JP2001267599A

JP2001267599A - 太陽電池とその製造方法及びそれを用いた時計

Info

Publication number: JP2001267599A
Application number: JP2000077367A
Authority: JP
Inventors: Osamu Sugiyama; 杉山　　修
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】変換効率がよく、デザイン性の優れた太陽電
池を提供する。【解決手段】金属基板上に設ける太陽電池であって、
太陽電池素子を所定の間隔を有して線状に形成し、下部
電極下の透明絶縁層の接触表面を凹凸面に形成してなる
こと。

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造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造と、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が制約を受けてしまう問題
点がある。

【０００３】以下に、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、光透過性を有す
る必要があり、金属などの光透過性の低い材料は使えな
い。したがって、時計のデザインが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、太陽電池の色が現れず、電子機器のデ
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】本発明の太陽電池は、表面平滑な金属基板
上に設ける透明絶縁層と、その透明絶縁層上に設ける下
部電極と、その下部電極上に設ける発電層と、その発電
層上に設ける上部電極とからなる太陽電池素子と、その
太陽電池素子に接続する接続電極を有し、全面に透明保
護膜を有する太陽電池であって、太陽電池素子は所定の
間隔を介して線状に形成され、下部電極下の透明絶縁層
表面は凹凸面であることを特徴とする。

【０００８】本発明の太陽電池は、下部電極下の透明絶
縁層表面の凹凸面の線幅が、発電層の線幅とほぼ同じで
あることを特徴とする。

【０００９】本発明の太陽電池は、下部電極下の透明絶
縁層表面の凹凸面の線幅が、発電層の線幅よりも片側
０．５μ〜２０μ広いことを特徴とする。

【００１０】本発明の太陽電池の製造方法は、金属基板
上に透明絶縁層を形成する工程と、透明絶縁層の表面に
凹凸を形成する工程と、透明絶縁層の凹凸面上に下部電
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。

【００１１】このように太陽電池素子を線状に形成し、
それを所定の間隔で並べる構成では、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、太陽電池
の色の見え方が変化する。太陽電池素子を金属基板上に
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、太陽電池素子を形成していない金属基板と、
ほぼ同じ外観の太陽電池を得ることができる。

【００１２】本発明の太陽電池は、発電層の色が肉眼で
知覚できず、外観が、太陽電池素子を形成していない金
属基板とほぼ同じであるので、電子機器である時計に組
みこんだときに、時計の外観やデザインに何ら制約を与
えない。したがって時計の見栄えが悪くなることはな
い。

【００１３】また本発明の太陽電池は、金属基板を用い
ているので、上部電極側から入射する光で発電を行う。
そして、上部電極側から発電層に入射する光のうち、発
電層で吸収されずに金属基板まで到達した光が、金属基
板で反射されて、再び発電層を通過するので、発電層で
の光の吸収量が多くなり、発電効率が向上する。

【００１４】さらに本発明の太陽電池においては、下部
電極の下の透明絶縁層表面を、四角すいや円すいが並ん
だような凹凸面とする構造とする。このような凹凸面の
透明絶縁層の上に形成される、下部電極と発電層と上部
電極の表面形状は、透明絶縁層の凹凸形状をそのまま反
映した凹凸形状になる。

【００１５】上部電極表面が凹凸形状であるので、上部
電極側から入射した光は、上部電極の凹凸の斜面で屈
折、反射を繰り返し、その進行方向が変化する。凹凸の
斜面で反射された光の一部は、単純に反射されるのでは
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、上部電極表
面を凹凸形状にすることにより、上部電極側から入射し
た光の反射光量を低減し、発電層に入射する光の量を増
やすことができる。したがって、太陽電池の発電効率が
向上する。

【００１６】また、上部電極の凹凸面で屈折、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。

【００１７】さらに本発明の太陽電池では、下部電極と
発電層の線幅よりも、透明絶縁層の線幅を広くする構造
を採用する。

【００１８】それにより、上部電極側から入射した光の
うち、発電層のないところに入射した光の一部が、透明
絶縁層の凹凸面で反射により散乱して、発電層の側面か
ら発電層に入射する。上部電極から入射する光と、発電
層の側面から入射する光の両方で発電を行うので、太陽
電池の効率がさらに向上する。

