JP2001250971A - 太陽電池とその製造方法及びそれを用いた時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池の発電効率を向上させる。 【解決手段】 透明基板表面に凹凸を形成すると、透明
基板側から入射した光は、凹凸の斜面で屈折、反射を繰
り返し、その進行方向が変わる。凹凸面で反射された光
の一部は、単純に透明基板の外に出るのではなく、屈
折、反射を繰り返して進行方向が変わり、発電層の方向
に進行するようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の一次電
池としての太陽電池の構成に関するものであり、特に時
計を駆動させるための太陽電池の構成と、その製造方
法、および時計の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電池交換のわずらわしさを解消するため
や、地球環境を汚染しないクリーンエネルギー源とし
て、一次電池に太陽電池を使用している電子機器が増え
ている。しかしながら太陽電池が独特の濃紫色を呈する
ために、電子機器のデザインに制約を受けてしまう問題
点がある。

【０００３】電子機器として、時計を用いた例を説明す
る。太陽電池を時計の一次電池として用いる例が、たと
えば実開昭５７−２６０９０号に記載されている。ガラ
スからなる文字板の裏面に太陽電池を形成する構成にな
っている。しかしこのような構成では、太陽電池の色が
外から見えてしまうため、時計としての外観的な調和を
取ろうとすると、時計のデザインに大きな制約を受ける
ことになり、装飾品としての価値を落としてしまう。

【０００４】また、太陽電池の色を見えなくするため
に、太陽電池の受光面側を覆い隠す被覆部材を太陽電池
上に配置して、被覆部材を文字板にすることが提案され
ている。しかしながら、この被覆部材はセラミック材料
やプラスチック材料やガラスのように、透光性を有する
必要があり、金属などの透光性の低い材料は使えない。
したがって、時計のデザインに大きな制約を受けること
となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
課題を解決して、太陽電池素子の色が現れず、電子機器
の外観デザインに制約を与えない太陽電池構造と、その
製造方法と、それを用いた電子機器として時計の構造を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の太陽電池およびその製造方法は、下記記載
の手段を採用する。

【０００７】表面平滑な透明基板上に所定の範囲で、設
けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる発電層と
該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太陽電池素
子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を有し、全
面に透明保護膜を有する太陽電池であって、下部電極と
接する透明基板表面は凹凸面に形成されてなることを特
徴とする太陽電池を提供可能にする。

【０００８】さらに、表面平滑な透明基板上に所定の範
囲で、設けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる
発電層と該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太
陽電池素子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を
有し、全面に透明保護膜を有する太陽電池であって、前
記太陽電池素子は所定の間隔を有して線状に形成され、
下部電極と接する透明基板表面は凹凸面に形成されてな
ることを特徴とする太陽電池を提供可能にする。

【０００９】ここで、前記透明基板表面の凹凸面は、該
凹凸面の線幅が前記発電層の線幅とほぼ同じに形成され
てなることを特徴とする太陽電池を提供可能にする。

【００１０】また、前記透明基板表面の凹凸面は、該凹
凸面の線幅が前記発電層の線幅よりも片側０．５μ〜２
０μ広いことを特徴とする太陽電池を提供可能にする。

【００１１】表面平滑な透明基板上に所定の範囲で、設
けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる発電層と
該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太陽電池素
子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を有し、全
面に透明保護膜を有する太陽電池であり、前記太陽電池
素子は所定の間隔を有して線状に形成され、下部電極と
接する透明基板表面は凹凸面に形成されてなることを特
徴とする太陽電池の製造方法において、前記透明基板の
表面に凹凸状に凹凸面を形成する工程と、該凹凸面上に
下部電極を形成し発電層を形成しさらに上部電極を形成
する工程と、保護膜を形成する工程とを有することを特
徴とする太陽電池の製造方法を提供可能にする。

【００１２】さらに、前記凹凸面を形成する工程は、セ
ラミックス微粒子を前記透明基板上に吹き付ける乾式ブ
ラスト法、セラミックス微粒子と液体の混合物を前記透
明基板に吹き付ける湿式ブラスト法、あるいはエッチン
グ処理であることを特徴とする太陽電池の製造方法を提
供可能にする。ここで、凹凸面は、四角すいや円すいが
並んだような荒れた面を形成すれば足りる。

【００１３】上記、製造方法により、透明基板表面に凹
凸を形成することにより、透明基板側から入射した光
は、凹凸の斜面で屈折、反射を繰り返し、その進行方向
が変わる。凹凸面で反射された光の一部は、単純に透明
基板の外に出るのではなく、屈折、反射を繰り返して進
行方向が変わり、発電層の方向に進行するようになる。
すなわち、凹凸を形成することは、透明基板側から入射
した光の反射光量を低減し、発電層に入射する光の量を
増やす効果がある。したがって、太陽電池の発電効率が
向上することにつながる。

【００１４】また、凹凸面で屈折、反射されて散乱され
た光は、散乱を受けずに直進する光に比べ、複雑な経路
を通って発電層中を長い距離通過する。これにより、発
電層に吸収される光の量が増え、太陽電池の発電効率が
向上する。

【００１５】また、透明基板の表面全部に凹凸を形成す
るのではなく、線状に形成された下部電極の下に凹凸を
形成し、それ以外の下部電極のないところの透明基板表
面は平滑面であるので、凹凸面の面積に対し平滑面の面
積を十分に大きく取れば、透明基板の凹凸によるくもり
は目立たなくなる。したがって外観上、太陽電池全体の
くもりは肉眼で知覚されないないために、製品仕様を満
足させることになる。

