JP4748830B2 - 太陽電池付き電子機器及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に関するものであり、特に詳しくは、太陽電池と情報表示手段とが組み合わされた電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池を電子腕時計を含む情報表示手段の1次電池として用いる場合には、電気エネルギーに変換するための光を受けるために、太陽電池モジュールを文字盤の位置に配置する方法が多く用いられる。
【0003】
つまり、図3に示すように、太陽電池を基板上に形成した太陽電池モジュール3を時計の情報表示手段4の位置に配置し、これをそのまま文字盤として用いる。そして、光を電気エネルギーに変換してリチウムイオン電池などの2次電池に充電し、この2次電池から電気エネルギーをとりだして時計を駆動させることとなる。
また、もう一つの手段として図4に示すように太陽電池モジュール3を時計の文字盤1aの下に配置する方法もとられる。どちらの場合でも、4個の太陽電池素子にて合成起電力を得る太陽電池モジュールでは、通常、図9に示す形状のものが用いられる。
図9に示される様な太陽電池の配置形態に於いては、図10に示す様に、当該4個の太陽電池6の電極部同士を、一部の電極部を延長した延長電極5を用いて直列に接続し、その両端に設けた取り出し電極7、7’から、起電力を取り出す様に構成されている。
【0004】
また、従来に於ける太陽電池6は、図14(A)に示す様に、当該太陽電池6を透明性基板11上に電極12及び14と例えばP−I−N接合型の非晶質シリコン膜13とを積層して形成したものであり、動作時の起電力が0.5V程度にとどまるため、電子腕時計の電源として用いる場合、1個の素子ではリチウムイオン電池等の2次電池に充電させることが出来ない。
【0005】
そこで、透明性基板11上に複数個の太陽電池素子を配置して、これらの素子6を直列接続した構成とすることにより加算された起電圧を得て、2次電池への充電を行う構造がとられる。
【0006】
図14(B)に太陽電池6の接続構造の断面を模式的に示す。この太陽電池6は、ガラスからなる透明性基板11上に第1の透明電極12を形成し、その上にP−I−N接合型の非晶質シリコン膜(a−Si膜と略記)13を形成し、さらにその上に金属膜からなる第2の電極14を形成したものである。
【0007】
基板11の下方からの入射光によりa−Si膜13に発生する光起電力は、a−Si膜13をはさんでいる第1の透明電極12と金属膜からなる第2の電極14から取り出すことができる。
【0008】
当該透明性基板11上の積層構造は図14(B)のほぼ中央部で、左右に分割されていて、その両側は別の太陽電池素子領域をなしているので、便宜上、左側を素子A、右側を素子Bと呼ぶことにする。
【0009】
素子Aの金属膜からなる第2の電極14と素子Bの第1の透明電極12が連結されており、これによって二つの太陽電池6、6’は直列接続している。
【0010】
図14(B)以外の箇所でも、隣接する素子の太陽電池6、6’の金属膜からなる第2の電極14と透明導電膜からなる第1の透明電極12を同様に接続してあり、これにより透明性基板11上に形成した複数の素子の太陽電池6、6’を直列接続して、所望の起電圧の太陽電池を構成しているのである。
【0011】
つぎに、このような太陽電池の製造方法を図14(A)乃至図14(B)を参照しながら説明する。
【0012】
まず、図14(A)に示す様に、透明性基板11上に第1の透明電極12を形成する。例えば熱CVD法によってSnO2膜を形成する。
【0013】
そして、このSnO2膜をレーザー加工法にて所望の電極形状にパターニングする。つぎに、第1の透明電極12上にCVD法によってa−Si膜13を積層し、これをレーザー加工法により所望の形状にパターニングする。
【0014】
さらに、第1の透明電極12とa−Si膜13の上に金属からなる第2の電極膜14となる金属膜をスパッタリングで成膜し、再度この金属膜からなる第2の電極14をレーザー加工法にて所望の電極形状にパターニングする。
【0015】
こうして、図14(B)に示すような接続断面構造をもった、図9又は図10のような太陽電池セルが完成する。接続部以外の断面構造は図14(A)に示すようになる。
係る従来の情報表示手段1と太陽電池6を含む太陽電池モジュール3との関係は、当該太陽電池6が不透明で、特殊な色をしている事等から、当該時計の文字盤1aや液晶表示装置1bを含む電子機器の情報表示手段1の表面に使用する事は困難であり、例えば当該文字盤1aと一体に形成するとか、当該文字盤1aの下側に配置する事が一般的であり、その為に、例えば当該時計用の文字盤であれば、当該文字盤1aに適当に孔部を形成して、太陽光が当該太陽電池6に入射しえる様に構成するとか、当該文字盤を黒っぽい色或いは当該太陽電池6の存在が目立たない半透明型にするか、当該太陽電池6そのものを外部に見せる様にする方法が採用されて来ている。
