JPH0742147U - 太陽電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エネルギ−源として駆動能力の改善を図った複
合型太陽電池を使用しながら、外部から太陽電池が認識
できない構成およびカラフルな外装部品としてデザイン
の多様化が図れる太陽電池装置を提供すること。 【構成】複合型太陽電池の前面に干渉フィルタ−層、高
屈折率材料層、蛍光体含有層などから構成される着色拡
散層を配置する。 【効果】可視〜近赤外波長範囲の光を発電に利用でき、
かつ太陽電池の存在を遮蔽できるので、外観品質に優れ
た多様な明るい外観色を表現できるので、従来に比して
デザインの自由度が大幅に広がりこれまで以上に多用途
への応用が可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光をエネルギ−源として使用する太陽電池装置に関するものであり、 さらに詳しくは外観上はいろいろな色合いを呈することが可能な太陽電池装置に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、単結晶シリコンや多結晶シリコンおよびアモルファスシリコンは太陽電 池として時計、電卓、ラジオなどのエネルギ−源に使われている。しかしながら 、従来は太陽電池をそのまま使用していたので、太陽電池の色が見えてしまい外 装部品として好ましいものではなかった。特に時計などの場合にはデザインの多 様性を阻害する大きな要因であり改善が強く望まれていた。

【０００３】 これに対して本考案者らは先に蛍光体もしくはりん光体を含有した着色拡散層 および干渉フィルタ−層もしくは高屈折率材料層と白色拡散層との組み合わせよ りなる着色拡散層を挿入することにより、エネルギ−源として太陽電池を使用し ながら太陽電池が認識できない構成およびカラフルな外装部品としてデザインの 多様化が図れる太陽電池装置を提案した。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記提案により、従来と同様に太陽電池を配置した通常の男性用腕時計におい ては白色を含むカラフルな外観を呈する太陽電池時計が得られたが、より太陽電 池素子面積の小さなもの、例えば女性用腕時計などにおいては太陽電池自身の駆 動能力不足のために商品として成立できないという問題がある。しかしながら一 方では女性用腕時計においてもいろいろな色合いを有する太陽電池時計の実現が 強く望まれている。

【０００５】 本考案の目的は、エネルギ−源として駆動能力の改善を図った太陽電池を使用 しながら太陽電池が認識できない構成およびカラフルな外装部品としてデザイン の多様化が図れる太陽電池装置を提案することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の太陽電池装置における太陽電池は、近赤外波長範囲に吸収ピ−クを有 する結晶化シリコンからなる太陽電池と可視波長範囲に吸収ピ−クを有するアモ ルファスシリコンからなる太陽電池との積層からなり、その前面に着色拡散層を 配置することにより構成される。

【０００７】 着色拡散層としては、蛍光体もしくはりん光体・高屈折率材料層・干渉フィル タ−層などが用いられる。

【０００８】

【作用】

外部から太陽電池装置に侵入してきた光は、各種の着色拡散層によって反射光 と透過光に分離される。反射光は拡散作用により散乱光として観測者に戻り外観 色として認識される。このために指向性のない色の表現が可能となる。一方、透 過光は太陽電池素子に到達し、分光感度に従って素子に吸収され発電に寄与する ことにより太陽電池として機能する。

【０００９】 この際、アモルファスシリコン層と結晶化シリコン層を積層配置することによ り、入射光のうち可視波長範囲の光は分光感度の高いアモルファスシリコン層に 吸収され、アモルファスシリコン層を透過した近赤外波長範囲の光は結晶化シリ コン層に吸収されそれぞれに発電に寄与する。このため従来は発電に寄与してい なかった波長範囲の光も積層配置の場合には発電に使うことができ見かけ上の発 電能力は２倍に増加する。これに合わせて着色拡散層の光透過範囲を可視から近 赤外にかけて最適化する必要があるが上記に記したいずれの着色拡散層において も対応は可能である。可視波長範囲においては外観色を表現する必要から色によ って一部透過の少ない範囲が規定されるが近赤外波長範囲においては外観色とは 全く関係ないためできるだけ透過光が多くなるように設計することが望ましい。