【００１６】最後に、風防ガラスを有するケースと、指
針を駆動するムーブメントと、文字板を備え、風防ガラ
スと指針の間に、太陽電池を配置してなることを特徴と
する時計であって、前記太陽電池は、表面平滑な透明基
板上に所定の範囲で設けてなる下部電極と該下部電極上
に設けてなる発電層と該発電層上に設けてなる上部電極
とからなる太陽電池素子と、当該太陽電池素子に接続す
る共通電極と、全面に透明保護膜を有する太陽電池であ
り、前記太陽電池素子は所定の間隔を有して線状に形成
され、下部電極と接する透明基板表面は凹凸面状に形成
されてなることを特徴とする太陽電池を用いた時計を提
供することが可能となる。

【００１７】以上、述べてきたように、本発明の一つの
態様として太陽電池素子を線状に形成し、それを所定の
間隔で並べた構成では、太陽電池素子の線幅、太陽電池
素子同士の間隔、面積によっては、太陽電池の色の見え
方が変化する。太陽電池素子を透明基板上に並べる間隔
に対し、線状に形成された太陽電池素子の線幅を充分に
小さくすることによって、太陽電池素子の発電層の色
を、肉眼で知覚できなくすることが可能となる。

【００１８】したがって、太陽電池全体を外観上、ほぼ
無色透明にすることができ、かつ、発電効率も確保され
ることとなるために、効率のよい時計並びに太陽電池を
提供することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
するための最良な形態における太陽電池の構造について
説明する。

【００２０】本実施の形態では、電子機器として時計を
想定し、時計を駆動するに最良の太陽電池構造を説明す
る。さらに、太陽電池素子とは、下部電極と発電層と上
部電極とが順次積層され、かつ線状に形成された各々の
単位を太陽電池素子とする。また、太陽電池とは、透明
基板とその上に形成された複数の太陽電池素子と複数の
共通電極と複数の共通電極と出力端子の全体的構成物を
指すこととする。具体的には、風防ガラスを有するケー
スと、指針を駆動するムーブメントと、文字板を備え、
風防ガラスと指針の間に、太陽電池を配置してなること
を特徴とする時計であって、前記太陽電池は、表面平滑
な透明基板上に所定の範囲で設けてなる下部電極と該下
部電極上に設けてなる発電層と該発電層上に設けてなる
上部電極とからなる太陽電池素子と、当該太陽電池素子
に接続する共通電極と、全面に透明保護膜を有する太陽
電池であり、前記太陽電池素子は所定の間隔を有して線
状に形成され、下部電極と接する透明基板表面は凹凸面
状に形成されてなることを特徴とする時計を提供するこ
とができる。以下に説明していく。

【００２１】（第１の実施形態の太陽電池構造の説明：
図１、図３）太陽電池構造を図１と図３を用いて説明す
る。図３は本発明の実施形態の太陽電池を示す平面図で
ある。

【００２２】図３において太陽電池は、円盤状の形状を
した透明基板１１と、複数の円弧状の共通電極と、複数
の線状の太陽電池素子と、複数の共通電極と、出力端子
から構成されている。共通電極３１は透明基板１１の円
周に沿って配置されており、かつ４分割されている。共
通電極３１の内側の円内には、複数の線状の太陽電池素
子３２が並んで配置されている。図３において線状の太
陽電池素子３２は、構成を明確にするために１２本図示
してあるが、実際は１００本以上存在する。

【００２３】そして隣り合った一対の太陽電池素子３２
ａ、３２ｂは、同じ長さで同じ面積であり、それぞれ別
の共通電極３１ａ、３１ｄに接続されている。また他の
隣り合った一対の太陽電池素子も同様に、それぞれ別の
共通電極３１に接続されている。このように、それぞれ
の共通電極３１には複数本の太陽電池素子が電気的に並
列に接続される。そして、それぞれの共通電極３１に接
続された太陽電池素子３２の面積の合計は等しくなるよ
うに構成されている。これは、各共通電極３１に接続さ
れた太陽電池素子３２の発電量を等しくするためであ
る。

【００２４】さらに、それぞれの共通電極３１は共通電
極３３によって、電気的に直列に接続されている。出力
は出力端子３５ａと３５ｂから得られる。このように、
本実施形態の太陽電池は、直列４段の出力が得られ、時
計を駆動するに充分な電力が得られる構成となってい
る。

【００２５】図１は図３のＡ−Ａ線における断面図であ
る。図１において、太陽電池素子３２は、透明基板１１
上に線状にバターニングして形成された下部電極１２
と、下部電極１２と同じ線幅にパターニングして形成さ
れた発電層１３と、発電層１３と同じ線幅にパターニン
グして形成された上部電極１４から構成される。そして
太陽電池素子３２が複数本形成された透明基板１１の上
に、透明保護膜１６が形成されている構成となってい
る。

【００２６】ここで、透明基板１１はガラスであり、下
部電極１２と上部電極１４は酸化インジウムスズ（以下
ＩＴＯと記載）からなっている。発電層１３は、アモル
ファスシリコンであり、透明基板１１側から５〜２０ｎ
ｍのｐ型と、１００〜１０００ｎｍのｉ型と、１０〜１
００ｎｍのｎ型の積層されたダイオード構造となってい
る。また、透明保護膜１６は、シリコン樹脂である。

【００２７】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、線状に形成された太陽電池素子３２の線幅を充分
に小さくし、太陽電池素子３２の面積を小さくすること
によって、太陽電池素子の発電層の色が肉眼で知覚でき
なくなる。透明基板１１には、下部電極１２とほぼ等し
い線幅で、凹凸面１１ａが形成されている。この凹凸面
１１ａの表面粗さは０．５μ〜１０μの範囲であれば良
い。下限は、発電に寄与する波長と同程度であり、上限
は凹凸が肉眼で知覚できない範囲である。