【００１９】また、透明絶縁層の全面に凹凸を形成する
のではなく、線状に凹凸を形成し、それ以外の透明絶縁
層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、透明絶縁層の凹凸による
くもりは目立たなくなる。したがって外観上、太陽電池
のくもりは肉眼で知覚されない。

【００２０】

【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。

【００２１】本実施形態では、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、本明細書において、太陽電池素子とは、下
部電極と、発電層と、上部電極が順次積層され、線状に
形成された一本一本を指す。そして、太陽電池とは、金
属基板と透明絶縁層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接続電極と出力端子の
全体を指す。

【００２２】（第１の実施形態の太陽電池構造の説明：
図１、図２）太陽電池構造を図１と図２を用いて説明す
る。図２は本発明の実施形態の太陽電池を示す平面図で
ある。

【００２３】図２において太陽電池は、円盤状の形状を
した金属基板１０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、複数の接続電極と、出力端子
から構成されている。

【００２４】共通電極３１は金属基板１０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３
１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２おいて線状の太陽電池素子
３２は、構造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。

【００２５】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。

【００２６】さらに、それぞれの共通電極３１は接続電
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造となってい
る。

【００２７】図１は図２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、金属基板１０
上に形成された透明絶縁層１１と、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
形成された透明絶縁層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。

【００２８】図２に示す共通電極３１ａ、３１ｂ、３１
ｃ、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３
１の幅は２００μ〜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。

【００２９】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、接続電極３３ａを形成し、接続する。他の接
続電極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。

【００３０】金属基板１０は、鉄とニッケルとコバルト
との合金であるコバールであり、透明絶縁層１１は１μ
〜２０μの厚さのガラス層である。この金属基板１０と
して使用するコバールは、透明絶縁層１１であるガラス
層と熱膨張率がほぼ等しい。したがって、後述する製造
方法において、金属基板１１の温度が上昇しても、ガラ
ス層が破損して剥離してしまうことを抑制することがで
きる。

【００３１】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、透明絶縁層１１
側から５〜２０ｎｍのｐ型と、１００〜１０００ｎｍの
ｉ型と、１０〜１００ｎｍ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。

【００３２】接続電極３３の材質は、接続電極３３と下
部電極１２の接触、ならびに接続電極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。その観点から接続電極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。

【００３３】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。これにより、本実施形態の太陽電
池の外観は、太陽電池素子を形成していない金属基板と
ほぼ同じになる。

【００３４】実験によれば、図２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の金属基板で、
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である。こ
のときの太陽電池の外観は、太陽電池を形成していない
金属基板とほぼ同じである。

【００３５】また本実施形態の太陽電池は、上部電極１
４側から入射した光で発電を行う。そして、上部電極１
４側から発電層１３に入射した光のうち、発電層１３で
吸収されずに金属基板１０まで到達した光が、金属基板
１０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、発電効率が向上す
る。

【００３６】さらに本実施形態の太陽電池では、図１に
示すように、透明絶縁層１１の表面に下部電極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は、四角すいや円すいが並んだような形状
であり、表面粗さは０．５μ〜１０μの範囲である。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。

【００３７】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１２
の表面形状と発電層１３の表面形状と上部電極の表面１
４ａの形状は、透明絶縁層の凹凸面１１ａの形状どおり
の凹凸となる。

【００３８】それにより、上部電極１４側から入射した
光は、上部電極１４表面の凹凸と発電層１３の表面の凹
凸の２箇所で散乱されるようになる。そして反射光が低
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。

【００３９】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、透明絶縁層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、透明絶縁層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。

【００４０】このときの太陽電池素子３２は、透明絶縁
層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２０
ｎｍ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１２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。

