JP2001284617A

JP2001284617A - 太陽電池とその製造方法及びそれを用いた時計

Info

Publication number: JP2001284617A
Application number: JP2000090527A
Authority: JP
Inventors: Osamu Sugiyama; 杉山　　修
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池の一部が影になり光が当たらない状
態になっても、発電電圧が低下することなく、電子機器
を駆動できる太陽電池構造【解決手段】素子列を太陽電池素子と当該太陽電池素
子を被覆するように形成する透明絶縁膜と当該透明絶縁
膜の開口部を介して上部電極と隣接する太陽電池素子の
下部電極を接続するように設ける接続電極とを有してい
ることを特徴とする太陽電池。

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、特に腕
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。電子機器の一例として、二次電池を備えた腕時
計の例で説明する。

【０００３】一般的な太陽電池の起電力は、二次電池を
備えた腕時計を駆動するには低いので、通常は直列に複
数段接続して、発電電圧を高めて使用する。直列４段に
接続された従来の太陽電池構造を、図５を用いて説明す
る。図５は従来例の太陽電池を示す平面図である。

【０００４】図５において太陽電池は、中央穴５６を有
する円盤状の形状をした透明基板１０上に、扇型の形状
をした太陽電池素子５２が４個形成されている。図５に
は示していないが、太陽電池素子５２は、透明基板１０
上に下部電極５７と発電層５８と上部電極５９が順次積
層されて構成されている。

【０００５】そして、それぞれの太陽電池素子５２の上
部電極５９と、隣り合った太陽電池素子５２の下部電極
５７は、接続電極５３により接続され、直列４段の起電
力が得られる構成になっている。起電力は、出力端子５
５から得られる。ここで、第１の出力端子５５ａは、太
陽電池素子５２ａの下部電極であり、第２の出力端子５
５ｂは、太陽電池素子５２ｄの上部電極である。

【０００６】ここで、透明基板１０はガラスからなり、
下部電極５７は光透過性の高い酸化インジウムスズであ
り、上部電極５９はＴｉ膜である。また、発電層５３は
アモルファスシリコンであり、透明基板１０側からｐｉ
ｎダイオード構造になっている。そして透明基板１０側
から発電層１３に入射する光で発電を行う。

【０００７】そして、二次電池を備えた腕時計に組み込
むときは、中心穴５６に時針を駆動する筒車などを通し
て、文字板の上に配置する。このとき、接続電極５３ａ
が１２時方向に、接続電極５３ｃが６時方向にくるよう
に配置する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら腕時計
は、袖口などの影になりやすいので、このような構成で
は、太陽電池の一部に光が当たらない状況が発生しやす
い。例えば腕時計の左半分が袖口の影になると、図５に
示す従来の太陽電池の半分の面積に光が当たらなくな
り、残りの半分の面積しか発電しなくなる。このような
状態では、発電する段数が少なくなって、直列２段の発
電電圧しか得られなくなってしまい、二次電池に充電で
きなくなってしまう。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決して、太
陽電池の一部が影になり光が当たらない状態になって
も、発電電圧が低下することなく、電子機器を駆動でき
る太陽電池構造と、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。

【００１０】

【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。

【００１１】本発明の太陽電池は、表面平滑な透明基板
上に、所定の間隔を介して線状に形成された複数の素子
列と、その複数の素子列を並列に接続する共通電極と、
素子列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、素子列が、透明基板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複数の太陽電池素子と、その
太陽電池素子を被覆するように形成する透明絶縁膜と、
その透明絶縁膜の開口部を介して上部電極と、隣接する
太陽電池素子の下部電極を接続するように設ける接続電
極とを有していることを特徴とする。

【００１２】本発明の太陽電池は、それぞれの素子列を
構成する複数の太陽電池素子が、直列に接続されている
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の太陽電池は、素子列を構成する複
数の太陽電池素子において、その面積がそれぞれほぼ等
しい面積であることを特徴とする。