【００２８】また太陽電池素子３２は、下部電極１２と
発電層１３と上部電極１４を合わせて、３００ｎｍ〜１
５００ｎｍの膜厚で形成されているので、下部電極の表
面１２ａの形状ならびに上部電極の表面１４ａの形状
は、透明基板の凹凸面１１ａの形状どおりの凹凸とな
る。

【００２９】本実施形態の太陽電池に、透明基板側から
光を入射させて、起電力を得る場合、透明基板１１側か
ら入射した光は、透明基板の凹凸面１１ａと下部電極１
２の２箇所で散乱され、反射光が低減して発電層に入射
する光量が増える効果、および光路長の増大により発電
層中をより多くの光が通過する効果により、太陽電池の
発電効率が向上する。

【００３０】以下、図４に示す発電特性のグラフを用い
て説明する。本実施形態の太陽電池の発電特性を曲線４
２に示す。また、比較例として、透明基板１１に凹凸面
を形成しない場合の発電特性を曲線４１に示してある。
曲線４１と曲線４２の違いは、透明基板１１の凹凸面の
有無だけであり、発電層の線幅や膜厚は同じである。

【００３１】このときの太陽電池素子３２は、透明基板
１１側より、ｐｉｎ型ダイオード構造となっていて膜厚
はそれぞれｐ型１０ｎｍ、ｉ型５００ｎｍ、ｎ型２０ｎ
ｍである。太陽電池素子３２の線幅は、１０μであり、
太陽電池素子３２の間隔は１００μである。下部電極１
２は膜厚１００ｎｍのＩＴＯであり、また上部電極１４
も膜厚１００ｎｍのＩＴＯである。

【００３２】図４から明らかなように、透明基板１１に
凹凸面１１ａを形成することにより、発電特性の特に電
流値が向上する。また、本実施形態の太陽電池に、素子
形成面から光を入射させて、起電力を得る場合、上部電
極１４側から入射した光は、凹凸形状の上部電極１４で
散乱され、反射光が低減して発電層に入射する光量が増
える効果、および光路長の増大により発電層中をより多
くの光が通過する効果により、太陽電池の発電効率が向
上する。

【００３３】本実施形態の太陽電池の平面構造を、再び
図３を用いて詳しく説明する。時計を駆動するに充分な
発電量を確保するためには、複数本の太陽電池素子の面
積を大きくする必要があり、そのためには線幅を広くす
る、あるいは本数を増やすことが有効である。しかしな
がら極端に線幅を広くしたり、本数を増やすと、外観上
発電層の色が見えてしまう。

【００３４】実験によれば、図３の形状の太陽電池で、
通常の蛍光灯の照度５００ｌｘで時計を駆動させさせる
に充分な発電量が得られ、かつ外観上発電層の色が肉眼
で知覚できないようにするには、φ３０の透明基板で、
太陽電池素子３２ａの線幅が５μ〜２０μ、隣り合った
太陽電池素子同士の間隔が１００μ〜８０μであった。
このとき透過率は７０％以上であった。

【００３５】共通電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ
も下部電極１２、発電層１３、上部電極１４が積層され
た断面構造を有している。そして共通電極３１の幅は２
００μ〜７００μと、太陽電池素子３２よりもかなり広
くなっている。これは、複数の太陽電池素子を並列に接
続するために、抵抗値が低い必要があるからである。し
かしながら、このように線幅を広くすると、外観上はっ
きりと発電層の色が見えてしまう。そこで、実際に電子
機器に組み込むときは、電子機器のケースで共通電極を
隠し、目に触れないようにする必要がある。

【００３６】このように、共通電極３１ａ、３１ｂ、３
１ｃ、３１ｄの発電層１３は、電子機器のケースに隠れ
て、発電を行わないので、共通電極の下の透明基板は凹
凸面であっても、平滑面であっても良い。

【００３７】さらに、共通電極３１ａの上部電極１４の
表面と、共通電極３１ｂの下部電極１２の表面にまたが
るように、共通電極３３ａを形成し、接続する。他の共
通電極３３ｂ、３３ｃも、上部電極１４の表面と下部電
極１２の表面を接続する。

【００３８】共通電極３３の材質は、共通電極３３と下
部電極１２の接触、ならびに共通電極３３と上部電極１
４の接触において、接触抵抗が小さく、また半導体接触
しないことが望ましい。その観点から共通電極３３の材
料は、導電性材料であるカーボンペーストを用いる。

【００３９】（第１の実施形態の製造方法の説明）つぎ
に本実施形態の太陽電池構造を形成するための製造方法
であるが、透明基板の表面に凹凸状に凹凸面を形成する
工程と、該凹凸面上に下部電極を形成し発電層を形成し
さらに上部電極を形成する工程と、保護膜を形成する工
程とを有することを特徴とし、以下に図６と図７と図８
と図９と図１０を用いて説明する。

【００４０】まず、透明基板の表面に凹凸状に凹凸面を
形成する工程であるが、透明基板１１は透光性があり、
かつ絶縁であることが望ましいため、ガラスを用いる。
そして、図６に示すように、透明基板１１上に、形成し
たい太陽電池素子と逆のパターンに、感光性ドライフィ
ルム６１をフォトリソ工程により形成する。

【００４１】そして、乾式ブラスト法によりセラミック
ス微粒子を透明基板１１に吹き付け、透明基板１１の表
面に凹凸を形成する。このときの砥粒の大きさは３μ〜
５μの炭化珪素セラミックスであり、凹凸面１１ａはＲ
ａ５μになる。