【0016】
その他の従来例としては、図11に示す様に、文字盤の周囲に環状に太陽電池6を配置する構成の時計も見られる。
【0017】
然しながら、係る構成を持つ時計では、汎用性に乏しく、設計が特殊であり、従ってコストが高くなり、又特殊な用途に限定されるか、そうでなくとも限られた数量の製品しか流通しない性格のものでしかなかった。
【0018】
同様に、時計以外の情報表示手段1として、例えば液晶を使用した表示手段と太陽電池6で駆動する様な電子機器に於いても、当該不透明な太陽電池を当該液晶表示手段1bの表面に配置する事は不可能であり、また当該液晶表示手段1bに太陽光を透過させる孔部を設ける事は困難である。
【0019】
更に、上記の技術上に欠点を解消する方法として、透明性基板上に細幅の線状体で構成された太陽電池を形成し、人の目では知覚しえない様に構成した太陽電池を使用して情報表示手段の上面を被覆する様にした時計或いは液晶表示装置が提案されてはいるが、パターンは目視出来ないが、全体に赤味がかかって見えると言う欠点があった。
【0020】
上記のような従来の太陽電池付き時計では、太陽電池モジュールを時計の文字盤として配置した場合は文字盤のデザインが太陽電池モジュールで制限される。
【0021】
また、太陽電池モジュールを文字盤の下に配置した場合でも、文字盤には必ず透光性が必要となり、材料やデザインなどに制約を受ける。つまり、様々な材料やデザインの文字盤を自由に用いることができない。
【0022】
もし、太陽電池6を形成した基板からなる太陽電池モジュール3に光の透過性を持たせ、且つ当該太陽電池6が人間の目で認識出来ない形態に出来れば、この太陽電池6を形成した基板からなる太陽電池モジュール3を液晶表示装置、文字盤等の情報表示手段上に、或いは風防ガラス等に用いることで文字盤や液晶表示装置のデザインに制約のない太陽電池時計を含む電子機器を作成することが可能となる。
【0023】
更に、より細い幅を持つ細幅の線状体からなる太陽電池で、光起電力を効率的に得られる様に構成する事によって、発電量を増大せしめることが可能となると同時に、当該太陽電池の微細化も可能となる。
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記従来の欠点を改良し、透明性基板上に人の目に知覚しえない様な細幅の突起状又は溝状線条体部の少なくとも一部に太陽電池を形成させる事によって、透明な太陽電池モジュールを構成し、それによって、所定の情報表示手段の表示面の少なくとも一部を被覆する様にした、太陽電池で駆動される情報表示手段付きの電子機器を提供するものである。
更には、発電量を必要以上に低下させることなく、太陽電池モジュールが赤みを帯びて見える現象を回避する事が可能な、太陽電池を使用した電子機器、太陽電池モジュール或いは当該太陽電池モジュールを使用した電子時計等を提供するものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る太陽電池モジュールは、透明性基板の表面に線状の突起又は溝が複数形成されており、前記突起又は前記溝の少なくとも一部の面であって、前記透明性基板の表面と平行でない面に太陽電池が形成されており、前記突起又は前記溝は、互いに間隔をあけて配置されており、それにより前記太陽電池は、互いに間隔をあけて配置されることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【0025】
つまり、本発明に係る当該電子機器に於いては、特に当該透明性基板の表面上に形成された複数本の突起状又は溝状線条体部の特に側面、或いは傾斜面に太陽電池を形成し、係る特殊な構成によって、当該突起状又は溝状線条体部の側壁面や傾斜面に形成された太陽電池を利用して入射光をより多く集光し、それによってより効率的な発電を行う様に構成したものであり、更には、太陽光の透過方向に対する当該太陽電池の断面積は、従来の太陽電池に比べて、相対的に小さく出来るので、太陽電池モジュールが赤味を帯びて見える問題を解消する事も可能となる。
【0026】
更に、本発明に係る別の態様としては、透明性基板表面に複数の突起状又は溝状線条体部を形成し、当該突起状又は溝状線条体部の少なくとも一部に太陽電池が形成されており、当該太陽電池は、当該透明性基板の透明性の大部分を阻害しないように細幅の線条体上に形成されており、然も当該太陽電池は、当該透明性基板の少なくとも一方の主面上の所定の面に突出する様に形成されている太陽電池モジュールである。
【0027】
又、本発明に係る更に別の態様としては、文字盤の上方に、上記した太陽電池モジュールを配置したことを特徴とする太陽電池付き時計である。
【発明の実施の形態】
