場合、各光電変換素子の外周部に形成された第２
の電極１５（透明電極）が相互に接続されることになる
ので並列接続になる。そこで、図８に示したような、本
発明の光電変換素子を複数本並列接続した構成のユニッ
ト２０をさらに直列に接続することで、より大きな電位
差を発生させることができる。

【００４４】図９はこのような構成を有する太陽電池の
構成を概略的に示す図である。光電変換素子１０を複数
本並列接続したユニット２０を、さらに複数個直列接続
して太陽電池を構成している。ユニットを構成する光電
変換素子１０の第１の電極１１は共通接続され、隣接す
るユニットの第２の電極と接続する。このような構造を
採用することにより容易に直列接続を実現でき、より大
きな出力Ｖout を得ることができる。

【００４５】図９では光電変換素子４本により１個のユ
ニット２０を構成し、このユニット２０をさらに５個直
列接続した構成であるが、ユニット２０を構成する光電
変換素子１０の本数、太陽電池を構成するユニット２０
の個数は必要に応じて定めるようにすればよい。例えば
同様の接続を繰り返すことにより、さらに大きな面積を
持つ太陽電池を構成することができる。太陽電池の面積
は図９に示すＬとＷの積で決定されるが、Ｌは図３の第
１の電極３１の長さで決定し、Ｗは接続する光電変換素
子の数で決定される。このような太陽電池は、面積、形
状ともに所望のものを得ることができる。さらに、図９
に例示したような構成を透光性を有する導電性樹脂材料
などで固定するようにしてもよい。

【００４６】図９に示すＬは第１の電極３１の長さに依
存するが、半導体層１２乃至１４、第２の電極１５を成
膜する成膜膜置は長さＬに制限されることはない。例え
ば、第１の電極１１の長さＬが成膜装置の長さに比べ大
きい場合には、ロール・ツー・ロールの成膜を行うよう
にすればよい。熱化学気相反応成膜（熱ＣＶＤ法）を用
いれば、真空に関する配慮は不要であり、原理的には無
限長のＬに対する成膜が連続的に行うことができる。ま
た、本発明では２次元的な成膜の均一性を気にする必要
がないから、大型成膜装置で問題となる成膜の均一性に
配慮する必要もない。したがって本発明では、光電変換
素子、太陽電池の要素をロール・ツー・ロールで作成す
ることができ、生産性を大きく向上することができる。

【００４７】また図１１に示したように、従来の技術で
は基板１１として用いる材料によって製造工程の最高温
度が制限されていた。これに対して本発明では、第１の
電極１１に金属線などの線状の導電性材料を採用するこ
とによって、従来のようにガラス基板、プラスチック基
板を使用する場合に比べて、製造工程の最高温度をより
自由に選択することができるから、膜質の向上を図るこ
とができると同時に、生産性も大きく向上する。

【００４８】（実施形態７）実施形態６では、本発明の
光電変換素子を用いて大面積の太陽電池を構成した例に
ついて説明したが（図９参照）、これ以外にもケーブル
状であることを利用して応用することができる。

【００４９】図１０は本発明の光電変換素子を適用した
透過型液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図であ
る。この液晶表示装置３０は、画素電極３１が形成され
たアレイ基板３２と、対向電極３３が形成された対向基
板３４との間に液晶層３５を挟持したものである。液晶
層３５は画素電極３１と対向電極３３との間に形成され
る電界に応答して、その配向、層状態などが変化し、光
の透過率が制御される。一方アレイ基板３２の背面には
バックライト３６が配設されており、このバックライト
３６からの光を液晶層３５をライトバルブとして変調す
ることにより表示が行われる。したがって画素電極３１
が形成されていない領域は表示に寄与してない。

【００５０】そこで、表示に寄与しない、隣接する画素
電極３１の隙間の部分に、本発明の太陽電池を配設す
る。具体的には、例えばアレイ基板の図示しない走査
線、信号線が形成された領域の背面に配設するようにす
ればよい。

【００５１】このような液晶表示装置３０では、表示に
寄与しない領域に照射される照射光を有効に用いて、発
電することができる。したがって、液晶表示装置の電源
消費を低減するとともに、使用時間の長い時間化、バッ
テリの小形化などを行うことができる。