【００４１】図４から明らかなように、透明絶縁層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。

【００４２】（第１の実施形態の製造方法の説明）本実
施形態の太陽電池構造を形成するための製造方法を、図
６と図７と図８と図９と図１０を用いて説明する。

【００４３】金属基板１０は、鉄とニッケルとコバルト
の合金であるコバールを用いる。図６に示すように、金
属基板１０の全面に液状の塗布ガラス膜（ＳＯＧ）を回
転塗布法により形成する。その後、３００℃から４００
℃で焼成処理を行い、塗布ガラス膜中に含まれる溶媒を
蒸発させて、透明絶縁層１１であるガラス層を形成す
る。

【００４４】この透明絶縁層１１は１μ〜２０μの膜厚
で形成する。１μ以下の薄い膜では、ピンホールによ
り、金属基板１０と下部電極１２の間で短絡してしま
う。ピンホールをなくすために、１μ以上の膜厚で形成
することが望ましい。膜厚の制御は回転塗布法における
回転数や、塗布ガラス膜に含まれる溶媒量を調整して塗
布ガラス膜の粘度を調整することにより可能である。

【００４５】その後、図６に示すように、透明絶縁層１
１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７６をフォトリソ工程により形成す
る。

【００４６】そして、乾式ブラスト法によりセラミック
ス微粒子を透明絶縁層１１に吹き付け、透明絶縁層１１
の表面に凹凸を形成する。このときの砥粒は３μ〜５μ
の炭化珪素セラミックスであり、凹凸面１１ａの表面粗
さは５μくらいになる。

【００４７】また、乾式ブラスト法で透明絶縁層１１に
凹凸面を形成するときに、感光性ドライフィルム７６の
セラミックス微粒子に対する耐性が低い場合は、パター
ンが崩れてしまうことがある。そのようなときは、感光
性ドライフィルム７６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。

【００４８】つぎに図７に示すように、感光性ドライフ
ィルム７６を剥離し、透明絶縁層１１全面に下部電極１
２としてＩＴＯを、スパッタ法により膜厚１００ｎｍ形
成する。

【００４９】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。

【００５０】さらに、下部電極１２の上にフォトレジス
ト７７を形成し、太陽電池素子のパターンにパターニン
グする。

【００５１】つぎに図８に示すように、フォトレジスト
７７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。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、金属基板１
０に１ｋＷ〜３ｋＷの高周波電力を印加する。その後、
フォトレジスト７７を剥離する。

【００５２】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、透明絶縁層１１側からｐｉ
ｎ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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。さらに上部電
極１４の上に、フォトレジスト７８を形成し、太陽電池
素子のパターンにパターニングする。

【００５７】つぎに、図１０に示すように、フォトレジ
スト７８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。

【００５８】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、金属基板１０に１ｋＷ〜３ｋＷの高
周波電力を印加する。

【００５９】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、金属基板
１０に１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００６０】さらにフォトレジスト７８を剥離した後、
各共通電極３１を、接続電極３３である導電性を有する
カーボンペーストで接続する。

【００６１】その後図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。

【００６２】（第２の実施形態の太陽電池構造の説明：
図３）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３を用いて説明する。本実施形態の太陽電池
構造と第１の実施形態の太陽電池構造の違いは、透明絶
縁層１１の表面に下部電極１２および発電層１３および
上部電極１４の線幅よりも広い線幅で、凹凸面１１ａが
形成されていることである。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。

【００６３】図３は図２のＡ−Ａ線における断面図であ
る。図３において太陽電池素子は、透明絶縁層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絶縁層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。

【００６４】ここで、金属基板１０は、鉄とニッケルと
コバルトとの合金であるコバールであり、透明絶縁層１
１は１μ〜２０μの厚さのガラス層である。この金属基
板１０として使用するコバールは、透明絶縁層１１であ
るガラス層と熱膨張率がほぼ等しい。したがって、後述
する製造方法における基板加熱工程によって、ガラス層
が破損して剥離してしまうことを抑制することができ
る。

【００６５】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、透明絶縁層１１
側から５〜２０ｎｍのｐ型と、１００〜１０００ｎｍの
ｉ型と、１０〜１００ｎｍ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。

