JP2006210797A - 薄膜太陽電池およびそれを用いた光起電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、薄膜太陽電池を載置する際に発生する反りを矯正することを可能にした薄膜太陽電池およびそれを用いた光起電力装置を供給することを目的とする。
【解決手段】 本発明の薄膜太陽電池１０は、貫通孔１４が形成されており、貫通孔１４の開口部には、開口部の中心方向に向かって突出する凸部１５が複数設けられている。従って、貫通孔１４に、例えば位置合わせピン等を挿入することで薄膜太陽電池１０を固定することができる。これは、凸部１５が位置合わせピンによって湾曲し、元に戻ろうとする力を利用して薄膜太陽電池１０を固定している。よって、反りが生じた薄膜太陽電池１０を水平に維持した状態で固定することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびそれを用いた光起電力装置に関し、特に薄膜太陽電池の反りを矯正した状態で載置することを可能にした薄膜太陽電池およびそれを用いた光起電力装置に関するものである。

従来、例えば、表示部に設けられた表示面の全体、もしくは一部に太陽電池の受光面を配置して、この受光面に受けた光により発電を行うことによって、得られた電力により少なくとも表示部の表示機能の一部が稼動するように構成された装置がある。

これらの中で最も典型的な光起電力装置としては、文字板の全体もしくは一部の代わりに太陽電池の受光面を配置した腕時計がある。この種の腕時計は、文字板の表面となるべき所に太陽電池の受光面を設けているので、表示面以外に受光面を設ける必要がなく、受光面を設けるためのスペ−スを節約することができる。特に小さな腕時計において、消費電力を充分にまかなう発電能力を備えた太陽電池を容易に内蔵することができる。

図６（Ａ）を参照して、薄膜太陽電池１００は複数に分割された太陽電池１０２が載置されており、その上部に貼着された透明被膜には時刻を示すための数字やマークが印刷されている。そして、薄膜太陽電池１００の周辺部には位置決め穴１１０が形成されている。この位置決め穴１１０は薄膜太陽電池１００を基板１０１に正確に載置するために設けられている。

図６（Ｂ）を参照して、基板１０１の表面には、位置決めピン１１１が突出するように形成されている。薄膜太陽電池１００は、位置決め穴１１０に位置決めピン１１１を収納させることで基板１０１上の所定の箇所に載置されている。

このようにして薄膜太陽電池１００を用いた光起電力装置１２０が形成されている（特許文献１を参照）。
特開２００２−９０４７５号公報

しかしながら、上述したような薄膜太陽電池では、以下のような問題点がある。

薄膜太陽電池１００は、太陽電池１０２の上面および下面をフィルムから成る保護膜１０３が被覆された構造であるため、保護膜１０３の内部応力から薄膜太陽電池１００に反りが生じてしまう。従って、民生用機器に組み込む際は反りを矯正しながらセットしなければならなかった。

また、位置決め穴１１０と位置決めピン１１１との間には隙間が形成されているため、薄膜太陽電池が剥がれる危険性があった。

本発明は、このような問題を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、正確且つ容易に薄膜太陽電池を所定の箇所に固定することを可能にした薄膜太陽電池およびそれを用いた光起電力装置を提供することにある。

本発明の薄膜太陽電池は、太陽電池と、太陽電池の上面を被覆する第１の保護膜と、太陽電池の下面を被覆する第２の保護膜と、太陽電池、第１の保護膜および第２の保護膜を貫通する貫通孔とを具備し、貫通孔の開口部には、開口部の中心方向に向かって突出する凸部が複数設けられることを特徴とする。