本発明に係る太陽電池モジュール或いは当該太陽電池モジュールを使用した電子機器は上記した様な技術構成を採用しているので、ラテラル型の太陽電池を太陽電池モジュール内に組み込んだ構成になっている事から、基板上に非晶質シリコン膜を成膜してなる太陽電池において、非晶質シリコンの最小幅を200ミクロン以下とし、肉眼で認識できない大きさとすることで、太陽電池を形成した基板に光透過性を持たせることができ、然も、従来の太陽電池と比べて、それ程発電力を低下させることなしに、従来の太陽電池で問題となっていた視認性の向上と赤味の発生を防止する事が出来るので、デザイン性の必要なあらゆる工業製品に応用できるものである。
【実施例】
以下に、本発明に係る太陽電池付きの電子機器の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
即ち、図1乃至図3は、本発明に係る当該電子機器の一具体例の構成を示す図であって、図1中、情報表示手段1の情報表示面2の大部分が太陽電池6を有する透明性基板4によって被覆されている電子機器10であって、当該太陽電池6は、当該透明性基板4の透明性の大部分を阻害しないように、当該透明性基板4上に形成された細幅の線条体形状からなる複数の突起状又は溝状線条体部50の少なくとも一部に形成されているものであり、且つ当該太陽電池6は、当該透明性基板4の少なくとも一方の主面上の所定の面に形成されている電子機器10が示されている。
【0029】
本発明に係る当該太陽電池6は、当該突起状又は溝状線条体部50の一部であって、且つ当該透明性基板4の表面とは平行にない面に形成されている事を特徴とするものである。
【0030】
以下に本発明に係る電子機器10に於ける当該太陽電池が、突起線条体部50で構成される場合の具体例を図1(A)及び図1(B)に示す。
【0031】
つまり、本発明に係る当該電子機器10で突起線条体部50を使用した一具体例は、図1(A)に示されている様に、当該太陽電池6は、当該突起線条体部50に於ける当該透明性基板4の面に対して略直角な壁面部51、つまり側壁部に形成されているものであっても良く又、図1(B)に示されている様に、当該太陽電池6は、当該突起線条体部50に於ける当該透明性基板4の平面に対して所定の角度に形成された傾斜面部52に形成されているもので有っても良い。
【0032】
又、図2(A)は、本発明に於ける当該電子機器10が時計であって、当該情報表示手段1が文字盤1aである例を示したものであって、当該時計の風防ガラス70内部に設けた時分針8、9の下部に設けられた文字盤1aの上に当該太陽電池モジュール3が当該文字盤1aの少なくとも一部、好ましくは全面を覆う様に配置されたものである。
【0033】
図2(A)に於いては、明記されてはいないが、当該情報表示手段1と当該太陽電池6を含む透明性基板4からなる太陽電池モジュール3とは、ある程度の間隔が開いている事が好ましい。
【0034】
又、図2(B)は、当該風防ガラス70の内面に図1に示す様な当該太陽電池モジュール3が、太陽電池6を含む当該突起線条体部50が突出する面を当該文字盤の方向となる様に張りつけた構成を有するものである。
【0035】
尚、図2(A)及び図2(B)中、21は必要により設けられる当該文字盤1の支持体であり、又22は、当該時分針の駆動モーター有するムーブメントを示す。
【0036】
本発明に於ける当該太陽電池付き電子機器10に於いては、上記した様に、情報表示手段1の情報表示面の大部分が太陽電池6を有する突起線条体部群50が複数本配置された透明性基板4によって被覆されている事が望ましく、当該太陽電池6は、当該透明性基板4の透明性の大部分を阻害しないように当該透明性基板4上の突起線条体部50の一部に形成されているものである。
【0037】
本発明に於ける当該情報表示手段1は、特に特定されるものではないが、例えば液晶表示手段1b、数字、画像からなるディスプレイ盤、或いは時計の文字盤1b等から選択された一つである事が望ましい。
【0038】
従って、本発明に於ける当該電子機器10の一例としては、デジタル若しくはアナログ式の時計である。
【0039】
又、本発明に於ける当該太陽電池6を含む当該突起線条体部50のそれぞれは、当該透明性基板4から突出して形成されている事が必要であり、その結果当該太陽電池6は、当該風防ガラス70及び当該透明性基板4を透過した太陽光と、文字板等から反射される反射光を受けて発電する様に構成されているものである。
【0040】
つまり、本発明に於ける当該突起線条体部50は、図1(A)に示す様に、矩形状に形成された突起部であっても良く、又図1(B)に示す様にその断面が3角状である様な突起部であっても良い。
【0041】
本発明に於ける当該突起状線条体部50の少なくとも一部に形成された太陽電池6は、例えば、図1(A)及び図1(B)に示す様に、当該突起状線条体部50の側壁部51又は傾斜面52に当接している第1の透明電極12が積層され、更に当該第1の透明電極12の上に発電層である例えば、非晶質シリコン層13が形成され、更にその上に透明導電性膜若しくは金属導電性膜からなる第2の電極14が形成された構造を有するものである。