【００５２】光電変換素子は、画素電極と画素電極とを
間隔が許す限り、束ねて配設してより大きな起電力を得
るようにすればよい。また、光電変換素子の配設に起因
して表示画素内部の電界を乱さないため、また、アレイ
基板の製造工程を複雑化させないために、光電変換素子
はアレイ基板のバックライト側に設置することが好適で
ある。

【００５３】（実施形態８）近年、ノート型のパーソナ
ルコンピュータや携帯表示端末などの表示素子としての
液晶表示装置（ＬＣＤ）の研究開発が盛んに行われてい
る。ガラスの基板の上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜
を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチ
ング素子を形成したアクティブマトリクス型液晶表示装
置により、安価で大面積、高精細、高画質で低消費電力
なフラットパネルディスプレイが実現されているからで
ある。

【００５４】この種の液晶表示装置は、透明絶縁性材料
からなるアレイ基板と、アレイ基板と平行に配置された
透明絶縁性材料からなる対向基板と、アレイ基板と対向
基板の間に挟持された液晶層とを備えており、液晶層に
電圧を加えて液晶分子の配向、相状態を変えることによ
り表示を行っている。アレイ基板の上にはＴＦＴなどの
スイッチング素子がマトリクス状に形成されており、ス
イッチング素子には走査線、信号線及び画素電極が電気
的に接続されている。

【００５５】従来のアクティブマトリックス型液晶表示
装置に関して、図１２、図１３、図１４を用いて説明す
る。図１２はアレイ基板の構成を概略的に示す図、図１
３は単位画素の平面構造を概略的に示す図、図１４は単
位画素の断面構造を概略的に示す図である。

【００５６】アレイ基板１２１上の表示領域１２２に
は、画素電極１２３と画素電位を制御する薄膜トランジ
スタ１２４が形成されている。薄膜トランジスタはゲー
ト電極１２５ａ、ソース電極１２６ａ、ドレイン電極１
２６ｂからなる電界効果型トランジスタである。ゲート
電極１２５ａを透明絶縁性材料からなるアレイ基板１２
１上に形成した後、ゲート絶縁膜１２７、半導体層１２
８を順次形成して薄膜トランジスタ１２４を構成する膜
を堆積する。表示領域１２２の外側には、アレイ基板１
２１上の走査線１２５ｂ及び信号線１２６ｂと接続配線
を介して接続する接続パッド１３０ａ、１３０ｂが形成
されている。また、アレイ基板１２１の周辺には樹脂フ
ィルムなどからなる周辺基板１３１が配置され、周辺基
板上には周辺回路３２が配置され、異方性導電膜（Ａｎ
ｉｓｏｍｅｔｒｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｎｇＦｉｌｍ
またはＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
Ｆｉｌｍ：ＡＣＦ）を介してＴａｐｅＡｕｔｏｍａ
ｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ（ＴＡＢ）により周辺基板１３
１と接続パッド１３０ａ、１３０ｂとの間の電気的接続
が取られれている。

【００５７】これに対し、上記の薄膜トランジスタを有
する液晶表示装置とは全く構造が異なる薄膜トランジス
タを有する液晶表示装置が提案されている。この薄膜ト
ランジスタは線状の導電性材料の上に半導体膜、絶縁膜
などを積層成膜したものである。

【００５８】図１５はこのようなケーブル状の薄膜トラ
ンジスタを備えた液晶表示装置のアレイ基板の構成を概
略的に示す図である。また図１６、図１７はこのような
ケーブル状の薄膜トランジスタの構造を概略的に示す図
である。図１６は導体線の中心と平行な面での断面図、
図１７はこの中心軸と直交する面での断面図である。

【００５９】線状の導電性材料からなるゲート電極１４
５ａと、このゲート電極表面に形成されたゲート絶縁膜
１４７と、このゲート絶縁膜上に形成された半導体層１
４８と、この半導体層上に離間して形成されたソース・
ドレイン電極１４６ａとを有し、ゲート絶縁膜１４７、
半導体層１４８、ソース・ドレイン電極１４６ａは、ゲ
ート電極をなす金属線材料１４５ｂの中心と同軸上に形
成されている。