【００１０】

【実施例】

本考案の第１の実施例における太陽電池装置を図１〜図４を用いて説明する。 図１は太陽電池時計の従来の文字板に相当する部分から上を模式的に示した断面 模式図である。時計ケ−ス１１内には複合型太陽電池１２上に着色拡散層１３が 配置され、その表面を文字板として兼用することにより太陽電池時計を構成した 。図２および図３はそれぞれ複合型太陽電池１２および着色拡散層１３の構成を 示す断面模式図である。複合型太陽電池の作成方法から説明すると、まずステン レスからなる基板１２１上にアモルファスシリコン膜を堆積しレ−ザ−照射する ことによりポリシリコン薄膜を形成した後、順次ｐ型のポリシリコン層（ｐ−ｐ ｏｌｙ Ｓｉ）１２２、ｎ型のポリシリコン層（ｎ−ｐｏｌｙ Ｓｉ）１２３を 形成することによりｐｎ接合を形成した。この後、上部に透明電極層１２４を形 成することによりポリシリコン太陽電池２１を構成した。ついでプラズマＣＶＤ 法を用いてアモルファスシリコン中に元素をド−ピングすることにより順次ｐ型 のアモルファスシリコン層（ｐ−α−Ｓｉ）１２５、ｉ型のアモルファスシリコ ン層（ｉ−α−Ｓｉ）１２６、ｎ型のアモルファスシリコン層（ｎ−α−Ｓｉ） １２７を形成し、その上部に透明電極層１２８を形成することによりアモルファ スシリコン太陽電池２２を構成した。このようにしてポリシリコン太陽電池２１ の上にアモルファスシリコン太陽電池２２が積層した複合型太陽電池１２が構成 される。最後に外部環境から太陽電池を保護するために透明電極層１２８上から 全体を数十ミクロン厚の樹脂のような透明保護層１２９にてモ−ルドする。

【００１１】 着色拡散層１３はここでは太陽電池側から見て第１の白色拡散層、干渉フィル タ−層、第２の白色拡散層となるように構成した。ここで、先の複合型太陽電池 を覆った透明保護層１２８の表面を３００番相当のＳｉＣ粉末でホ−ニング処理 することにより第１の白色拡散層としての機能を兼用させた。この時の白色拡散 層の表面凸凹深さは４〜５ミクロン、透過率は８５パ−セント程度であった。次 いでプラスチックからなる透明基板１３１の片面上に高屈折率材料（Ｈ）として ＴｉＯ₂ を、低屈折率材料（Ｌ）としてＳｉＯ₂ を使用し（ＨＬ）² Ｈ構造の青 色外観を呈する干渉フィルタ−層１３２を形成した。この干渉フィルタ−層のエ ネルギ−透過率は約８０パ−セントであった。さらに透明基板１３１の他の基板 上にはラッカ−中に炭酸カルシウム粉末を混合したものを塗布することにより第 ２の白色拡散層１３３を得た。第２の白色拡散層１３３は干渉フィルタ−層１３ ２からの反射光を散乱光として観測者に戻すことにより外観色を認識させる機能 を担っているため明るいクリア−な外観色を表現するためには透過率はできる限 り大きい方が良い。ここでは上記手法により透過率９０パ−セントを得た。

【００１２】 上記のようにして作成された着色拡散層と複合型太陽電池との関係を図４に示 す。可視〜近赤外波長範囲における青色干渉フィルタ−の透過率とアモルファス シリコン太陽電池および結晶化シリコン太陽電池の分光感度を示している。分光 感度の高い波長範囲における透過率が高い程太陽電池に到達するエネルギ−は多 くなるが、図からも明らかなように本実施例においては外観色として明るい青色 を呈しながらアモルファスシリコン太陽電池および結晶化シリコン太陽電池に有 効に光エネルギ−が到達していることが判る。実際に図１に示すような太陽電池 時計で性能評価した結果、太陽電池の起電力、太陽電池の遮蔽性および外観品質 ともすべての性能が両立していることが確認された。

【００１３】 ついで、図５に示すように先の着色拡散層構成の干渉フィルタ−層を高屈折率 材料層に変更した場合について示す。第１の白色拡散層を複合型太陽電池側に作 成した点および第２の白色拡散層２３３の作成方法については先の実施例と同様 にして、プラスチックからなる透明基板２３１上に高屈折率材料層２３２として 屈折率２．３０のＴｉＯ₂ 薄膜を５４ｎｍ程度（λ／４相当）成膜することによ り着色拡散層１３とした。この時のエネルギ−透過率は約８０パ−セントであっ た。この時の着色拡散層と複合型太陽電池との関係を図６に示す。図から明らか なように本実施例においても白色っぽい外観色を呈しながら下に位置するそれぞ れの太陽電池にはエネルギ−が有効に到達していることが判る。