【0042】
つまり、本発明に於いては、図1(A)の具体例に於いては、外部から入射する比較的斜めの入射太陽光と、当該文字盤1a等から反射する反射太陽光とを受光して、又本発明に於いては、図1(B)の具体例に於いては、外部から入射する直射的入射太陽光と、当該文字板1a等から反射する反射太陽光とを受光して、当該太陽電池6に於て、発電が行われるものであり、当該太陽電池が、当該透明性基板4上に平面的に形成されている従来例の太陽電池モジュールに比べて、直接入射される太陽光の光量は少なくなるが、斜めに入射される太陽光と文字板1a等から反射する反射太陽光とから従来の太陽電池に於ける発電量に比べて、それ程実用上問題となる発電量の低下はなく、むしろ、当該透明性基板4の表面から垂直に見た時の当該太陽電池6の当該透明性基板4に占める面積を小さく出来ることから、当該太陽光が、当該太陽電池6を構成するアモルファスシリコン(非晶質シリコン)層13に於て、青色に近い光の周波数が吸収される事から発生する当該太陽電池6間の透明基板4に赤味が発生する事を効果的に防止する事が可能となる。
【0043】
本発明に於ける当該太陽電池6を有する突起状線条体部50が形成された当該透明性基板4は、当該情報表示手段1に対して、光源の入射方向側に配置されていて、且つ、当該透明性基板4から突出して形成された当該太陽電池6を含む当該突起状線条体部50は、当該透明性基板4に於ける当該情報表示手段1に対向する面に形成されている事も望ましく、又、当該突起状線条体部50は、当該透明性基板4に於ける当該情報表示手段1に対向する面とは反対の面に形成されている事も好ましい。
【0044】
更に、本発明に於いては、当該透明性基板4の表面積に対する当該太陽電池素子6の総面積の比が5〜20%である事が望ましい。
【0045】
又、本発明に於ける当該太陽電池6を含む当該透明性基板4から突出した当該突起状線条体部50は、透明或いは、適宜の着色材が混入されている保護膜53で被覆されている事も好ましい。
【0046】
本発明に於ける当該情報表示手段1は、液晶表示手段1b、数字、画像盤、或いは時計の文字盤1a等から選択された一つである事が望ましい。
【0047】
一方、本発明に於ける、複数の当該突起状線条体部50は、互いに平行に若しくは所定の間隔を介して互いに隣接して配置されている事が望ましく、然かも、当該細幅の突起状線条体部50の幅及び当該各細幅の線条体50の配列間隔は、当該太陽電池を含む当該細幅の突起状線条体部50が人間の目で知覚されない様な条件に設定されている事が必要である。
【0048】
本発明に於ける当該細幅の突起状線条体部50は、直線もしくは曲線で構成されている事が好ましい。
【0049】
又、本発明に於いて、当該太陽電池6を含む当該突起状線条体部50が形成された当該透明性基板4の光透過率が70%以上である事が好ましい。
【0050】
又、本発明に於いては、当該太陽電池6を含む当該細幅の突起状線条体部50の幅は200μm以下である事が好ましい。
【0051】
更に、本発明に於いては、当該太陽電池6を含む当該突起状線条体部50の幅は20μm以下である事も好ましい。
【0052】
一方、本発明に於ける当該太陽電池6を含む複数本の当該突起状線条体部50相互の間隔は、少なくとも50μmである事が好ましい。
【0053】
例えば、本発明に於ける当該太陽電池素子6が、図1(A)の構成を有している場合には、当該太陽電池素子6の総面積は、
素子総面積 = (溝の深さ×溝の長さ)×素子本数
で表されるものであり、当該太陽電池6としての発電能力の要請から素子面積が決定され、素子特性から導出される基板表面積に対する太陽電池素子総面積の比が、5乃至20%となるように設計される事が望ましい。
【0054】
例えば、男持ち時計用セルの表面積が〜4cm2 である場合には、素子の表面積は、0.2〜0.8cm2 である事が望ましい。
【0055】
その場合の当該突起状線条体部50の高さは1〜20μm、密度は、当該溝部の深さが5μmの場合でピッチが約100μm程度が好ましい。
【0056】
次に、本発明に於いては、当該透明性基板4上に形成された当該複数個の当該細幅の突起状線条体部群50は、互いに並列的に接続されている事が望ましく、直線状の細幅の突起状線条体部50が互いに平行に配列されているもので有っても良く、又、湾曲状の細幅の線条体50が同心的、或いは並列的に所定の間隔を以て配列されているもので有っても良い。
【0057】
例えば、図5は、本発明に係る当該太陽電池モジュール3に形成された太陽電池6を含む細幅の突起状の線条体部50の配置構成例であり、同心状に複数の円弧状の細幅の突起状条線条体部50が図示の様に配置されると共に、当該湾曲状の個々の細幅の線状体50間を接続するブリッジ部36が適宜の場所に配置されている構成を示している。