【００６０】このような薄膜トランジスタ１４４が形成
された金属線１４５ｂを、溝を設けたアレイ基板１４１
上に埋め込み、さらに画素電極１４３、信号線１４６ｂ
をそれぞれ形成することによりアレイ基板を作成する。
金属線１４５ｂは表示領域１４２の外側まで延在して形
成されており、外側にある金属からなる第１の接続パッ
ド１５０ａにおいて外周部と電気的接続がなされてい
る。

【００６１】また、アレイ基板１４１の周辺には樹脂フ
ィルムなどからなる周辺基板１５１が配置され、周辺基
板上には周辺回路１５２が配置され、周辺回路１５２と
第２の接続パッド１５０ｂとの間は異方性導電膜（ＡＣ
Ｆ）を介してＴＡＢにより電気的接続が形成されてい
る。

【００６２】この種の薄膜トランジスタは、使用する基
板とは独立したロールとして金属線上に作成できるため
に、基板の耐熱温度に制限されることがなく、高温プロ
セスにより良好な特性を得ることができる。従って、比
重が小さく、対衝撃性があるものの耐熱性が低い問題が
あったプラスチックなどを基板に用いることも可能とな
る。また、規定以上の薄膜トランジスタが不良となった
場合、図１２のような従来の液晶表示装置では基板すべ
てを破棄する必要があるのに対し、この構造では薄膜ト
ランジスタを形成後に良好な特性を示す薄膜トランジス
タを選択して基板に組み台わせて表示装置を作成ことが
可能であり、生産性が高く、コストが低減されるという
メリットがある。

【００６３】その一方で、図１５のような金属線の上に
形成した薄膜トランジスタを有する液晶表示装置におい
ては、図１２のような液晶表示装置に比べて接続パッド
を介しての電気的接続部分の数が増えるために、接続部
分での不良が増えることによる生産性の低下が発生する
という問題が生じる。

【００６４】さらには、接続パッドの数が増えるため
に、表示領域の外周部の面積が大きくなるため、有効表
示面積の割合が小さくなる、という問題も生じる。

【００６５】このように金属線の上に形成した薄膜トラ
ンジスタを有し、金属線は表示領域の外側まで延びてお
り、外側にある金属からなる第１の接続パッドにおいて
外周部の金属配線と電気的接続がなされており、さらに
第２の接続パッドにおいて外周部の金属配線と周辺回路
の電気的接続が取られているような液晶表示装置におい
ては、接続パッドを介しての電気的接続が増えるため
に、接続部分での不良が増えることによる生産性の低下
が発生するという問題や、接続パッドの数が増えるため
に、表示領域の外周部の面積が大きくなるため、有効表
示面積の割合が小さくなるという問題を解決することが
望まれている。

【００６６】このような課題を解決するためには、例え
ば、絶縁性透明材料からなるアレイ基板と、このアレイ
基板に対向して配置され、対向する面に共通電極が形成
された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に
介在して形成された液晶層とを具備する液晶表示装置に
おいて、前記アレイ基板の周辺領域に配置され、可視領
域の光を遮光するとともに前記アレイ基板よりも融点の
高い材料からなる周辺基板と、前記アレイ基板上から前
記周辺基板まで伸延して配設された、導電性材料からな
る線状配線とを具備するようにしてもよい。

【００６７】また、前記線状の配線上には同軸上に薄膜
トランジスタが形成されており、この薄膜トランジスタ
を駆動するための駆動素子は前記周辺基板上に形成され
ており、前記線状の配線と前記駆動素子とは前記周辺基
板上に形成された導体薄膜配線を介して接続するように
してもよい。

【００６８】例えば前記周辺基板はシリコンなどの半導
体材料から形成するようにしてもよい。

【００６９】すなわち本発明の液晶表示装置は、絶縁性
透明材料からなるアレイ基板と、このアレイ基板に対向
して配置され対向する面に共通電極が形成された対向基
板と、前記アレイ基板および対向基板間に介在して形成
された液晶層とを具備する液晶表示装置において、前記
アレイ基板の周辺に配置され、このアレイ基板よりも融
点の高い材料からなる、可視領域の光を透過しない周辺
基板と、このアレイ基板上に配置され、この周辺基板ま
で伸延した、導電性材料からなる線状の配線とを具備し
ている。