【００４２】また、乾式ブラスト法などで透明基板１１
に凹凸面を形成するときに、感光性ドライフィルム６１
の、セラミックス微粒子への耐性が低い場合はパターン
が崩れてしまうときがある。そのようなときは、感光性
ドライフィルム６１の代わりに、同じ形状に形成した金
属膜や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用
いても良い。

【００４３】つぎに、凹凸面上に下部電極を形成し発電
層を形成しさらに上部電極を形成する工程の説明である
が、図７に示すように、感光性ドライフィルム６１を剥
離し、透明基板１１全面に下部電極１２としてＩＴＯ
を、スパッタ法により膜厚１００ｎｍ形成する。

【００４４】このときのスパッタ条件は、スパッタリン
グ装置内に１００ｓｃｃｍのアルゴンガスと２ｓｃｃｍ
の酸素ガスを導入し、圧力を７０ｍＰａ〜４Ｐａに調整
して、ＩＴＯターゲットに０．５〜３ｋＷの高周波電力
を印加する。

【００４５】さらに、下部電極１２の上にフォトレジス
ト６３を形成し、太陽電池素子のパターンにパターニン
グする。つぎに図８に示すように、フォトレジスト６３
をマスクパターンとして下部電極１２をドライエッチン
グする。

【００４６】このときのドライエッチング条件は、ドラ
イエッチング装置内に臭化水素ガスを１００ｓｃｃｍ導
入し、圧力を１Ｐａ〜１０Ｐａに調整して、透明基板１
１に１ｋＷ〜３ｋＷの高周波電力を印加する。

【００４７】その後、フォトレジスト６３を剥離する。
つぎに図９に示すように、発電層１３としてアモルファ
スシリコンを、透明基板１１側からｐｉｎ型ダイオード
構造になるように、プラズマＣＶＤ法により形成する。

【００４８】このときのｐ型のアモルファスシリコンの
形成条件は、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス１００
ｓｃｃｍと０．１ｓｃｃｍ〜１ｓｃｃｍのジボランガス
を導入し、圧力を５０Ｐａ〜３００Ｐａに調整し、対向
電極に５０Ｗ〜３００Ｗの高周波電力を印加する。そし
て膜厚１０ｎｍ形成する。

【００４９】ｉ型のアモルファスシリコンの形成条件
は、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス１００ｓｃｃｍ
を導入し、圧力を５０Ｐａ〜３００Ｐａに調整し、対向
電極に５０Ｗ〜３００Ｗの高周波電力を印加する。そし
て膜厚５００ｎｍ形成する。

【００５０】ｎ型のアモルファスシリコンの形成条件
は、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス１００ｓｃｃｍ
と０．１〜１ｓｃｃｍのホスフィンガスを導入し、圧力
を５０Ｐａ〜３００Ｐａに調整し、対向電極に５０Ｗ〜
３００Ｗの高周波電力を印加する。そして膜厚２０ｎｍ
形成する。

【００５１】さらに上部電極１４としてＩＴＯを、スパ
ッタ法により膜厚１００ｎｍ形成する。このときのスパ
ッタ条件は、スパッタリング装置内に１００ｓｃｃｍの
アルゴンガスと２ｓｃｃｍの酸素ガスを導入し、圧力を
７０ｍＰａ〜４Ｐａに調整して、ＩＴＯターゲットに
０．５〜３ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５２】さらに上部電極１４の上に、フォトレジス
ト６５を形成し、太陽電池素子のパターンにパターニン
グする。つぎに、図９に示すように、フォトレジスト６
５をマスクパターンとして、上部電極１４と発電層１３
を連続的にドライエッチングする。

【００５３】このときの上部電極１４であるＩＴＯのド
ライエッチング条件は、ドライエッチング装置内に１０
０ｓｃｃｍの臭化水素ガスを導入し、圧力を１Ｐａ〜１
０Ｐａに調整して、透明基板１１に１ｋＷ〜３ｋＷの高
周波電力を印加する。

【００５４】発電層１３であるアモルファスシリコンの
ドライエッチング条件は、ドライエッチング装置内に１
００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの六フッ化イオウガス
と、１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの塩素ガスを導入
し、圧力を０．５Ｐａ〜２０Ｐａに調整して、透明基板
１１に１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５５】さらにフォトレジスト６５を剥離した後、
各共通電極３１を、共通電極３３である導電性を有する
カーボンペーストで接続する。

【００５６】最後に、保護膜を形成する工程については
図１に示すように、透明保護膜１６としてシリコン樹脂
を形成して、太陽電池が完成する。なお、この透明保護
膜１６は省略することもできる。

【００５７】（第１の実施形態の第１の変形例の説明）
第１の実施形態の太陽電池に、透明基板１１側から光を
入射させて、起電力を得る場合、上部電極１４は光透過
性のない金属膜でも良く、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ
のＴｉ膜でもよい。

【００５８】なお、太陽電池の平面形状は第１の実施形
態と全く同じであるので説明を省略する。また、発電層
の色が見えなくなる作用効果も同じであるので説明を省
略する。

【００５９】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、上部電極１４の幅を充分に小さくすれば、上部電
極１４の金属色は肉眼で知覚できなくなる。

【００６０】また、発電層１３に入射した光のうち、発
電層１３で吸収されずに上部電極１４まで到達した光
が、上部電極１４で反射されて、再び発電層１３を通過
するので、発電層１３での光の吸収量が多くなり、さら
に発電効率が向上する。

【００６１】また、上記構造の製造方法と、第１の実施
形態の製造方法の違いは、上部電極１４をＴｉ膜に変え
ることと、エッチング条件をアモルファスシリコンと同
じ条件で行うことである。それ以外の工程は、第１の実
施形態の製造方法と同じであるので説明を省略する。