また、本発明の薄膜太陽電池は、凸部は太陽電池、第１の保護膜、および第２の保護膜の積層体から成ることを特徴とする。

また、本発明の薄膜太陽電池は、貫通孔は複数個設けられることを特徴とする。

また、本発明の薄膜太陽電池は、貫通孔は、第１の保護膜の開口径よりも第２の保護膜の開口径が大きいことを特徴とする。

また、本発明の薄膜太陽電池は、貫通孔は、第１の保護膜の開口径よりも第２の保護膜の開口径が小さいことを特徴とする。

また、本発明の薄膜太陽電池は、太陽電池、第１の保護膜および第２の保護膜を貫通する位置合わせ孔が形成されることを特徴とする。

また、本発明の光起電力装置は、太陽電池の上面に第１の保護膜が貼着され、太陽電池の下面には第２の保護膜が貼着され、太陽電池、第１の保護膜および第２の保護膜を貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の開口部には、開口部の中心方向に向かって突出する凸部が複数設けられた薄膜太陽電池と、貫通孔と対応する位置に突出部が形成された支持体とを具備し、貫通孔に突出部を挿入することで、凸部が湾曲した状態で薄膜太陽電池が所定の位置に固定されることを特徴とする。

更に、本発明の光起電力装置は、薄膜太陽電池には、太陽電池、第１の保護膜および第２の保護膜を貫通する位置合わせ孔が形成されており、突出部が位置合わせ孔に挿入されることで、薄膜太陽電池が所定の位置に載置されることを特徴とする。

本発明の薄膜太陽電池によると、貫通孔が形成されており、貫通孔の開口部には、開口部の中心方向に向かって突出する凸部が複数設けられている。従って、貫通孔に、例えば位置合わせピン等を挿入することで薄膜太陽電池を固定することができる。これは、凸部が位置合わせピンによって湾曲し、元に戻ろうとする力を利用して薄膜太陽電池を固定している。よって、反りが生じた薄膜太陽電池を水平に維持した状態で固定することが可能となる。

また、本発明の薄膜太陽電池によると、凸部は太陽電池、第１の保護膜、および第２の保護膜の積層体から形成されている。従って、凸部は薄膜太陽電池を同じ材料から形成されているので、製造コストを上昇させることなく、薄膜太陽電池を水平に固定することができる。

また、本発明の薄膜太陽電池によると、貫通孔が複数個形成されるので、反り大きかったり、複雑であったとしても水平に固定することができる。

また、本発明に薄膜太陽電池によると、貫通孔は、第１の保護膜の開口径よりも第２の保護膜の開口径が大きく形成されている。従って、位置合わせピン等が貫通孔に挿入されやすく、組立工程などを効率化することが可能となる。

また、本発明の薄膜太陽電池によると、貫通孔は、第１の保護膜の開口径よりも第２の保護膜の開口径が小さく形成されている。従って、位置合わせピン等が貫通孔に挿入される際に、貫通孔の断面と位置合わせピンの側面とが接触することを防止することができるので、薄膜太陽電池を構成する保護膜と太陽電池とが剥がれたり、太陽電池が破損したりすることを抑止される。

また、本発明の薄膜太陽電池によると、太陽電池、第１の保護膜および第２の保護膜を貫通する位置合わせ孔が形成されている。従って、位置合わせ孔によって薄膜太陽電池を正確な位置に載置し、貫通孔によって薄膜太陽電池を水平に固定することが可能となる。

また、本発明の光起電力装置によると、支持体に設けられた突出部が凸部を有する貫通孔に挿入されることで、凸部が湾曲した状態で薄膜太陽電池が支持体に固定されている。従って、薄膜太陽電池に反りが生じていても、凸部が元に戻ろうとする力によって薄膜太陽電池が機械的に固定されているため、薄膜太陽電池を水平に保持されており、高い信頼性を有する。また、凸部が湾曲することにより、突出部の位置にズレが生じていても薄膜太陽電池を固定することができる。