【００６６】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。そのため、本実施形態の太陽電池
の外観は、太陽電池素子を形成していない金属基板とほ
ぼ同じになる。

【００６７】また本実施形態の太陽電池は、上部電極１
４側から入射した光で発電を行う。そして、上部電極１
４側から発電層１３に入射した光のうち、発電層１３で
吸収されずに金属基板１０まで到達した光が、金属基板
１０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、発電効率が向上す
る。

【００６８】さらに本実施形態の太陽電池では、図３に
示すように、透明絶縁層１１の表面に凹凸面１１ａが形
成されている。この凹凸面１１ａは、四角すいや円すい
が並んだような形状であり、表面粗さは０．５μ〜１０
μの範囲である。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。

【００６９】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〜１５０
０ｎｍの膜厚で形成されているので、下部電極１２の表
面形状と発電層１３の表面形状と上部電極の表面１４ａ
の形状は、透明絶縁層の凹凸面１１ａの形状どおりの凹
凸となる。

【００７０】それにより、上部電極１４側から入射した
光は、上部電極１４表面の凹凸と発電層１３の表面の凹
凸の２箇所で散乱されるようになる。そして反射光が低
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。

【００７１】さらに本実施形態の太陽電池では、透明絶
縁層の凹凸面１１ａと発電層１３は同じ線幅でなく、透
明絶縁層の凹凸面１１ａの線幅が発電層１３の線幅より
も広い構造になっている。

【００７２】それにより、上部電極１４側から入射した
光のうち、発電層１３のないところに入射した光の一部
が、透明絶縁層の凹凸面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に入射する。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を行うので、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。また比較例として、第２の実施形態の発電特
性を曲線５１に示す。

【００７４】ここで太陽電池素子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
て透明絶縁層１１の凹凸面１１ａの線幅は２０μであ
り、太陽電池素子３２の線幅より片側５μづつ広くなっ
ている。下部電極１２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。また太陽電池素子３２は、透明絶縁層１１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、透明絶縁層の凹
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の側面１３ａより入射す
る。上部電極１４から入射する光と、発電層の側面１３
ａから入射する光の両方で発電を行うので、太陽電池の
効率が向上する。

【００７６】この透明絶縁層の凹凸面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。

【００７７】また、透明絶縁層の凹凸面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。

【００７８】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。

【００７９】（第２の実施形態の製造方法の説明）本実
施形態の太陽電池の製造方法と、第１の実施形態の太陽
電池の製造方法の違いは、図６に示す感光性ドライフィ
ルム７６のパターン幅を太陽電池素子３２よりも広くし
て、透明絶縁層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
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。

【００８０】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１１を用いて説明す
る。図１及び図２に示した本発明の太陽電池は、時計の
文字板に用いる。以下、図１と図２と図１１を参照して
説明する。

【００８１】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。

【００８２】このムーブメント８７内には、図１１には
図示していないが、太陽電池の起電力を貯蔵する二次電
池や、時間基準源となる水晶振動子や、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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】そして文字板８１には、金属基板１０上
に、透明絶縁層１１と太陽電池素子３２と共通電極３１
と接続電極３３と透明保護膜１６とを形成した太陽電池
を、用いる。文字板８１は、ムーブメント８７の上に配
置する。

【００８６】なお、文字板８１には、時針を駆動する筒
車や、分針を駆動する筒カナや、秒針を駆動する秒針車
などを突出するための中心穴を設けてある。そして太陽
電池素子３２は中心穴にかからないように形成されてい
る。さらに文字板８１の表面には、時刻表示手段とし
て、時刻目盛りや文字やマークを設ける。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。図１１には図示していない
が、見きり９１は文字板８１上の共通電極３１をも覆い
隠す。したがって、共通電極３１の発電層１３の色が外
から見えることはない。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】本発明の太陽電池は、発電層１３の色が肉
眼で知覚できず、外観が、太陽電池素子を形成していな
い金属基板とほぼ同じであるので、図１１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制約を与
えない。したがって時計の見栄えが悪くなることはな
い。

