JP2001284618A

JP2001284618A - 太陽電池とその製造方法及びそれを用いた時計

Info

Publication number: JP2001284618A
Application number: JP2000090528A
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させ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。【解決手段】金属基板上に設けた透明絶縁層上に所定
の間隔を介して線状に形成された複数の素子列とからな
り、前記素子列は、前記透明絶縁層上に設ける下部電極
と発電層と上部電極とが順次積層されてなる太陽電池素
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。

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５０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５０
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５０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５０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５０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、表面平滑な金属基板
上に設けた透明絶縁層上に、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、金属基板
上に透明絶縁層を形成する工程と、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。

【００１９】また本発明の太陽電池では、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。

【００２０】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。

【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、金属基板と透明
絶縁層と、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の実施の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は本実施の形態の太陽電池を
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
した金属基板１０と、その上に形成された透明絶縁層１
１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、金属基板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、本実施の形態の太陽電池は、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、金属
基板１０上に設けた透明絶縁層１１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が順次積層
されて構成される。

【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】本実施の形態の太陽電池は、上部電極１４
側より入射した光で発電を行う構成になっている。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
ける金属基板の温度上昇によって、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。

【００３５】下部電極１２と上部電極１４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、透明絶縁層１１側から５〜２０ｎｍのｐ型と、１０
０〜１０００ｎｍ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。

【００３６】さらに接続電極２３も光透過性の高いＩＴ
Ｏ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。

【００３７】本実施の形態の太陽電池は、上部電極１４
側から入射した光で発電を行う。そして、上部電極１４
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１
０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。

【００３８】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２２を形成していない金属基板１
０とほぼ同じになる。

【００３９】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
時計を駆動させるに充分な発電量が得られ、かつ外観上
発電層１３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１０で、素子列２４の線幅が５μ〜２
０μ、隣り合った素子列２４同士の間隔が１００μ〜８
０μである。このときの太陽電池の外観は、太陽電池素
子２２を形成していない金属基板１０とほぼ同じであ
る。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】（第１の実施の形態の太陽電池の製造方法
の説明）つぎに本実施の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。

【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】つぎに、図６に示すように透明絶縁層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。

【００４６】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。

【００４７】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２２及び共通電極２１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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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、金属基板
１０に１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力を印加する。

【００６１】その後、図１２に示すように、接続電極２
３としてＩＴＯ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。

【００６２】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。

【００６３】このときの接続電極２３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。

【００６４】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。

【００６５】（第１の実施の形態の太陽電池を適用した
時計の説明）次に、本実施の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１と図２と図３に示した本実施形態の太
陽電池は、腕時計の文字板に用いる。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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】そして文字板８１には、金属基板１０上
に、透明絶縁層１１と、複数の太陽電池素子２２からな
る複数の素子列２４と、共通電極２１と、透明保護膜１
６とを形成した太陽電池を用いる。さらに文字板８１
は、ムーブメント８７の上に配置する。

【００７２】このとき、太陽電池の向きは、素子列２４
が１２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、太陽電池の発電電圧
が低下しないようにするためである。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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１４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２１をも覆い
隠す。したがって、共通電極２１が外から見えることは
ない。

【００７７】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。

【００７８】本実施の形態の太陽電池は、発電層１３の
色が肉眼で知覚できず、太陽電池素子２２を形成してい
ない金属基板と外観上ほぼ同じであるので、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。

【００７９】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。

【００８０】（第１の実施の形態の太陽電池の二次電池
への充電機構の説明）本実施の形態の太陽電池は、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。

【００８１】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１５と図１６を用いて説明
する。図１５は、二次電池を備える腕時計の充電回路の
模式図であり、図１６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。

【００８２】図１５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。

【００８３】図１５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。

【００８４】図１６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。

【００８５】図１に示す本実施の形態の太陽電池を、図
１４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１７を用いて説明する。なお、
腕時計は図１５に示す充電回路を備えているものとす
る。

【００８６】図１７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。

【００８７】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。

【００８８】本実施の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。

【００８９】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１７
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。

【００９０】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。

【００９１】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１５と図１８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１５に示す充電回路を備えているものとする。

【００９２】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。

【００９３】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。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。

【００９４】曲線７７は曲線７２と交点６９が存在する
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。

【００９５】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。

【００９６】（第１の実施の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。

【００９７】図４において太陽電池は、矩形の形状をし
た金属基板１０と、その上に設けられた透明絶縁層１１
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。

【００９８】第１の共通電極３１ａと第２の共通電極３
１ｂは、金属基板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。

【００９９】素子列２４の構造は、第１の実施の形態と
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の実施形態
と同じであるので、説明を省略する。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】さらに本実施形態の太陽電池では、矩形の
金属基板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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】下部電極１２および上部電極１４および接
続電極２３は、透明な電極としては、ＩＴＯに限らずＳ
ｎＯ２、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、ｎｉ
ｐダイオード構造でもよい。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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
１０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。

【０１１２】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のとき、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。

【０１１３】

【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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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
た時計を示す一部断面図である。

【図１５】二次電池を備えた腕時計の充電回路の模式図
である。

【図１６】太陽電池の動作電圧、電流を示すグラフであ
る。

【図１７】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１８】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金属基板１１透明絶縁層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】金属基板上に設けた透明絶縁層上に、所
定の間隔を介して線状に形成された素子列と、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、前記透明絶縁層上に設ける下部電極と発
電層と上部電極とが順次積層されてなる太陽電池素子
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】前記太陽電池素子の面積はそれぞれほぼ
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】金属基板上に設けた透明絶縁層上に、所
定の間隔を介して線状に形成された素子列と、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、前記透明絶縁層上に設ける下部電極と発電層と
上部電極とが順次積層されて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、金属基板上に透明絶縁層を形成する工程と、
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、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、文字板とを備える時計であっ
て、前記文字板は、金属基板上に設けた透明絶縁層上に、所
定の間隔を介して線状に形成された素子列と、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を形成してな
り、前記素子列は、前記透明絶縁層上に設ける下部電極
と発電層と上部電極とが順次積層されてなる太陽電池素
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
池を用いた時計。