【００１４】本発明の太陽電池の製造方法は、透明基板
上に下部電極を形成し、発電層を形成し、上部電極を形
成して太陽電池素子を形成する工程と、それを被覆する
ように透明絶縁膜を形成し、接続電極を形成する工程
と、透明保護膜を形成する工程を有することを特徴とす
る。

【００１５】このように直列に接続された複数の太陽電
池素子からなる素子列を、複数本並列に接続する太陽電
池の構成においては、太陽電池の一部に光が当たらない
状態であっても、発電電圧が下がることがなく、電子機
器を駆動できる。

【００１６】これは、光の当たっている素子列のそれぞ
れが、複数の太陽電池素子の直列接続で構成されている
ので、発電面積が低下しても、直列接続の段数が変わら
ず、発電電圧が下がらないためである。

【００１７】二次電池を備える腕時計に組みこんだ、本
発明の太陽電池では、太陽電池の一部に光が当たらない
状態であっても、発電電圧が下がらないので、二次電池
に充電を行うことができる。

【００１８】本発明の太陽電池では、隣り合った素子列
同士の間隔に対し、線状に形成された素子列の線幅を充
分に小さくすることによって、太陽電池素子の発電層の
色と上部電極と接続電極の色が肉眼で知覚できなくな
る。したがって、ほぼ無色透明の太陽電池を得ることが
できる。

【００１９】また本発明の太陽電池では、透明基板側か
ら入射した光で発電を行う。そして、透明基板側から発
電層に入射した光のうち、発電層で吸収されずに上部電
極まで到達した光が、上部電極で反射されて、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。

【００２０】本発明の太陽電池は、発電層の色と上部電
極と接続電極の色が肉眼で知覚できず、外観が、ほぼ無
色透明であるので、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。

【００２１】

【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。

【００２２】本発明では、電子機器として二次電池を備
えた腕時計を想定し、二次電池を備えた腕時計を駆動す
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た素子を指す。そして、素子列
とは、太陽電池素子が直列に複数段接続された線状の１
本１本を指す。そして、太陽電池とは、透明基板とその
上に形成された複数の素子列と複数の共通電極と出力端
子から構成される全体を指す。なお、太陽電池素子の直
列接続は、４段接続を例にして説明する。

【００２３】（第１の実施形態の太陽電池構造の説明：
図１、図２、図３）太陽電池構造を図１と図２と図３を
用いて説明する。図１は本実施形態の太陽電池を示す平
面図である。

【００２４】図１において太陽電池は、円盤状の形状を
した透明基板１０と、半円弧状の第１の共通電極２１ａ
と、半円弧状の第２の共通電極２１ｂと、複数の太陽電
池素子２２からなる複数の素子列２４と、出力端子２５
から構成されている。

【００２５】第１の共通電極２１ａと第２の共通電極２
１ｂは、透明基板１０の円周に沿って配置されており、
互いに向かい合っている。第１の共通電極２１ａと第２
の共通電極２１ｂの内側の円内には、複数本の素子列２
４が並んで配置されている。線状の素子列２４は、１２
本図示してあるが、実際は１００本以上存在する。

【００２６】また、位置関係を明確にするために、素子
列２４の構成は簡略化して図示してあるが、１本１本の
素子列２４は、第１の太陽電池素子２２ａと第２の太陽
電池素子２２ｂと第３の太陽電池素子２２ｃと第４の太
陽電池素子２２ｄが、直線状に４段直列接続されて形成
されている。そして、複数の素子列２４の両端は、第１
の共通電極２１ａ及び第２の共通電極２１ｂに接続され
ている。したがって、共通電極２１には、複数本の素子
列２４が電気的に並列に接続されることになる。

【００２７】さらに、第１の共通電極２１ａには第１の
出力端子２５ａが形成されており、第２の共通電極２１
ｂには第２の出力端子２５ｂが形成されている。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
れる素子列２４が複数本並列に接続され、二次電池を備
えた腕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。