【００９３】以上の説明において、本発明の太陽電池の
直列接続は４段で説明したが、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。

【００９４】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、本発明の太陽電池の透明保護
膜１６はなくてもよい。

【００９５】金属基板１０はコバールで説明したが、Ｓ
Ｋ材や真鍮など他の金属材料や合金材料でもよい。ま
た、例えば金メッキを施したＳＫ材などのように、単層
あるいは多層の表面処理を行った金属基板でもよい。

【００９６】透明絶縁層１１はガラス層で説明したが、
光透過性が高くてなおかつ絶縁性が高ければ他の材料で
も良い。ＳｉＯ２などの透明な酸化物、Ｓｉ３Ｎ４など
の透明なチッ化物でもよく、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。

【００９７】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。また接続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。

【００９８】発電層１３は、透明絶縁層１１側から見て
ｐｉｎダイオード構造で説明したが、透明絶縁層１１側
から見て、ｎｉｐダイオード構造でもよい。また、上部
電極１４側から光を入射させて発電する構造であるの
で、下部電極１２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。

【００９９】透明絶縁層１１である塗布ガラス膜は、回
転塗布法以外に、印刷法や、塗布ガラス液中に金属基板
を浸漬して形成するディップ法や、ロールを用いて形成
する方法によっても形成することができる。

【０１００】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。

【０１０１】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い。例えば下部電
極１２および上部電極１４がＩＴＯであれば、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
液でエッチングする。

【０１０２】

【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、隣り合った太陽電池素子同士の間隔に
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が肉
眼で知覚できなくなる。したがって太陽電池素子を形成
していない金属基板と、ほぼ同じ外観の太陽電池を得る
ことができる。

【０１０３】また本実施形態の太陽電池では、上部電極
側から入射した光で発電を行う。そして、上部電極側か
ら発電層に入射した光のうち、発電層で吸収されずに金
属基板まで到達した光が、金属基板で反射されて、再び
発電層を通過するので、発電層での光の吸収量が多くな
り、発電効率が向上する。

【０１０４】また本発明の太陽電池は、金属基板を用い
ているので、上部電極側から入射する光で発電を行う。
そして、上部電極側から発電層に入射する光のうち、発
電層で吸収されずに金属基板まで到達した光が、金属基
板で反射されて、再び発電層を通過するので、発電層で
の光の吸収量が多くなり、発電効率が向上する。

【０１０５】さらに本発明の太陽電池においては、下部
電極の下の透明絶縁層表面を、四角すいや円すいが並ん
だような凹凸面とする構造を採用する。このような凹凸
面の透明絶縁層の上に形成される、下部電極と発電層と
上部電極の表面形状は、透明絶縁層の凹凸形状をそのま
ま反映した凹凸形状になる。

【０１０６】上部電極表面が凹凸形状であるので、上部
電極側から入射した光は、上部電極の凹凸の斜面で屈
折、反射を繰り返し、その進行方向が変化する。凹凸の
斜面で反射された光の一部は、単純に反射されるのでは
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、上部電極表
面を凹凸形状にすることにより、上部電極側から入射し
た光の反射光量を低減し、発電層に入射する光の量を増
やすことができる。したがって、太陽電池の発電効率が
向上する。

【０１０７】また、上部電極の凹凸面で屈折、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。

【０１０８】さらに本発明の太陽電池では、下部電極と
発電層の線幅よりも、透明絶縁層の線幅を広くする構造
を採用する。

【０１０９】それにより、上部電極側から入射した光の
うち、発電層のないところに入射した光の一部が、透明
絶縁層の凹凸面で反射により散乱して、発電層の側面か
ら発電層に入射する。上部電極から入射する光と、発電
層の側面から入射する光の両方の発電を行うので、太陽
電池の効率がさらに向上する。