【００７０】このような問題点を解決するために本発明
の液晶表示装置は、絶縁性透明材料からなるアレイ基板
と、アレイ基板よりも融点の高い材料からなる、可視領
域の光を透過しない周辺基板を有し、アレイ基板上に配
置された導電性材料からなる線状の配線は周辺基板上ま
で延びており、周辺基板上の接続パッドによって周辺回
路と電気的接続がなされることにより、接続部の数を少
なくすることが可能である。

【００７１】さらには、周辺基板として、シリコンなど
の半導体基板を用いることにより、半導体の微細加工工
程を用いた周辺回路を形成することが可能となる。上記
のような液晶表示装置においては、接続部の数を少なく
することができるために、接続部分での手良を抑えるこ
とができ、生産性が向上する。さらには、接続パッドの
数が減少するとともに、微細な周辺回路を形成すること
が可能となるために、表示領域の外周部の面積が小さく
なるため、有効表示面積の割合を大きくすることができ
る。

【００７２】図１８を用いて、このような液晶表示装置
の実施形態を説明する。

【００７３】導電性の金属線１０５ｂとしては低抵抗な
Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Τａ、Αｕ線などを使用する。金属線
１０５ｂ上に順次ゲート絶縁膜１０７、半導体層１０
８、コンタクト層１０９とソース・ドレイン電極材料１
０６ａを金属線１０５ｂを覆うように形成する。ゲート
絶縁膜１０７としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
などを、半導体層１０８としてはａ−Ｓｉ：Η膜やポリ
シリコン膜などを用いればよい。

【００７４】また、コンタクト層１０９としては例えば
Ｐ（リン）をドープしたａ−Ｓｉ：Ｈを用いればよい。
これらをエッチングすることにより、図１９に示したよ
うな薄膜トランジスタ１０４を形成することができる。

【００７５】上記のような方法で形成した薄膜トランジ
スタ１０４を複数個形成した金属線１０５ｂを溝付きの
アレイ基板１０１に行方向に埋め込む。この際、金属線
１０５ｂ上の薄膜トランジスタ１０４の数は作成しよう
とする液晶表示装置の行方向の画素の数と等しく、また
画素電極１０３のピッチに適合するように等間隔で形成
されている必要がある。また、薄膜トランジスタ１０４
が等間隔に形成されている部分の外側は金属線１０５ｂ
上に絶縁膜１０７や半導体層１０８、コンタクト層１０
９が残らないようにエッチングしておく必要がある。埋
め込んだ薄膜トランジスタに表示用の画素電極１０３を
形成し、埋め込んだ金属線１０５ｂに対して列方向にソ
ース・ドレイン電極１０６ａを形成し、アクティブマト
リクス型のアレイ基板１０１を形成する。金属線１０５
ｂはゲート電極の役割を果たし、薄膜トランジスタ１０
４のオン・オフを制御する。そして、この薄膜トランジ
スタ１０４は、画素電極に電圧を印可するスイッチング
トランジスタの役割を果たす。ソース・ドレイン電極１
０６ａを形成する際に、同時に信号線１０６ｂと周辺回
路１１２を接続するための信号線側の接続パッド１１０
ｂを形成する。アレイ基板１０１の周辺に配固したＳｉ
などの耐熱性の高い不透明な材料からなる周辺基板１１
２の上にゲート線側の接続パッド１１０ａを配置し、接
続パッド１１０ａ上において金属線１０５ｂと周辺回路
１１１との電気的接続を取る。周辺回路１１１と接続パ
ッド１１０ａは同一工程によって形成することも可能で
ある。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、光が照射されたと
き内層と外層との間に電位差を生じるように線状の導電
性線材料を中心軸として同軸状に積層された複数の半導
体層を積層して光電変換素子を形成することにより、導
電性の線状材料に対して、光収集を３６０゜にすること
が可能になる。さらに、線状であるために任意の形状を
取ることができる。線状材料上に太陽電池を形成するた
めに光電変換素子、太陽電池のロール・ツー・ロールで
の製造を実現し、大面積を容易に実現することができ
る。