【００２８】つぎに素子列２４の構成について、図２と
図３を参照しながら説明する。図２は第１の共通電極２
１ａと第１の太陽電池素子２２ａと第２の太陽電池素子
２２ｂの平面構造の詳細である。また、図３は素子列２
４の長手方向における断面図である。

【００２９】図３において、太陽電池素子２２は、透明
基板１０上に形成された下部電極１２と、下部電極１２
上に形成された発電層１３と、発電層１３上に形成され
た上部電極１４から構成される。

【００３０】そして太陽電池素子２２の周囲を被覆して
透明絶縁膜１５が形成され、その透明絶縁膜１５には接
続電極２３との接続を行うためのコンタクトホール１５
ａが形成されている。ここで、透明絶縁膜１５は、同一
の太陽電池素子２２の下部電極１２と上部電極１４が短
絡するのを防ぐ役割を持つ。

【００３１】そして第１の太陽電池素子２２ａの上部電
極１４と、第２の太陽電池素子２２ｂの下部電極１２は
接続電極２３で接続されて、直列接続を形成している。
同様に、第２の太陽電池素子２２ｂから第４の太陽電池
素子２２ｄまで接続電極２３により直列接続されて、１
本の素子列２４を形成している。

【００３２】第１の共通電極２１ａと素子列２４の接続
は、第１の共通電極２１ａと、第１の太陽電池素子２２
ａの下部電極１２が一体であることにより構成されてい
る。そして第２の共通電極２１ｂと素子列２４の接続
は、第２の共通電極２１ｂと第４の太陽電池素子２２ｄ
の上部電極１４が、接続電極２３により接続されている
ことにより構成されている。

【００３３】さらに、出力端子２５を除く全体に、透明
保護膜１６が形成されている。この透明保護膜１６は、
太陽電池に傷が入ることによる欠陥を防ぐ役割を持つ。

【００３４】本実施形態の太陽電池は、透明基板１０側
より入射した光で発電を行う構成になっている。透明基
板１０は、光透過率が高く、絶縁であることが必要なた
め、ガラスを用いる。下部電極１２は光透過性の高い酸
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１０側から５〜２０ｎｍのｐ型と、１００〜１００
０ｎｍ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。上部電極１４は、接続電
極２３との接触抵抗を下げるために、金属膜であるＴｉ
膜からなっている。

【００３５】さらに接続電極２３も個々の太陽電池素子
２２を直列接続する際に、直列抵抗を重畳させないため
に比抵抗が低いことが望ましく、金属膜であるＴｉ膜か
らなっている。透明絶縁膜１５は、チッ化シリコンであ
る。また、透明保護膜１６はシリコン樹脂からなってい
る。

【００３６】本実施形態の太陽電池は、透明基板１０側
から入射した光で発電を行う。そして、透明基板１０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、発電効率が向上する。

【００３７】隣り合った素子列２４同士の間隔に対し、
線状に形成された素子列２４の線幅を充分に小さくする
ことによって、太陽電池素子２２の発電層１３の色及
び、上部電極１４と接続電極２３の金属色も肉眼で知覚
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、ほぼ無色透明になる。

【００３８】実験によれば、図１の形状の太陽電池で、
通常の蛍光灯の照度５００ｌｘで、二次電池を備えた腕
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１３の色及び上部電極１４と接続電極２３の
金属色が肉眼で知覚できないようにするには、φ３０の
透明基板１０で、素子列２４の線幅が５μ〜２０μ、隣
り合った素子列２４同士の間隔が１００μ〜８０μであ
る。このときの太陽電池の外観は、ほぼ無色透明であ
る。

【００３９】第１の共通電極２１ａと第２の共通電極２
１ｂの線幅は２００μ〜７００μと、素子列２４よりも
かなり広くなっている。これは、複数の素子列２４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。