【００６２】（第１の実施形態の第２の変形例の説明）
第１の実施形態の太陽電池に、素子形成面側から光を入
射させて、起電力を得る場合、下部電極１２は光透過性
のない金属でも良く、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍのＴ
ｉ膜でもよい。

【００６３】なお、太陽電池の平面形状は第１の実施形
態と全く同じであるので説明を省略する。また、発電層
の色が見えなくなる作用効果も同じであるので説明を省
略する。

【００６４】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、下部電極１２の線幅を充分に小さくすれば、下部
電極１２の金属色は肉眼で知覚できなくなる。

【００６５】また、発電層１３に入射した光のうち、発
電層１３で吸収されずに下部電極１２まで到達した光
が、下部電極１２で反射されて、再び発電層１３を通過
するので、発電層１３での光の吸収量が多くなり、さら
に発電効率が向上する。

【００６６】また、上記構造の製造方法と、第１の実施
形態の製造方法の違いは、下部電極１２をＴｉ膜に変え
ることと、エッチング条件をアモルファスシリコンと同
じ条件で行うことである。それ以外の工程は、第１の実
施形態の製造方法と同じであるので説明を省略する。

【００６７】（第２の実施形態の太陽電池構造の説明：
図２）つぎに以上の説明と異なる実施形態の太陽電池の
構造を、図２を用いて説明する。なお、太陽電池の平面
形状は第１の実施形態と全く同じであるので説明を省略
する。

【００６８】図２において、第１の実施形態の発明との
違いは、透明基板の凹凸面１１ａの幅が、下部電極１２
および発電層１３および上部電極１４の幅よりも広いこ
とである。

【００６９】図２において太陽電池素子は、透明基板１
１上に線状にバターニングして形成された下部電極１２
と、下部電極１２と同じ線幅でパターニングして形成さ
れた発電層１３と、発電層１３と同じ線幅でパターニン
グして形成された上部電極１４から構成される。そして
太陽電池素子３２が複数本形成された透明基板１１の上
に、透明保護膜１６が形成されている構成となってい
る。

【００７０】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、線状に形成された太陽電池素子３２の線幅を充分
に小さくし、太陽電池素子３２の面積を小さくすること
によって、太陽電池素子の発電層の色が肉眼で知覚でき
なくなる。

【００７１】また、本実施形態では、透明基板の凹凸面
１１ａと発電層１３は同じ線幅でなく、透明基板の凹凸
面１１ａの線幅を発電層１３の線幅よりも広くする構造
になっていために太陽電池の発電効率が向上する。以下
にこの理由を説明する。

【００７２】本実施形態の太陽電池に、透明基板１１側
から光を入射させて、起電力を得る場合、透明基板１１
側から入射した光のうち、発電層１３のないところを通
過する光であっても、透明基板の凹凸面１１ａで屈折、
多重反射により散乱して、発電層１３の側面１３ａから
発電層１３に入射させることができる。下部電極１２か
ら入射する光と、発電層の側面１３ａから入射する光の
両方で発電するので、太陽電池の効率が向上する。

【００７３】以下、図５に示す発電特性のグラフを用い
て説明する。本実施形態の太陽電池の発電特性を曲線５
２に示す。また、第１の実施形態の発電特性を曲線５１
に示してある。

【００７４】太陽電池素子３２の線幅は、１０μであ
り、太陽電池素子３２の間隔は１００μである。そして
透明基板１１の凹凸面１１ａの線幅は、２０μと、片側
５μづつ広くなっている。下部電極１２は膜厚１００ｎ
ｍのＩＴＯであり、また上部電極１４も膜厚１００ｎｍ
のＩＴＯである。また太陽電池素子３２は、透明基板１
１側より、ｐｉｎダイオード構造となっていて膜厚はそ
れぞれｐ：１０ｎｍ、ｉ：５００ｎｍ、ｎ：２０ｎｍで
ある。

【００７５】図５から明らかなように、透明基板１１の
凹凸面１１ａの線幅を発電層１３の線幅よりも広くする
と、発電層１３のないところに入射した光の一部が、凹
凸面１１ａで散乱されて、発電層１３の側面１３ａより
入射する効果により、発電層１３で吸収される光量が増
えて特性が向上する。

【００７６】本実施形態の太陽電池に、素子形成面側か
ら光を入射させて、起電力を得る場合、発電層１３のな
いところに当たった光であっても、透明基板の凹凸面１
１ａで反射により散乱して、発電層１３の側面１３ａか
ら発電層１３に入射させることができる。上部電極１４
から入射する光と、発電層の側面１３ａから入射する光
の両方で発電するので、太陽電池の効率が向上する。

【００７７】この凹凸面１１ａの表面粗さは０．５μ〜
１０μの範囲であれば良い。下限は、発電に寄与する波
長と同程度であり、上限は凹凸が肉眼で知覚できない範
囲である。

【００７８】この透明基板の凹凸面１１ａの線幅は、発
電層１３の線幅よりも片側で０．２μ〜２０μ広くす
る。０．２μよりも小さいと、光の散乱がほとんどな
く、発電層１３の側面入射効果が現れない。また、片側
で２０μよりも大きい場合は、凹凸面１１ａのくもりが
外観上目立ってしまう。

【００７９】凹凸面１１ａの線幅に対し平滑面１１ｂの
幅を充分に大きくすると、透明電極１１の凹凸によるく
もりが目立たなくなる。したがって外観上太陽電池全体
のくもりが見えることはない。