【0058】
つまり、図5の当該細幅の突起線条体部50の配置パターンはクモの巣状であると言える。
【0059】
又、図6は、本発明に於ける当該太陽電池モジュール3の他の具体例の構成を示すものであり、当該透明性基板4上に形成された当該太陽電池6を含む複数個の当該細幅の突起状線条体部50群は、互いに異なる複数の組、本具体例では4組(50a〜50d)に分割され、当該それぞれの組を構成する複数の細幅の突起状線条体部50同志は、互いに並列的に配置されその基部に於て電極部37で接続されており、且つ当該複数の組同志は、互いに適宜の接続電極38によって直列的に接続されているものである。
【0060】
又、図7は、本発明に係る当該太陽電池モジュール3の他の構成例を示すものであって、本具体例に於いては、図6の具体例と同様に当該透明性基板4上に形成された当該複数個の当該細幅の突起状線条体部50群は、4組に分割され、当該一の組を構成する互いに並列的に配置されている複数の細幅の突起状線条体部50aは、他の組を構成する互いに並列的に配置されている複数の細幅の突起状線条体部50bと互いインタリーブ状に嵌入しあう様に配置せしめられているものである。
【0061】
一方、図8は、本発明に係る当該太陽電池モジュール3の別の構成例を示すものであって、本具体例に於いては、図6の具体例と同様に当該透明性基板4上に形成された当該複数個の当該細幅の突起状線条体部50群は、4組に分割され、当該一の組を構成する互いに並列的に配置されている複数の細幅の突起状線条体部50cは、他の組を構成する互いに並列的に配置されている複数の細幅の突起線条体部50dとその配列方向が互いに異なる様に配置せしめられているものであり、本具体例に於いては、互いに90度その配列方向が異なっているものである。
【0062】
同様に、全ての隣接する組に於ける配列方向も、互いに90度その配列方向が異なっているものである。
【0063】
本発明に於ける当該太陽電池6に於ける当該2つの電極12、14に挟まれた当該発電層は、単結晶シリコンで有っても良く又非晶質シリコン膜であっても良いが、他の光起電力を有する材料であれば如何なるものでも使用可能である。
【0064】
本発明に於ける当該電子機器10に於ける当該情報表示手段1の表面は、入射された太陽光を効率的に反射しうる様に構成されている事が望ましい。
【0065】
具体的には、当該液晶表示手段或いは文字盤等の表面に光を容易に反射させる様に構成しておく事が望ましい。
【0066】
本発明に於いては、当該太陽電池モジュール3を時計等の風防ガラス70の下側、つまり太陽光が入射する面とは反対側の面、即ち情報表示手段1に面した面に配置することが好ましい。
本発明に於いては、上記した様な構成を採る事によって、太陽電池素子を肉眼で認識することができなくなり、太陽電池素子6を含む突起状線条体部50の形成されていない部分を透過する光によって、太陽電池を形成した太陽電池モジュールの裏面にある部材を、当該太陽電池モジュールの外側から目視によって確認する事ができる。従って、時計の風防ガラス等にこの太陽電池を用いた場合、デザインに制約のない太陽電池時計を作成することが可能となる。
【0067】
然も、本発明に於いては、当該太陽電池6そのものの起電力を従来の太陽電池よりも増大させる事が可能であり、それによって、駆動時間の延長が可能となると共に、太陽電池そのものの微細化も可能となる。
【0068】
本発明に於ける当該太陽電池6は、当該突起状線条体部50の透明性本体部の壁部51若しくは傾斜面部52に当接する部分に配置されている第1の透明電極12と、当該透明電極12に当接して設けられた発電層13と当該発電層13に当接して設けられた金属層からなる第2の電極14若しくは透明電極層14の第2の電極で構成されている事が望ましいが、当該太陽電池6の第1と第2の電極層12、14は何れも透明電極層で有っても良い。
【0069】
当該発電層13は、非晶質シリコン膜である事が好ましい。
以下に、図1に示された様な本発明に係る当該太陽電池6を含む突起状線条体部50と透明性基板4を含む太陽電池モジュール3を構成する方法の一具体例に付いて詳細に説明する。
【0070】
本発明においては、太陽電池素子を含む突起線条体部50を形成するための透明性基板4として、ガラスやプラスチック等の透明基板を用いる。
【0071】
太陽電池素子を作成する手順としては、まず図12(A)に示す様に、透明性基板4上に適宜のレジスト55を塗布した後、適宜のフォトリソグラフィー技術を使用して、レジストパターン40を形成する。
【0072】
その後、図12(B)に示す様に、当該レジストパターン40をマスクとしてフッ酸又は、RIE処理等のエッチング方法により上記基板4の表面をエッチングして当該基板表面に溝部56を形成する。
【0073】
次いで、図12(C)に示す様に、当該透明性基板4の全面に亘ってRFスパッタリング法によって酸化インジウムスズ(ITO)等の透明導電膜:ITO、SuO2 、ZuOを使用して第1の透明電極12を形成する。