【００４０】第１の共通電極２１ａも第２の共通電極２
１ｂも、光透過性の高いＩＴＯからなっているので線幅
を広くしてもその色は肉眼で知覚されない。また、実際
に電子機器に組み込むときは、電子機器のケースでそれ
ぞれの共通電極２１を隠してもよい。

【００４１】（第１の実施例の製造方法の説明）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
を、図６から図１３を用いて説明する。

【００４２】透明基板１０は光透過性があり、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１０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。

【００４３】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。

【００４４】さらに、下部電極１２の上にフォトレジス
ト４１を形成し、太陽電池素子及び共通電極のパターン
にパターニングする。つぎに図７に示すように、フォト
レジスト４１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。その後、フォトレジスト４１を剥
離する。

【００４５】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
０に１ｋＷ〜３ｋＷの高周波電力を印加する。

【００４６】つぎに図８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１０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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】さらに上部電極１４としてＴｉ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
ルゴンガスを導入し、圧力を７０ｍＰａ〜４Ｐａに調整
して、Ｔｉターゲットに０．５〜３ｋＷの高周波電力を
印加する。

【００５１】さらに上部電極１４の上に、フォトレジス
ト４２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４
２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。そしてフォトレジス
ト４２を剥離する。

【００５２】このときの上部電極１４であるＴｉのドラ
イエッチング条件は、ドライエッチング装置内に１００
ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの六フッ化イオウガスと、１
０ｓｃｃｍ〜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１０に１
００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５３】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
１０に１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５４】つぎに図１０に示すように、透明絶縁膜１
５として、チッ化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により
３００ｎｍ形成する。

【００５５】このときのチッ化シリコンの形成条件は、
プラズマＣＶＤ装置内にシランガス２０ｓｃｃｍと、窒
素ガス１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍを導入し、圧力
を５０Ｐａ〜３００Ｐａに調整し、対向電極に５０Ｗ〜
１００Ｗの高周波電力を印加する。そして膜厚３００ｎ
ｍ形成する。

【００５６】さらに透明絶縁膜１５の上に、フォトレジ
スト４３を形成し、コンタクトホール１５ａを有するパ
ターンにパターニングする。つぎに、図１１に示すよう
に、フォトレジスト４３をマスクパターンとして、透明
絶縁膜１５をドライエッチングする。そしてフォトレジ
スト４３を剥離する。

【００５７】この透明絶縁膜１５であるチッ化シリコン
のドライエッチング条件は、ドライエッチング装置内に
１００ｓｃｃｍ〜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
１０に１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５８】その後図１２に示すように、接続電極２３
としてＴｉを、スパッタ法により膜厚２００ｎｍ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のアルゴンガスを導入し、圧力を７０
ｍＰａ〜４Ｐａに調整して、Ｔｉターゲットに０．５〜
３ｋＷの高周波電力を印加する。

【００５９】さらに接続電極２３の上に、フォトレジス
ト４４を形成し、接続電極のパターンにパターニングす
る。つぎに、図１３に示すように、フォトレジスト４４
をマスクパターンとして、接続電極２３をドライエッチ
ングする。そしてフォトレジスト４４を剥離する。

【００６０】このときの接続電極２３であるＴｉのドラ
イエッチング条件は、ドライエッチング装置内に１００
ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの六フッ化イオウガスと、１
０ｓｃｃｍ〜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１０に１
００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００６１】その後図３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１の実施例の太陽電池を適用した時計
の説明）次に、本実施形態の太陽電池を使用した電子機
器として、二次電池を備えた腕時計の構造について説明
する。図１４は、腕時計の３時−９時方向における一部
断面図である。以下、図１と図３と図１４を参照して説
明する。