更に、本発明の光起電力装置によると、薄膜太陽電池には位置合わせ孔が形成されている。従って、薄膜太陽電池を正確に載置すると同時に、水平に保持することが可能となる。

以下に記述する実施の形態では、腕時計用の薄膜太陽電池を例に挙げて説明していくが、採用製品は多種多様である。小型のものでは、例えば、電卓、電話、携帯機器などの電子機器に適用できる。また、電力を得て機械的に動いたり、音声を出だしたりする人形、動物を象った模型などの玩具類のデザイン性を有するものに適用できる。

図１および図２を参照して、本形態の薄膜太陽電池を説明する。図１（Ａ）は、本形態の薄膜太陽電池１０の上面図であり、図１（Ｂ）は本形態の薄膜太陽電池１０の断面図である。そして図１（Ｃ）は、貫通孔１４付近の拡大図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、本形態の薄膜太陽電池１０はフィルムタイプの薄膜太陽電池であり、太陽電池１１の表面に第１の保護膜１２が貼着され、裏面には第２の保護膜１３が貼着されている。そして、薄膜太陽電池１０の表面から裏面に貫通する貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は、薄膜太陽電池１０を載置する際に、位置合わせピンなどが挿入される箇所である。

太陽電池１１は、薄型の太陽電池素子を用いたものであればよく、例えばアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスシリコンゲルマニウムなどをｎ／ｉ／ｐまたはｐ／ｉ／ｎに積層したものである。そして、太陽電池素子を挟むように電極層と透明電極層が設けられている。電極層は、厚さ約０．１〜１．０μｍの金属膜である。電極層の材料としてはタングステン、アルミニウム、チタン、ニッケル、または銅等が挙げられる。しかし、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極を用いても良い。透明電極は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）等の透明導電膜（厚さ約０．３〜１．０μｍ）である。本形態では、太陽電池１１は４つに分割配置されており、直列に接続されている。しかし、太陽電池１１の形状は製品仕様により任意に形成され、例えば、三角形や四角形などでもよい。

第１の保護膜１２および第２の保護膜１３には、ポリエチレンテレフタレート等から成る厚さ約２５〜１０００μｍ程度のフィルム体を採用することができる。そして、エチレン−酢酸ビニル重合体等の熱可塑性樹脂からなる接着剤によって、太陽電池１１に貼着されている。本形態では、第１の保護膜１２に厚さ５０μｍの耐熱性が向上されたＰＥＴを採用し、第２の保護膜には汎用のＰＥＴを採用している。しかし、これらの保護層は、透明であり、貼り合わせることが可能な材料であればよい。

図１（Ｃ）を参照して、貫通孔１４は、プレス加工によって形成される。従って、プレスに用いられる金型によってその形状を任意に形成することができる。本形態では、星形状に形成されている。そして、貫通孔１４の開口部には、開口部の中心方向に向かって突出するバリのような凸部１５が複数個形成されている。凸部１５の数は特に限定されない。凸部１５は薄膜太陽電池１０と一体で形成され、同じ材料から成る。

貫通孔１４は、薄膜太陽電池１０を載置する際に、位置合わせピンなどが挿入される箇所である。凸部１５は位置合わせピンが挿入された際に湾曲する。そして、凸部１５が元に戻ろうとする力を利用して薄膜太陽電池１０が固定される。従って、薄膜太陽電池１０が反っていても、薄膜太陽電池１０を水平になるように載置すれば、薄膜太陽電池１０を水平の保持することができる。

この薄膜太陽電池１０の反りが発生する原因は、第１に保護膜に使用されるフィルム自体に反りが発生しやすいからである。例えば、ロール状に巻かれたフィルムを採用した場合では、フィルムの反りが生じるやすい。第２に、第１の保護膜１２および第２の保護膜１３の材質や膜厚が異なることが挙げられる。そして第３に、太陽電池１１は異なる材料から成る積層体であるため、太陽電池１１が内部応力を持っていることが挙げられる。従って、薄膜太陽電池１０の構造上、反りを完全になくすことは非常に困難である。しかし、本形態の薄膜太陽電池１０では、反りの方向、反り具合に影響されることなく、薄膜太陽電池１０の反りを矯正し、所定の箇所へ載置することが可能である。また、貫通孔１４の数を増やすことによって、薄膜太陽電池１０の反りが複雑であっても、薄膜太陽電池１０を水平に維持した状態で固定することができる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、凸部１５について詳述する。