【００８０】また、本実施形態の構造の製造方法と、第
１の実施形態の製造方法の違いは、図６に示すドライフ
ィルム６１のパターン幅を太陽電池素子３２よりも広く
して、透明基板１１に太陽電池素子の線幅よりも広い凹
凸面１１ａを形成することである。それ以外の工程は第
１の実施形態の製造方法と同じであるので、説明を省略
する。

【００８１】（第２の実施形態の第１の変形例の説明）
第２の実施形態の太陽電池に、透明基板１１側から光を
入射させて、起電力を得る場合、上部電極１４は光透過
性のない金属膜でも良く、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ
のＴｉ膜でもよい。

【００８２】なお、太陽電池の平面形状は第１の実施形
態と全く同じであるので説明を省略する。また、発電層
の色が見えなくなる作用効果も同じであるので説明を省
略する。

【００８３】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、上部電極１４の幅を充分に小さくすれば、外観
上、上部電極１４の金属色は肉眼で知覚できなくなる。

【００８４】透明基板１１側から入射した光のうち、発
電層１３のないところを通過する光であっても、透明基
板の凹凸面１１ａで屈折、多重反射により散乱して、発
電層１３の側面１３ａから発電層１３に入射させること
ができる。下部電極１２から発電層１３に入射する光
と、発電層の側面１３ａから入射する光の両方で発電す
るので、太陽電池の効率が向上する。

【００８５】また、発電層１３に入射した光のうち、発
電層１３で吸収されずに上部電極１４まで到達した光
が、上部電極１４で反射されて、再び発電層１３を通過
するので、発電層１３での光の吸収量が多くなり、さら
に発電効率が向上する。

【００８６】また、上記構造の製造方法と、第２の実施
形態の製造方法の違いは、上部電極１４をＴｉ膜に変え
ることと、エッチング条件をアモルファスシリコンと同
じ条件で行うことである。それ以外の工程は、第２の実
施形態の製造方法と同じであるので説明を省略する。

【００８７】（第２の実施形態の第２の変形例の説明）
第２の実施形態の太陽電池に、素子形成面側から光を入
射させて、起電力を得る場合、下部電極１２は光透過性
のない金属でも良く、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍのＴ
ｉ膜でもよい。

【００８８】なお、太陽電池の平面形状は第１の実施形
態と全く同じであるので説明を省略する。また、発電層
の色が見えなくなる作用効果も同じであるので説明を省
略する。

【００８９】隣り合った太陽電池素子３２同士の間隔に
対し、下部電極１２の線幅を充分に小さくすれば、外観
上、下部電極１２の金属色は肉眼で知覚できなくなる。

【００９０】発電層１３のないところに当たった光であ
っても、透明基板の凹凸面１１ａで反射により散乱し
て、発電層１３の側面１３ａから発電層１３に入射させ
ることができる。上部電極１４から発電層１３に入射す
る光と、発電層の側面１３ａから入射する光の両方で発
電するので、太陽電池の効率が向上する。

【００９１】また、発電層１３に入射した光のうち、発
電層１３で吸収されずに下部電極１２まで到達した光
が、下部電極１２で反射されて、再び発電層１３を通過
するので、発電層１３での光の吸収量が多くなり、さら
に発電効率が向上する。

【００９２】また、上記構造の製造方法と、第２の実施
形態の製造方法の違いは、下部電極１２をＴｉ膜に変え
ることと、エッチング条件をアモルファスシリコンと同
じ条件で行うことである。それ以外の工程は、第２の実
施形態の製造方法と同じであるので説明を省略する。

【００９３】次に、本発明の太陽電池を使用した電子機
器として、時計の構造について図１から図３と図１１、
図１２を参照しながら説明する。

【００９４】図１１に示すように、透明ガラスやサファ
イアから構成する風防ガラス８３を設ける時計ケース８
５内に、ムーブメント８７を設ける。このムーブメント
８７は指針８９を駆動する。

【００９５】このムーブメント８７内には、図１１には
図示しないが、太陽電池の起電力を貯蔵する二次電池
や、時間基準源である水晶振動子や、水晶振動子の発振
周波数をもとに時計を駆動する駆動パルスを発生する半
導体集積回路や、この駆動パルスを受けて駆動するステ
ップモーターや、ステップモーターの動きを指針に伝達
する輪列機構などを設けている。

【００９６】時計ケース８５には、樹脂材料からなる第
２のパッキング９９を介して、風防ガラス８３を取りつ
け、時計内にチリやホコリや水分の侵入を防止する気密
密閉構造にしている。

【００９７】さらに時計ケース８５の風防ガラス８３と
反対側の面に溝を設け、その溝内にゴム材料からなる第
１のパッキング９７を設ける。そして裏蓋９５と時計ケ
ース８５との間に配置する第１のパッキング９７によっ
て、時計内にチリやホコリや水分の侵入を防止する気密
密閉構造にしている。

【００９８】そして時計の時刻表示手段として文字板８
１は、ムーブメント８７の上に配置する。

【００９９】中枠９３はムーブメント８７と文字板８１
とを時計ケース８５に保持する働きを持ち、中枠９３は
樹脂材料で構成する。そして時計ケース８５の開口内に
中枠９３を介して、文字板８１とムーブメント８７とを
収納する。

【０１００】そして文字板８１とムーブメント８７とを
保持する中枠９３の、風防ガラス８３と反対側の端面領
域を裏蓋９５で押圧することにより、見きり９１と時計
ケース８５に文字板８１を押しつけるように接触させて
いる。

【０１０１】見きり９１は文字板８１の外周領域を覆い
隠す、時計の化粧板としての役割を持つ。そしてこの見
きり９１は、時計ケース８５と異なる材料で構成した
り、見きり９１の表面をダイヤモンド工具を用いて研削
加工して、その表面を鏡面状態にして、装飾品としての
時計の価値を高めている。