【００６３】図１４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。

【００６４】このムーブメント８７内には、図１４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。

【００６５】またリューズ８６は、指針８９を動かして
時刻合わせを行う機能を持つ。リューズ８６を引くと指
針８９が止まり、リューズ８６を引いた状態で回すこと
によって、指針８９を動かすことができて時刻合わせが
できる。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】そして時計の時刻表示手段として文字板８
１を、ムーブメント８７の上に配置する。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。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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】そして、風方ガラス８３と指針８９の間
に、本実施形態の太陽電池をスペーサー９０を介して取
りつける。ここで、太陽電池素子２２を下向きにして、
透明基板１０側から光が入射して起電力を発生させるよ
うにする。

【００７３】また、太陽電池の向きは、素子列２４が１
２時−６時の方向に揃うような向きに取りつける。これ
は、袖口などの影になっても、太陽電池の起電力を低下
させないようにするためである。なお、図１４には図示
していないが共通電極２１はスペーサー９０の下に配置
されるようにする。

【００７４】見きり９１には、透明基板１０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１０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１０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。

【００７５】なお、図１４には図示していないが、太陽
電池の出力端子２５ａ、２５ｂとムーブメント８７は電
気的に接続されている。

【００７６】本実施形態の太陽電池は、発電層１３の色
と上部電極１４と接続電極２３の金属色が肉眼で知覚で
きず、外観上無色透明であるので、図１４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。

【００７７】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１０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。

【００７８】また、別の時計の構成例を図１５に示す。
文字板８１と指針８９の間に、本実施形態の太陽電池を
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２２を下向きにして、透明基板１０側から光が入
射して起電力を発生させる。

【００７９】また、太陽電池の向きは、素子列２４が１
２時−６時の方向に揃うような向きに取りつける。これ
は、袖口などの影になっても、太陽電池の起電力を低下
させないようにするためである。なお、図１５には図示
していないが共通電極２１は見きり９１の下に配置され
るようにする。

【００８０】見きり９１には、透明基板１０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１０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１０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１５には図示していないが、太陽電池の出
力端子２５ａ、２５ｂとムーブメント８７は電気的に接
続されている。

【００８１】文字板８１と指針８９の間に取りつけると
きは、透明基板１０に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る。

【００８２】本実施形態の太陽電池は、発電層１３の色
と上部電極１４と接続電極２３の金属色が肉眼で知覚で
きず、外観上無色透明であるので、図１５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。

【００８３】スペーサー９０によってつくられる、文字
板８１と透明基板１０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１０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。

【００８４】（第１の実施の形態の太陽電池二次電池へ
の充電機構の説明）本実施形態の太陽電池は、以上説明
したような構造であって、さらに以上説明したような構
成で二次電池を備えた腕時計に組み込まれるので、太陽
電池の一部に光が当たらない状態であっても、発電電圧
が下がることなく、二次電池に充電できる効果をもつ。
以下にその理由を説明する。

【００８５】はじめに、太陽電池で発電して、二次電池
に充電する機構について、図１６と図１７を用いて説明
する。図１６は、二次電池を備える腕時計の充電回路で
あり、図１７は太陽電池が二次電池に充電するときの、
動作電圧と動作電流を示すグラフである。

【００８６】図１６において、太陽電池６１から、二次
電池６２に電流ｉ（Ａ）が流れ、二次電池６２を充電す
る。そして、二次電池６２に充電された電圧で時計回路
６４を駆動する。また、逆流防止ダイオード６３は、二
次電池６２から電流が太陽電池６１側に流れることを防
ぐ役割を持つ。

【００８７】図１６から明らかなように、太陽電池６１
の電圧は、二次電池６２の電圧と逆流防止ダイオード６
３の電圧の和に等しくなる。このことから、太陽電池６
１から二次電池６２に充電するときの、動作電圧と動作
電流を、太陽電池６１と逆流防止ダイオード６３の電圧
電流特性から求めることができる。