図２（Ａ）を参照して、貫通孔１４の開口径Ｄ１は、挿入される位置合わせピンなどの径よりも大きく形成される。そして、複数形成されている凸部１５の先端を結んだラインの開口径Ｄ２は、位置合わせピンなどの径よりも小さく形成されることが望ましい。これは、貫通孔１４に位置合わせピンなどを挿入した際に、凸部１５によって薄膜太陽電池１０を固定するためである。

本形態における凸部１５は、三角形状であり、貫通孔１４の内側に連続して形成されている。しかし、凸部１５は薄膜太陽電池１０を固定することができる形状であればよい。例えば、凸部１５の先端を曲線状に形成したり、挿入される位置合わせピンなどの形状に即した形状にしたりすることで、薄膜太陽電池１０の固定強度を向上させることができる。具体的には、位置合わせピンの形状が円柱状であれば、凸部の先端を円柱の側面に沿うような曲線状に形成することもできる。

図２（Ｂ）は、貫通孔１４に位置合わせピンなどである突出部２２を挿入した際の断面図である。薄膜太陽電池１０の湾曲した部分が凸部１５Ａ、１５Ｂである。そして、凸部１５Ａおよび凸部１５Ｂが元に戻ろうとする力が突出部２２を挟むように作用している。そして、凸部１５は突出部２２を囲むように複数個形成されているので、薄膜太陽電池１０を支持体２１上に固定することができる。

図３を参照して、他の実施形態について説明する。本形態では、貫通孔１４の開口径において、第１の保護膜１２側と第２の保護膜１３側との径が異なる。

図３（Ａ）を参照して、第１の保護膜の開口径よりも第２の保護膜の開口径が小さく形成されている。従って、突出部２２が貫通孔１４に挿入される際に、凸部１５の先端に位置する第２の保護膜１３と突出部２２とが接触してから凸部１５が湾曲し始める。つまり、貫通孔１４の断面と位置合わせピンとが接触することなく、凸部１５を湾曲させることができるので、保護膜と太陽電池とが剥がれることを防止することができる。また、積層構造である太陽電池１１が破損することも防止することができる。

また、図３（Ｂ）を参照して、貫通孔１４において、第１の保護膜１２の開口径よりも第２の保護膜１３の開口径が大きく形成されている。このことにより、突出部２２が貫通孔に挿入されやすく、組立工程などで作業効率を向上させることが可能となる。

このような貫通孔１４は、円錐状の金型を用いてプレス加工することにより形成することができる。図３（Ａ）に示す貫通孔１４は、第１の保護膜１２側から、円錐状の金型の頂点方向を下にしてプレスすることによって形成される。同様に、図３（Ｂ）示す貫通孔１４では第２の保護膜１３側から金型を当接し、プレス加工を施すことによって形成される。

図４を参照して、他の実施形態について説明する。本形態では貫通孔１４の他に位置合わせ孔１６が形成されている。位置合わせ孔１６も貫通孔１４と同様に、太陽電池１１、第１の保護膜１２および第２の保護膜１３を貫通するように形成されている。

位置合わせ孔１６は、薄膜太陽電池１０を所定の箇所に正確に載置するために設けられた孔である。位置合わせ孔１６には凸部が形成されないので、薄膜太陽電池１０を正確に所定の位置へ載置することができる。従って、貫通孔１４と併設されることにより、薄膜太陽電池１０を水平に載置すると同時に、薄膜太陽電池１０の位置精度を向上させることが可能となる。ここでは、位置合わせ孔１６が一つ形成されており、貫通孔１４は二つ形成されているがそれぞれの数は任意に決定することができる。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、本形態の光起電力装置２０を説明する。光起電力装置２０は、上述したような薄膜太陽電池１０を支持体２１上に設けられた突出部２２によって固定することで形成される。従って、光起電力装置２０は、薄膜太陽電池１０が水平に固定されているので、発電効率に優れる。また、光起電力装置２０は、薄膜太陽電池１０の剥脱が抑止されているため、高い信頼性を有する。