【0074】
その後、図12(D)に示す様に、P−CVD法を使用してp−型アモルファスシリコン膜(a−Si膜)13−1とi−型アモルファスシリコン膜(a−Si膜)13−2とn−型アモルファスシリコン膜(a−Si膜)13−3とをこの順に順次積層して3層からなる発電層13を形成する。
【0075】
次いで、図12(E)に示す様に、上記したn−型アモルファスシリコン膜(a−Si膜)13−3の上にRFスパッタリング法によって酸化インジウムスズ(ITO)等の透明導電膜:ITO、SuO2 、ZuOを使用して第2の透明導電膜14を形成する。
【0076】
尚、係る第2の透明電極14は、金属からなる導電性の膜で形成されるもので有っても良い。
【0077】
最後に、図12(F)に示す様に、当該透明性基板4の凸部50、即ち突起線条体部50に相当する突起部の上面部の第1の透明電極12、発電層13及び透明な第2の電極14を例えばMCP法等を使用して除去した後、当該基板4の凹部溝56に埋め込まれている上記3層の膜体を例えば、イオンビームエッチング或いは異方性ドライエッチング法を使用して、当該突起部50の側壁部51に当接している当該3層の膜体を残して、その他の部分は除去する事によって、当該突起部50の側壁部51にのみ、太陽電池素子6を形成する様にする。
【0078】
本発明に係る当該突起状線条体部50の壁面部51に形成された太陽電池6の詳細な構造は、図13の拡大図に示されている。
【0079】
上記具体例は、当該透明性基板4に凹凸状の溝部を形成し、その突起部50の側壁に太陽電池6を配置したものであるが、図1(B)に示す様に、当該突起部50を断面が例えば三角状の突起部に形成し、その傾斜面部52に上記した第1の透明電極12、発電層13及第2の透明な第2の電極14からなる発電層を形成して太陽電池6とする事も可能である。
【0080】
上記具体例に於て、p型のa−Si膜13−1を成膜するには、プラズマCVD装置内にシランガス500sccmと0.1sccm〜1sccmのジボランガスを導入し、装置内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、50W〜300Wの高周波電力(13.56MHz)を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を250℃とした電極上に基板をおいて行う。
【0081】
又上記したi型のa−Si膜13−2を成膜するには、プラズマCVD装置内にシランガス500sccmを導入し、装置内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、50W〜300Wの高周波電力(13.56MHz)を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を250℃とした電極上に基板1をおいて行う。
【0082】
更に、上記したn型のa−Si膜13−3を成膜するには、プラズマCVD装置内にシランガス500sccmと0.1sccm〜1sccmのホスフィンガスを導入し、装置内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、50W〜300Wの高周波電力(13.56MHz)を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を250℃とした電極上に基板をおいて行う。
【0083】
更に、本発明に於いては、図1(A)及び図1(B)に示す様に、当該太陽電池モジュール3を含む突起線条体部50の表面を適宜の保護膜53或いは基体よりも屈折率の低い反射防止膜54で被覆する様にしたもので有っても良い。
【0084】
本発明に於ける太陽電池モジュールに有っては、上記によって形成された各太陽電池発電素子を例えば導電性ペーストで直列接続し、合成された起電力を生じるものにする。この後、上面に保護膜として、透明樹脂を塗布するなどして図14(B)に示す様な接続構造を有する太陽電池ユニット、つまり図6乃至図8に於ける太陽電池ユニット35a〜35dが完成する。
【0085】
尚、図15(A)乃至図15(F)は、隣接する太陽電池ユニット35間の接続電極部の形成方法の一例を示す図であり、先ず図15(A)に示す様な基板4上に第1の透明電極12(下部電極膜)が形成されその上に適宜のレジスト40が形成されている当該太陽電池ユニット35の取り出し電極端部近傍に於て、図15(B)に示す様に、当該レジスト膜40をリソグラフィー技術を使用して、所望の形のレジストパターン40を形成する。
【0086】
そして、このレジストパターン40をエッチングマスクとして第1の透明電極12のエッチングを行い図15(C)とする。
【0087】