【０１０２】そして、風方ガラス８３と指針８９の間
に、本発明の太陽電池（図１、図３）をスペーサー９０
を介して取りつける。このとき、太陽電池素子３２を下
向きにして、透明基板１１側から光が入射して起電力を
発生させるようにする。また、共通電極３１はスペーサ
ー９０の下に配置されるので、外から見えることはな
い。

【０１０３】見きり９１には、透明基板１１の板厚とス
ペーサー９０の板厚の合計と同じ寸法の段差を設け、こ
の見きり９１の段差に透明基板１１とスペーサー９０を
落とし込むように収納している。そして見きり９１で、
透明基板１１とスペーサー９０を風防ガラス８３に押し
つける構成になっている。

【０１０４】なお、図１１には図示していないが、太陽
電池の出力端子３５ａ、３５ｂとムーブメント８７は電
気的に接続されている。

【０１０５】本実施形態の太陽電池は、発電層１３の色
が肉眼で知覚できず、外観上無色透明であるので、図１
１の構成で時計に組みこんでも、時計の外観やデザイン
に何ら影響を与えない。したがって時計の見栄えが悪く
なることはない。

【０１０６】スペーサー９０によってつくられる、風防
ガラス８３と透明基板１１の間のすきまは、透明な樹脂
や透明な接着剤で埋めてもよい。また、スペーサー９０
を設けずに、風防ガラス８３と透明基板１１直接当たる
ように構成してもよい。さらに、時計の内部は気密密閉
構造であるので、太陽電池の透明保護膜１６は、省略し
てもよい。

【０１０７】また、図１２に示すように、太陽電池素子
３２が上向きになるように構成してもよい。このときは
太陽電池素子３２の上部電極１４側から光が入射して起
電力を発生させる。

【０１０８】また、別の時計の構成例を図１から３と図
１３、図１４を参照して説明する。図１３に示す様に文
字板８１と指針８９の間に、本発明の太陽電池をスペー
サー９０を介して取りつける。このとき、太陽電池素子
３２を下向きにして、透明基板１１側から光が入射して
起電力を発生させる。そして、図１３には図示していな
いが、共通電極３１はスペーサー９０の下に配置される
ので、外から見えることはない。

【０１０９】見きり９１には、透明基板１１の板厚とス
ペーサー９０の板厚の合計と同じ寸法の段差を設け、こ
の見きり９１の段差に透明基板１１とスペーサー９０を
収納している。そして見きり９１で、透明基板１１とス
ペーサー９０を文字板８１に押しつける構成になってい
る。なお、図１３には図示していないが、太陽電池の出
力端子３５ａ、３５ｂとムーブメント８７は電気的に接
続されている。

【０１１０】文字板８１と指針８９の間に取りつけると
きは、風方ガラス８３と指針８９の間に取りつけるとき
と異なり、指針８９を駆動する軸を通すための穴をあけ
る。

【０１１１】本発明の太陽電池は、発電層１３の色が肉
眼で知覚できず、外観上無色透明であるので、図１３の
構成で時計に組みこんでも、時計の外観やデザインに何
ら影響を与えない。したがって時計の見栄えが悪くなる
ことがない。

【０１１２】スペーサー９０によってつくられる、文字
板８１と透明基板１１の間のすきまは、透明な樹脂や透
明な接着剤で埋めてもよい。また、スペーサー９０を設
けずに、文字板８１と透明基板１１が直接当たるように
構成してもよい。さらに、時計の内部は気密密閉構造で
あるので、太陽電池の透明保護膜１６は、省略してもよ
い。

【０１１３】また、図１４に示すように、太陽電池素子
３２が上向きになるように構成してもよい。このときは
太陽電池素子３２の上部電極１４側から光が入射して起
電力を発生させる。

【０１１４】以上の説明において本発明の太陽電池は、
４段の直列接続で説明したが、４段に規制されるもので
はなく、使用する電子機器を駆動するのに十分な電圧、
電流が得られれば、何段でも良い。

【０１１５】使用する電子機器の機密性が高く、水分や
ほこりが侵入しなければ、太陽電池の透明保護膜１６は
なくてもよい。

【０１１６】透明基板はガラスで説明したが、絶縁性が
あれば透明な樹脂でも良い。透明な樹脂としては、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリスチレンなどが挙げられ
る。

【０１１７】下部電極１２および上部電極１４は、透明
な電極としては、ＩＴＯに限らずＳｎＯ２、ＺｎＯなど
でもよい。また発電層１３としては、多結晶シリコン、
ｃｄＳｅなどでもよい。また共通電極はカーボンペース
トに限らず、ＴｉやＮｉなどの金属膜でも良い。また透
明保護膜１６は、ポリエチレンなどの透明な樹脂、Ｓｉ
Ｏ２などの透明な酸化物、Ｓｉ３Ｎ４などの透明な窒化
物でもよい。

【０１１８】透明基板１１に凹凸を形成する方法は、乾
式ブラスト法以外に、セラミックス微粒子を水などの液
体とともに吹き付ける湿式ブラスト法でもよい。また、
フッ化アンモニウムを用いたウェットエッチング法や、
エッチングガスとして六フッ化イオウをを用いたドライ
エッチング法によっても、凹凸を形成することができ
る。

【０１１９】下部電極１２および上部電極１４の形成方
法は、スパッタに限らず、蒸着など一般的な膜形成方法
を用いることができる。またそのエッチング方法は、ウ
ェットエッチングによって行っても良く、下部電極１２
および上部電極１４がＩＴＯであれば、例えば酸化鉄と
塩酸と水の混合比が３：５：２となるように混合した溶
液を用いる。