支持体２１の材料は特に限定されないが、薄膜太陽電池１０の性能および発電効率を維持するために、水平を保つことができる強度を有することが好ましい。具体的には、時計のムーブメント部、枠体などが挙げられる。

突出部２２は、支持体２１の表面に貫通孔１４と対応して形成されており、薄膜太陽電池１０を所定の位置に載置するために設けられている。その大きさは例えば、高さ１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、直径０．７ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。本形態では、円柱状の突出部を図示しているが、ひょうたん型のように薄膜太陽電池１０が当接する部位を他の部分よりも細く形成することで薄膜太陽電池１０の機械的固定強度を向上させることもできる。

また、薄膜太陽電池１０に、貫通孔１４の他に位置合わせ孔が形成された場合は、位置合わせ孔と対応する突出部２２が形成される。前述したように、位置合わせ孔には凸部が形成されていないため、突出部２２とほぼ遊びがない状態で嵌合する。従って、この突出部２２によって薄膜太陽電池１０の位置精度が向上した光起電力装置となる。

（Ａ）−（Ｃ）は、本発明の薄膜太陽電池を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の薄膜太陽電池を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の薄膜太陽電池を説明する図である。 本発明の薄膜太陽電池の製造方法を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）は、従来の薄膜太陽電池および光起電力装置を説明する図である。

符号の説明

１０ 薄膜太陽電池
１１ 太陽電池
１２ 第１の保護膜
１３ 第２の保護膜
１４ 貫通孔
１５ 凸部
１６ 位置合わせ孔
２０ 光起電力装置
２１ 支持体
２２ 突出部
Ｄ１ 開口径
Ｄ２ 開口径

Claims (8)

1. 太陽電池と、
   前記太陽電池の上面を被覆する第１の保護膜と、
   前記太陽電池の下面を被覆する第２の保護膜と、
   前記太陽電池、前記第１の保護膜および前記第２の保護膜を貫通する貫通孔とを具備し、
   前記貫通孔の開口部には、前記開口部の中心方向に向かって突出する凸部が複数設けられることを特徴とする薄膜太陽電池。
2. 前記凸部は前記太陽電池、前記第１の保護膜、および前記第２の保護膜の積層体から成ることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
3. 前記貫通孔は複数個設けられることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
4. 前記貫通孔は、前記第１の保護膜の開口径よりも前記第２の保護膜の開口径が大きいことを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
5. 前記貫通孔は、前記第１の保護膜の開口径よりも前記第２の保護膜の開口径が小さいことを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
6. 前記太陽電池、前記第１の保護膜および前記第２の保護膜を貫通する位置合わせ孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
7. 太陽電池の上面に第１の保護膜が貼着され、前記太陽電池の下面には第２の保護膜が貼着され、
   前記太陽電池、前記第１の保護膜および前記第２の保護膜を貫通する貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の開口部には、前記開口部の中心方向に向かって突出する凸部が複数設けられた薄膜太陽電池と、
   前記貫通孔と対応する位置に突出部が形成された支持体とを具備し、
   前記貫通孔に前記突出部を挿入することで、前記凸部が湾曲した状態で前記薄膜太陽電池が所定の位置に固定されることを特徴とする光起電力装置。
8. 前記薄膜太陽電池には、前記太陽電池、前記第１の保護膜および前記第２の保護膜を貫通する位置合わせ孔が形成されており、
   前記突出部が前記位置合わせ孔に挿入されることで、前記薄膜太陽電池が所定の位置に載置されることを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
   
   

Images