次に、レジストを剥離した後、図15(D)に示す様にa−Si膜13と第2の電極12を連続成膜し、この上に所望のレジストパターン41を形成する。
【0088】
更に、このレジストパターン41をエッチングマスクとして第2の電極14であるITOとa−Si膜13のエッチングを行い、図15(E)とする。
【0089】
ここで、図15(B)に示す様に下部電極膜であるITOも同様の形状でエッチングしたい場合には、エッチングの後、剥離をせずに図15(G)に示すようにつなぎ部分のみ新しいレジストパターン42にて覆って、この状態でさらにITOのエッチングを行う。
【0090】
図15(E)の形状を得たい場合には、この工程は必要ない。
【0091】
この後、レジストを剥離し、導電ペースト80にて下部電極12と上部電極14をつなぎ、保護膜81を塗って図15(F)の構造を得る。
【0092】
尚、本発明の具体例に於ける当該ITOのドライエッチングは、例えば、トライエッチング装置内に100sccm〜200sccmのHBrガスとOsccm〜50sccmのArガスを導入し、装置内の圧力を20mTorr〜50mTorrとして、これに1000W〜2000Wの高周波電力(13.56MHz)を印加して生成したプラズマによって行われる。
【0093】
本発明に係る上記した太陽電池モジュールの基本的な構成としては、透明性基板表面に太陽電池6が形成された突起線条体部50が複数本互いに平行状態で形成されており、当該太陽電池6は、当該透明性基板の透明性の大部分を阻害しないように、当該基板表面から見た投影断面積は、従来に比べてかなり小さくなっている。
【0094】
従って、本発明に於いては、当該太陽電池6の当該透明性基板4の全表面積に占める比率は小さく出来るので、その分当該太陽電池6の配置個数を増大させる事が可能となる。
【0095】
本発明に於ける当該太陽電池を含む突起線条体部50は当該透明性基板の少なくとも一方の主面上に突出する様に形成されているものである。
【0096】
従って、本発明に係る当該太陽電池モジュールは、透明の保護膜によって被覆されている事が望ましい。
【0097】
次に、本発明に於ける他の具体例として、太陽電池を構成する当該突起状又は溝状線条体部として、溝状線条体部50’を使用した例を図1(C)及び図1(D)を参照しながら説明する。
【0098】
即ち、本発明に於いては、図1(C)及び図1(D)に示す様に、透明基板4の一主面の所定の面にV型或いは凹部形状の溝部50’を形成し、その側壁部51或いは傾斜面52に、上記したと同様の構成を有する太陽電子素子を形成し、太陽電池6とするものである。
【0099】
係る具体例の太陽電池を製造する方法は、前記した具体例の技術を応用する事によって容易に形成出来ると共に、太陽電池モジュールの構成、電子機器の構成等も上記具体例と同様の条件を適用する事が可能である。
【0100】
【発明の効果】
このようにして作成した太陽電池モジュール3は、例えば素子の占有面積が20%で表示部の面積が80%で作成すれば、80%の光を透過して、文字盤を見せるために使えることとなる。そして、素子のサイズが100ミクロン以下になると人間の目には認識しづらくなり、実質的には透明部材となる。 つまり、文字盤にはいっさいの制約がなく自由なデザインが可能となる。
【0101】
また、太陽電池にデザインを施せば、文字盤の上に新たなデザインを付け加えた新しい時計も実現できる。
【0102】
以上、述べたごとく、本発明は、基板上に非晶質シリコン膜を成膜してなる太陽電池において、非晶質シリコンの最小幅を200ミクロン以下とし、肉眼で認識できない大きさとすることで、太陽電池を形成した基板に光透過性を持たせることができ、デザイン性の必要なあらゆる工業製品に応用できる太陽電池を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)〜図1(D)は、本発明による太陽電池付き電子機器の構成の一例を示す断面図である。
【図2】図2(A)は、本発明による太陽電池付き時計の構成例を示す断面図であり、図2(B)は、本発明による太陽電池付き時計の他の構成例を示す断面図である。
【図3】図3は、従来の太陽電池付き時計の一例の構成を示す断面図である。
【図4】図4は、従来の太陽電池付き時計の他の例の構成を示すを示す断面図である。
【図5】図5は、本発明による太陽電池モジュールの一構成例を示す平面図である。
【図6】図6は、本発明による太陽電池モジュールの他の構成例を示す平面図である。
【図7】図7は、本発明による太陽電池モジュールの別の構成例を示す平面図である。
【図8】図8は、本発明による太陽電池モジュールの更に他の構成例を示す平面図である。
【図9】図9は、従来の太陽電池モジュールの例を示す平面図である。
【図10】図10は、従来の太陽電池モジュールの他の例を示す平面図である。
【図11】図11は、従来の太陽電池モジュールの別の例を示す平面図である。