【００８８】図１７において、曲線７１は太陽電池６１
の電圧電流特性を示し、曲線７２は二次電池６２の電圧
を重畳した逆流防止ダイオード６３の電圧電流特性を示
している。曲線７１と曲線７２の交点６６が、充電を行
う太陽電池の動作点になる。すなわち、太陽電池６１の
電圧がＶ０（Ｖ）で、電流Ｉ０（Ａ）が二次電池６２に
流れ、充電を行うことになる。

【００８９】図１に示す本実施形態の太陽電池を、図１
４及び図１５に示す構造で腕時計に適用したときの、二
次電池に充電する機構について図１８を用いて説明す
る。なお、腕時計は図１６に示す充電回路を備えている
ものとする。

【００９０】図１８において、曲線７２は二次電池６２
の電圧を重畳した逆流防止ダイオード６３の電圧電流特
性である。図１に示す本実施形態の太陽電池の全面に光
が当たって発電を行うときの、太陽電池の電圧電流特性
を曲線７５に示す。前述したように、曲線７５と曲線７
２の交点６７が、図１に示す本実施の形態の太陽電池か
ら二次電池６２に充電する動作点になる。

【００９１】したがって、図１に示す本実施形態の太陽
電池の全面に光が当たって発電したときは、電圧Ｖ１
（Ｖ）で電流Ｉ１（Ａ）が二次電池６２に流れ、充電を
行う。

【００９２】本実施形態の太陽電池では、全面に光が当
たらなくても、二次電池６２に充電することができる。
例えば、腕時計の半分が袖口などの影になり、半分だけ
に光が当たったときは、図１に示す本実施形態の太陽電
池の左半分の面積に光が当たらず、右半分の面積だけに
光が当たった場合に相当する。図１に示すように、本実
施形態の太陽電池では、一本一本の素子列２４のそれぞ
れが直列４段の構成であるので、発電面積が半分になっ
ても、直列４段の電圧が得られ、発電電圧が下がらな
い。

【００９３】図１に示す本実施形態の太陽電池におい
て、半分の面積で発電したときの電圧電流特性を図１８
の曲線７６に示す。曲線７６では、発電電流は低下して
いるが発電電圧は低下していない。そして、曲線７２と
の交点６８が二次電池６２に充電する動作点になる。

【００９４】したがって、図１に示す本実施形態の太陽
電池の半分の面積に光が当たって発電したときは、太陽
電池の電圧Ｖ２（Ｖ）で、電流Ｉ２（Ａ）が二次電池６
２に流れ、充電を行う。

【００９５】比較例として、図５に示す従来の太陽電池
の動作点を図５と図１６と図１９を用いて説明する。前
述したように、図５に示す従来の太陽電池を、接続電極
５３ａが１２時の方向に、接続電極５３ｃが６時の方向
になるように配置して、腕時計に組み込む。なお、腕時
計は図１６に示す充電回路を備えているものとする。

【００９６】例えば腕時計の左半分が袖口の影になる
と、図５に示す従来の太陽電池の半分の面積に光が当た
らなくなり、残りの半分の面積しか発電しなくなる。こ
のような状態では、発電する段数が少なくなってしま
い、直列２段の発電電圧しか得られなくなってしまう。

【００９７】図１９において、曲線７２は二次電池６２
の電圧を重畳した逆流防止ダイオード６３の電圧電流特
性である。曲線７７は、図５の従来の太陽電池の全面に
光が当たって発電をするときの電圧電流特性であり、曲
線７８は図５の従来の太陽電池の半分の面積に光が当た
って発電するときの電圧電流特性である。

【００９８】曲線７７は曲線７２と交点があるが、曲線
７８と曲線７２には交点が存在しない。このことは、図
５に示す従来の太陽電池の全面に光が当たって発電する
ときは、二次電池６２に充電できるが、図５に示す従来
の太陽電池の半分の面積にしか光が当たらないときは、
二次電池６２に充電できなくなることを示している。