【００７７】したがって、太陽電池をはじめとして、光
電変換素子の利用分野を大きく拡大することができる。
また、従来の光電変換素子と比べて集光可能な光の角度
が増加し、実質的に光電変換効率を向上することができ
る。

【００７８】また、本発明の光電変換素子を複数並列配
置することによって大面積の光電変換素子を容易に得る
ことができる。また、直列接続することによってより大
きな起電力を得ることができる。

【００７９】さらに本発明の光電変換素子は、従来のよ
うにガラスやプラスティックなどの基板上に半導体層を
積層成膜する構成ではないから、例えば製造プロセスの
最高温度を自由に設定できるなど、製造プロセスの温度
条件の制約が非常に小さくなり、生産性を向上すること
ができる。また、製造装置についても大型化する必要が
なく、ロール・ツー・ロールで製造することができる。
したがって製造コストを低減することができる。

【００８０】また、上述したような構成を備えた液晶表
示装置によれば、金属配線と周辺回路の電気的接続部の
数を少なくすることができるために、接続部分での不良
を抑えることができ、生産性を向上することができる。

【００８１】さらには、接続パッドの数が減少するとと
もに、微細な周辺回路を形成することが可能となるため
に、表示領域の外周部の面積が小さくなるため、有効表
示面積の割合を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電変換素子の構造の例を概略的に示
す図。

【図２】図１の光電変換素子の断面構造を概略的に示す
図。

【図３】本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した例
を示す図。

【図４】本発明の光電変換素子の構造の別の例を概略的
に示す図。

【図５】本発明の光電変換素子の構造のさらに別の例を
概略的に示す断面図。

【図６】本発明の光電変換素子の構造のさらに別の例を
概略的に示す図。

【図７】本発明の光電変換素子の製造方法の例を説明す
るための図。

【図８】本発明の光電変換素子を用いた太陽電池の構成
の例を概略的に示す図。

【図９】本発明の光電変換素子を用いた太陽電池の構成
の別の例を概略的に示す図。

【図１０】図１０は本発明の光電変換素子を適用した透
過型液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図。

【図１１】従来の光電変換素子の構造を概略的に示す
図。

【図１２】従来の液晶表示装置のアレイ基板の構成を概
略的に示す図、

【図１３】従来の液晶表示装置の部分拡大図。

【図１４】従来の液晶表示装置の薄膜トランジスタの断
面図。

【図１５】従来の液晶表示装置の概略構成を示す図。

【図１６】従来の液晶表示装置の薄膜トランジスタの断
面図。

【図１７】従来の液晶表示装置の薄膜トランジスタの断
面図。

【図１８】本発明の液晶表示装置の構成を概略的に示す
図。

【図１９】本発明の液晶表示装置に適用される薄膜トラ
ンジスタの断面図。

【符号の説明】

１１………第１の電極１２………ｎ型半導体層１３………ｉ型半導体層１４………ｐ型半導体層１５………第２の電極１５ｂ……第２の電極（スパイラル状）１６………反射防止膜１０１、１２１、１４１………アレイ基板１０２、１２２、１４２………表示領域１０３、１２３、１４３………画素電極１０４、１２４、１４４………薄膜トランジスタ１０５ａ、１２５ａ、１４５ａ………ゲート電極１０５ｂ、１２５ｂ、１４５ｂ………ゲート配線１０６ａ、１２６ａ、１４６ａ………ソース・ドレイン
電極１０６ｂ、１２６ｂ、１４６ｂ………信号線１０７、１２７、１４７………ゲート絶縁膜１０８、１２８、１４８………半導体層１０９、１２９、１４９………コンタクト層１１０ａ、１３０ａ、１５０ａ………第一の接続パッド１１０ｂ、１３０ｂ、１５０ｂ………第二の接続パッド１１１、１３１、１５１………周辺基板１１２、１３２、１５２………周辺回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状の導電性材料からなる第１の電極
と、光が照射されたとき内層と外層との間に電位差を生じる
ように前記第１の電極を軸として同軸状に積層された半
導体層と、この半導体層上の前記第１の電極と対向する側に形成さ
れた第２の電極とを具備したことを特徴とする光電変換
素子。