【図12】図12は、本発明に於ける太陽電池素子の製造方法の一具体例の工程を説明する図である。
【図13】図13は、本発明に於ける太陽電池素子の構成の拡大図である。
【図14】図14(A)及び図14(B)は、従来に於ける太陽電池モジュールに於ける電極の接続部を構成する前の膜構造の例と接続部を構成した後の構造とを示す図である。
【図15】図15(A)乃至図15(D)は、本発明に係る太陽電池モジュールに於ける電極の接続部を構成する方法の一例を示す図である。
【図16】図16(E)乃至図16(G)は、本発明に係る太陽電池モジュールに於ける電極の接続部を構成する方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…情報表示手段
2…情報表示面
3…太陽電池モジュール
4…透明性基板
6…太陽電池
7、7’…取り出し電極
8、9…時分針
10…電子機器
12…第1の透明電極
13…発電層
14…第2の電極
40…レジスト
35…太陽電池ユニット
50…突起線条体部
51…壁面部
52…傾斜面部
53…保護膜
54…反射防止膜
70…時計の風防ガラス
Claims (16)
- 透明性基板の表面に線状の突起又は溝が複数形成されており、
前記突起又は前記溝の少なくとも一部の面であって、前記透明性基板の表面と平行でない面に太陽電池が形成されており、
前記突起又は前記溝は、互いに間隔をあけて配置されており、それにより前記太陽電池は、互いに間隔をあけて配置される
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池は、前記突起又は前記溝の面であって、前記透明性基板の表面に対して略直角な面に形成されている事を特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池は、前記突起又は前記溝の面であって、前記透明性基板の表面に対して所定の角度に形成された斜面に形成されている事を特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池は、透明の保護膜によって被覆されている事を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記突起又は溝は、当該突起又は溝の少なくとも一部の面に形成された太陽電池が並列に接続されている組を形成している事を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
- 複数の前記組が形成されており、
互いに異なる前記組に属する前記突起又は溝の少なくとも一部の面に形成された太陽電池は直列に接続されている事を特徴とする請求項5記載の太陽電池モジュール。 - 異なる前記組に属する前記突起又は溝は、互いにインタリーブ状に嵌入し合う様に配置されている事を特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュール。
- 異なる前記組に属する前記突起又は溝は、互いにその配列方向が異なる様に配置されている事を特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュール。
- 情報表示手段と、
請求項1乃至8の何れかに記載の太陽電池モジュールと、
を有し、
前記情報表示手段の情報表示面が前記太陽電池モジュールによって被覆されている事を特徴とする電子機器。 - 前記透明性基板は、前記情報表示手段に対して、光源の入射方向側に配置され、
前記突起又は溝は、前記透明性基板に於ける前記情報表示手段に対向する面に形成されている事を特徴とする請求項9記載の電子機器。 - 前記透明性基板は、前記情報表示手段に対して、光源の入射方向側に配置され、
前記突起又は溝は、前記透明性基板に於ける前記情報表示手段に対向する面とは反対の面に形成されている事を特徴とする請求項9記載の電子機器。 - 前記情報表示手段の表面は、入射された光を反射しうる様に構成されている事を特徴とする請求項第10乃至11の何れかに記載の電子機器。
- 前記透明性基板の光透過率が70%以上である事を特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記突起又は前記溝の幅は200μm以下である事を特徴とする請求項1乃至8及び13の何れかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記突起又は前記溝の幅は20μm以下である事を特徴とする請求項1乃至8及び13の何れかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記突起又は前記溝相互の間隔は、少なくとも50μmである事を特徴とする請求項1乃至8及び13乃至15の何れかに記載の太陽電池モジュール。
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