【００９９】図５に示す従来の太陽電池では、半分の面
積にしか光が当たらないときは、直列２段の発電電圧し
か得られない。二次電池６２の電圧と逆流防止ダイオー
ド６３の電圧の和よりも、太陽電池の発電電圧が低くな
るので、二次電池６２に充電することはできない。

【０１００】（第１の実施形態の変形例の構造の説明：
図４）太陽電池構造を図４を用いて説明する。図４は第
１の実施形態の変形例の太陽電池を示す平面図である。

【０１０１】図４において太陽電池は、矩形の形状をし
た透明基板１０と、直線状の第１の共通電極３１ａと、
それに平行した直線状の第２の共通電極３１ｂと、複数
の太陽電池素子２２からなる複数の素子列２４と、出力
端子３５から構成されている。

【０１０２】第１の共通電極３１ａと第２の共通電極３
１ｂは、透明基板１０の対向する辺に沿って配置されて
おり、互いに向かい合っている。第１の共通電極３１ａ
と第２の共通電極３１ｂの内側には、複数本の素子列２
４が並んで配置されている。線状の素子列２４は、１２
本図示してあるが、実際は１００本以上存在する。ま
た、位置関係を明確にするために、素子列２４の構成は
簡略化して図示してある。

【０１０３】素子列２４の構造は、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。そして、本実施の形態の太陽電池の製造方法と第１
の実施の形態の太陽電池の製造方法も、同じであるので
説明を省略する。さらに、二次電池を備えた腕時計に組
み込む構成と、二次電池への充電機構も第１の実施の形
態と同じであるので、説明を省略する。

【０１０４】本実施形態の太陽電池では、太陽電池の一
部に光が当たらない状態であっても、発電電圧が下がる
ことがなく、電子機器を駆動することができる。

【０１０５】これは、光の当たっている素子列２４のそ
れぞれが、複数の太陽電池素子２２の直列接続で構成さ
れているので、発電面積が低下しても、直列接続の段数
は変わらず、発電電圧が低下しないためである。

【０１０６】さらに本実施形態の太陽電池では、矩形の
透明基板１０を用いる。第１の共通電極３１ａと第２の
共通電極３１ｂが平行に配置されるので、その間に配置
される複数の素子列２４の長さは等しくなる。すなわ
ち、それぞれの素子列２４の発電電流は等しくなる。

【０１０７】したがって、本実施形態の太陽電池の一部
が影になって、複数本の素子列２４に光が当たらない状
態において、いずれの素子列２４が影になっても、発電
電流の低下が一定であるので、電子機器に供給する電流
が安定する。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】透明基板１０はガラスで説明したが、光透
過性が高く、絶縁であればポリエステル、ポリアミド、
ポリスチレンなどの樹脂でもよい。

【０１１１】下部電極１２は、透明な電極としては、Ｉ
ＴＯ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。さらに発電層１３は、透明基板１０側から見てｐｉ
ｎダイオード構造で説明したが、透明基板１０側から見
て、ｎｉｐダイオード構造でもよい。

【０１１２】上部電極１４と接続電極２３はＴｉ膜で説
明したが、他の金属膜でもよい。また、上部電極１４と
接続電極２３は、光透過性の高いＩＴＯでもよい。この
ときは太陽電池の発電を、上部電極側より入射した光で
行うことができるので、二次電池を備えた腕時計に組み
込むときに、太陽電池素子２２を上向きにして配置する
ことができる。

【０１１３】透明絶縁膜１５は、チッ化シリコンで説明
したが、酸化シリコンなどの透明な酸化物や、ポリエチ
レンなどの透明な樹脂でもよい。また透明保護膜１６
は、ポリエチレンなどの透明な樹脂、酸化シリコンなど
の透明な酸化物、チッ化シリコンなどの透明な窒化物で
もよい。

【０１１４】下部電極１２及び上部電極１４及び接続電
極２３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。

【０１１５】

【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、太陽電池の一部に光が当たらない状態
であっても、発電電圧が下がることがなく、電子機器を
駆動することができる。