【０１２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の太陽電池では、太陽電池素子を透明基板上に並べる間
隔に対し、線状に形成された太陽電池素子の線幅を充分
に小さくすることによって、太陽電池素子の発電層の色
を、肉眼で知覚できなくすることができる。したがっ
て、太陽電池全体を外観上、ほぼ無色透明にすることが
できる。

【０１２１】さらに、本発明の太陽電池においては、下
部電極と接する透明基板表面は凹凸面に形成されてなる
構成とする。ここで、凹凸面は四角すいや円すいが並ん
だような荒れた面であれば構わない。

【０１２２】このように透明基板表面に凹凸面を形成す
ると、透明基板側から入射した光は、凹凸の斜面で屈
折、反射を繰り返し、その進行方向が変わる。凹凸面で
反射された光の一部は、単純に透明基板の外に出るので
はなく、屈折、反射を繰り返して進行方向が変わり、発
電層の方向に進行するようになる。すなわち、凹凸を形
成することは、透明基板側から入射した光の反射光量を
低減し、発電層に入射する光の量を増やす効果がある。
したがって、太陽電池の発電効率が向上する。

【０１２３】また、凹凸面で屈折、反射されて散乱され
た光は、散乱を受けずに直進する光に比べ、複雑な経路
を通って発電層中を長い距離通過する。これにより、発
電層に吸収される光の量が増え、太陽電池の発電効率が
向上する。

【０１２４】また、透明基板の表面全部に凹凸を形成す
るのではなく、線状に形成された下部電極の下に凹凸を
形成し、それ以外の下部電極のないところの透明基板表
面は平滑面であるので、凹凸面の面積に対し平滑面の面
積を十分に大きく取れば、透明基板の凹凸によるくもり
は目立たなくなる。したがって外観上、太陽電池全体の
くもりは肉眼で知覚されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における太陽電池の断面図
である。

【図２】本発明の実施の形態における太陽電池の断面図
である。

【図３】本発明の実施の形態における太陽電池の平面図
である。

【図４】本発明の実施の形態における太陽電池の発電特
性を示すグラフである。

【図５】本発明の実施の形態における太陽電池の発電特
性を示すグラフである。

【図６】本発明の実施の形態における太陽電池の製造方
法を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態における太陽電池の製造方
法を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態における太陽電池の製造方
法を示す断面図である。

【図９】本発明の実施の形態における太陽電池の製造方
法を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態における太陽電池の製造
方法を示す断面図である。

【図１１】本発明の実施形態における太陽電池を適用し
た時計を示す断面図である。

【図１２】本発明の実施形態における太陽電池を適用し
た時計を示す断面図である。

【図１３】本発明の実施形態における太陽電池を適用し
た時計を示す断面図である。

【図１４】本発明の実施形態における太陽電池を適用し
た時計を示す断面図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面平滑な透明基板上に所定の範囲で、
   設けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる発電層
   と該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太陽電池
   素子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を有し、
   全面に透明保護膜を有する太陽電池であって、 前記透明基板表面は凹凸面に形成されてなることを特徴
   とする太陽電池。
2. 【請求項２】 表面平滑な透明基板上に所定の範囲で、
   設けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる発電層
   と該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太陽電池
   素子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を有し、
   全面に透明保護膜を有する太陽電池であって、 前記太陽電池素子は所定の間隔を有して線状に形成さ
   れ、 下部電極と接する透明基板表面は凹凸面に形成されてな
   ることを特徴とする太陽電池。
3. 【請求項３】 前記透明基板表面の凹凸面は、該凹凸面
   の線幅が前記発電層の線幅とほぼ同じに形成されてなる
   ことを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
4. 【請求項４】 前記透明基板表面の凹凸面は、該凹凸面
   の線幅が前記発電層の線幅よりも片側０．５μ〜２０μ
   広いことを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
5. 【請求項５】 表面平滑な透明基板上に所定の範囲で、
   設けてなる下部電極と該下部電極上に設けてなる発電層
   と該発電層上に設けてなる上部電極とからなる太陽電池
   素子と、当該太陽電池素子に接続する共通電極を有し、
   全面に透明保護膜を有する太陽電池であり、前記太陽電
   池素子は所定の間隔を有して線状に形成され、下部電極
   と接する透明基板表面は凹凸面に形成されてなることを
   特徴とする太陽電池の製造方法において、 前記透明基板の表面に凹凸状に凹凸面を形成する工程
   と、該凹凸面上に下部電極を形成し発電層を形成しさら
   に上部電極を形成する工程と、保護膜を形成する工程と
   を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
6. 【請求項６】 前記凹凸面を形成する工程は、セラミッ
   クス微粒子を前記透明基板上に吹き付ける乾式ブラスト
   法、セラミックス微粒子と液体の混合物を前記透明基板
   に吹き付ける湿式ブラスト法、あるいはエッチング処理
   であることを特徴とする請求項５記載の太陽電池の製造
   方法。
7. 【請求項７】 風防ガラスを有するケースと、指針を駆
   動するムーブメントと、文字板を備え、風防ガラスと指
   針の間に、太陽電池を配置してなることを特徴とする時
   計であって、前記太陽電池は、表面平滑な透明基板上に
   所定の範囲で設けてなる下部電極と該下部電極上に設け
   てなる発電層と該発電層上に設けてなる上部電極とから
   なる太陽電池素子と、当該太陽電池素子に接続する共通
   電極と、全面に透明保護膜を有する太陽電池であり、前
   記太陽電池素子は所定の間隔を有して線状に形成され、
   下部電極と接する透明基板表面は凹凸面状に形成されて
   なることを特徴とする太陽電池を用いた時計。