【０１１０】また、透明絶縁層の全面に凹凸を形成する
のではなく、線状に凹凸を形成し、それ以外の透明絶縁
層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、透明絶縁層の凹凸による
くもりは目立たなくなる。したがって外観上、太陽電池
のくもりは肉眼で知覚されない。

【０１１１】本発明の太陽電池は、発電層の色が肉眼で
知覚できず、外観が、太陽電池素子を形成していない金
属基板とほぼ同じであるので、電子機器である時計に組
みこんでも、時計の外観やデザインに何ら制約を与えな
い。したがって時計の見栄えが悪くなることはない。

【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平面図
である。

【図３】本発明の実施の形態における太陽電池の断面図
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。

【符号の説明】

１０金属基板１１透明絶縁層１２下部電極１３発電層１４上部電極１６透明保護膜３１共通電極３２太陽電池素子３３接続電極３５出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基板上に設ける透明絶縁層と、該透
明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上に設ける発
電層と該発電層上に設け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、前記
太陽電池素子と共通電極上に設けられてなる透明保護膜
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、下部電極下の透明絶縁層の接触表面は凹凸面に形成され
てなること特徴とする太陽電池。
【請求項２】金属基板上に設ける透明絶縁層と、該透
明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上に設ける発
電層と該発電層上に設け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複数の共通電極
と、該共通電極を接続する接続電極と、前記太陽電池素
子と共通電極上に設ける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、下部電極下の透明絶縁層の接触表面は凹凸面に形成され
てなること特徴とする太陽電池。
【請求項３】前記凹凸面の幅は、前記発電層の線幅と
ほぼ同じであることを特徴とする請求項１及び請求項２
記載の太陽電池。
【請求項４】前記凹凸面の幅は、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
１及び請求項２記載の太陽電池。
【請求項５】金属基板上に設ける透明絶縁層と、該透
明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上に設ける発
電層と該発電層上に設け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、太陽
電池素子と共通電極上に設ける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、下部電極下の透明絶縁層の接触表面は凹
凸面に形成されてなること特徴とする太陽電池の製造方
法であって、前記金属基板上に透明絶縁層を形成する工
程と、前記透明絶縁層の表面の一部に凹凸を形成する工
程と、前記透明絶縁層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、前記保護膜を形
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。
【請求項６】金属基板上に設ける透明絶縁層と、該透
明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上に設ける発
電層と該発電層上に設け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複数の共通電極
と、該共通電極を接続する接続電極と、太陽電池素子と
共通電極上に設ける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、下部電極下の透明絶縁層の接触表面は凹凸面に形
成されてなること特徴とする太陽電池の製造方法であっ
て、前記金属基板上に透明絶縁層を形成する工程と、前
記透明絶縁層の表面の一部に凹凸を形成する工程と、前
記透明絶縁層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、前記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。
【請求項７】前記凹凸を形成する方法は、セラミック
ス微粒子を透明絶縁層に吹き付ける乾式ブラスト法、あ
るいはセラミックス微粒子と液体の混合物を透明絶縁層
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および６記載の太陽電
池の製造方法。
【請求項８】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、文字板を備える時計であって、前記文字板は、表面平滑な金属基板上に設ける透明絶縁
層と該透明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上に
設ける発電層と該発電層上に設け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、前記太陽電池素子と共通電極上に設ける透明保護膜
を有する太陽電池からなり、太陽電池素子は所定の間隔
を介して線状に形成され、下部電極下の透明絶縁層の表
面は凹凸面であることを特徴とする太陽電池を用いたこ
とを特徴とする時計。
【請求項９】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、文字板を備える時計であって、前記文字板は、表面平滑な金属基板上に設ける透明絶縁
層と、該透明絶縁層上に設ける下部電極と該下部電極上
に設ける発電層と該発電層上に設け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複数の
共通電極と、該共通電極を接続する接続電極と、前記太
陽電池素子と共通電極上に設ける透明保護膜を有する太
陽電池からなり、太陽電池素子は所定の間隔を介して線
状に形成され、下部電極下の透明絶縁層の表面は凹凸面
であることを特徴とする太陽電池を用いたことを特徴と
する時計。