【０１１６】これは、光の当たっている素子列のそれぞ
れが、複数の太陽電池素子の直列接続で構成されている
ので、発電面積が低下しても、直列接続の段数が変わら
ず、発電電圧が下がらないためである。

【０１１７】二次電池を備える腕時計に組みこんだ、本
発明の太陽電池では、太陽電池の一部に光が当たらない
状態であっても、発電電圧が下がらないので、二次電池
に充電を行うことができる。

【０１１８】本発明の太陽電池では、隣り合った素子列
同士の間隔に対し、線状に形成された素子列の線幅を充
分に小さくすることによって、太陽電池素子の発電層の
色と上部電極と接続電極の色が肉眼で知覚できなくな
る。したがって、ほぼ無色透明の太陽電池を得ることが
できる。

【０１１９】また本実発明の太陽電池では、透明基板側
から入射した光で発電を行う。そして、透明基板側から
発電層に入射した光のうち、発電層で吸収されずに上部
電極まで到達した光が、上部電極で反射されて、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。

【０１２０】本発明の太陽電池は、発電層の色と上部電
極と接続電極の色が肉眼で知覚できず、外観が、ほぼ無
色透明であるので、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平面図
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の変形例における太陽電池
の平面図である。

【図５】従来例の太陽電池を示す平面図である。

【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１２】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１３】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。

【図１５】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１６】二次電池を備えた腕時計の充電回路の模式図
である。

【図１７】太陽電池の動作電圧、電流を示すグラフであ
る。

【図１８】本発明の実施の形態における太陽電池の動作
電圧、電流を示すグラフである。

【図１９】従来例の太陽電池の動作電圧、電流を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０透明基板２１共通電極２２太陽電池素子２４素子列２５出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、所定の間隔を介して線状
に形成された複数の素子列と、当該素子列を並列に接続
する共通電極と、当該素子列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、前記素子列は、透明基板上に設ける下部電極と当該下部
電極上に設ける発電層と当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、当該太陽電池素子を被覆す
るように形成する透明絶縁膜と、当該透明絶縁膜の開口
部を介して上部電極と隣接する太陽電池素子の下部電極
を接続するように設ける接続電極とを有していることを
特徴とする太陽電池。
【請求項２】前記太陽電池素子は、直列に接続されて
いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】前記太陽電池素子は、それぞれほぼ等し
い面積であることを特徴とする請求項１記載の太陽電
池。
【請求項４】透明基板上に、所定の間隔を介して線状
に形成された複数の素子列と、当該素子列を並列に接続
する共通電極と、当該素子列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、前記素子列は透明基板
上に設ける下部電極と当該下部電極上に設ける発電層と
当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、当該太陽電池素子を被覆するように形成する透明絶
縁膜と、当該透明絶縁膜の開口部を介して上部電極と隣
接する太陽電池素子の下部電極を接続するように設ける
接続電極とを有していることを特徴とする太陽電池の製
造方法であって、前記透明基板上に下部電極を形成し発
電層を形成し上部電極を形成して太陽電池素子を形成す
る工程と、当該太陽電池素子を被覆するように透明絶縁
膜を形成し接続電極を形成する工程と、前記透明保護膜
を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池の製
造方法。
【請求項５】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
針との間に太陽電池を配置することを特徴とする時計で
あって、前記太陽電池は透明基板上に所定の間隔を介して線状に
形成された複数の素子列と、当該素子列を並列に接続す
る共通電極と、当該素子列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、前記素子列は、透明基
板上に設ける下部電極と当該下部電極上に設ける発電層
と当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、当該太陽電池素子を被覆するように形成する透明
絶縁膜と、当該透明絶縁膜の開口部を介して上部電極と
隣接する太陽電池素子の下部電極を接続するように設け
る接続電極とを有していることを特徴とする太陽電池で
あることを特徴とする太陽電池を用いた時計。