【００１４】 さらに、着色拡散層として蛍光体を含んだ場合について図７に示す。ここでは 透明なメタクリル酸メチル中に炭酸カルシウム粉末を混入した拡散透過層３３１ 中に蛍光体３３２として蛍光増白顔料（日本触媒 商品名「エポカラ−ＭＡ１０ ０２ＦＷ」）を２．０重量パ−セント含有させ０．５ｍｍ厚のシ−トに成形する ことにより着色拡散層１３とした。この時のエネルギ−透過率は約６５パ−セン トであった。着色拡散層と複合型太陽電池との関係を図８に示すがこの場合も先 の実施例と同様に明るい白色外観と太陽電池へのエネルギ−供給が両立できてい ることが判る。また、メタクリル酸メチル中に直接蛍光体を混入しても同様な着 色拡散層を作成することが可能である。

【００１５】 上記の実施例においては複合型太陽電池として可視波長範囲に吸収ピ−クを有 するアモルファスシリコン太陽電池と近赤外波長範囲に吸収ピ−クを有する結晶 化シリコン太陽電池との組み合わせを示したが、他にも吸収ピ−クを少しずつ変 えたタンデム構造あるいはシリコン以外の材料による太陽電池との組み合わせな ども可能である。従来は一種類の太陽電池構成で他の波長範囲の光エネルギ−は 発電に何ら寄与していなかったが、吸収ピ−クの違った太陽電池を組み合わせる ことによりそれぞれの波長範囲での発電が可能となり、それに合わせた着色拡散 層の設計が可能である。また、干渉フィルタ−層および蛍光体を含んだ場合には 多種多様なカラ−表現が可能となる。

【００１６】 本考案の応用範囲は上記実施例に限定されるものではなく種々の構成が可能で ある。例えば太陽電池および透明基板片面上に本考案の構成を形成し、他の透明 基板片面は別用途例えば文字板基板として用いることも勿論可能である。この際 には文字板として必要な文字部以外はすべて太陽電池として機能するため従来よ り見かけ上の太陽電池性能を改善することができる。さらに本考案により太陽電 池の存在が遮蔽できるようになったために従来は配置できないような場所に有効 に太陽電池を配置したり、外観品質に問題があり従来は使用できなかったレベル の太陽電池が使用できるようになる。また、着色拡散層の構成要件はすべて薄層 形状に形成可能であるため数百ミクロンのスペ−スがあれば十分であるためほと んど制約無く太陽電池装置に応用することができる。

【００１７】

【考案の効果】

本考案によれば、可視〜近赤外波長範囲にわたって太陽電池として機能しつつ 、外部からはその存在を全く遮蔽することが可能となり外観品質に優れた明るい カラ−表現ができるので従来に比してデザインの自由度が大幅に広がりこれまで 以上に多用途への応用が可能となる。さらに太陽電池の見かけ上の効率が良くな るために従来より小さな受光面積で使用できるようになるため従来以上に小型機 器への太陽電池の応用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である太陽電池時計の断面模
式図である。

【図２】複合型太陽電池の構成を示す断面模式図であ
る。

【図３】干渉フィルタ−層を用いた場合の着色拡散層の
構成を示す断面模式図である。

【図４】本考案における太陽電池の分光感度と干渉フィ
ルタ−層の透過率の波長依存性を示す図である。

【図５】高屈折率材料層を用いた場合の着色拡散層の構
成を示す断面模式図である。

【図６】本考案における太陽電池の分光感度と高屈折率
材料層の透過率の波長依存性を示す図である。

【図７】蛍光体を含有した拡散透過層を用いた場合の着
色拡散層の構成を示す断面模式図である。

【図８】本考案における太陽電池の分光感度と蛍光体含
有拡散透過層の透過率の波長依存性を示す図である。

【符号の説明】

１１ 時計ケ−ス １２ 複合型太陽電池 １３ 着色拡散層 ２１ ポリシリコン太陽電池 ２２ アモルファスシリコン太陽電池 １２２ ｐ−ｐｏｌｙ Ｓｉ １２３ ｎ−ｐｏｌｙ Ｓｉ １２４、１２８ 透明電極層 １２５ ｐ−α−Ｓｉ １２６ ｉ−α−Ｓｉ １２７ ｎ−α−Ｓｉ １２９ 透明保護層 １３１、２３１ 透明基板 １３２ 干渉フィルタ−層 １３３、２３３ 第２の白色拡散層 ２３２ 高屈折率材料層 ３３１ 拡散透過層 ３３２ 蛍光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7376−4Ｍ Ｙ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 １．０ミクロン前後の近赤外波長範囲に
   吸収ピ−クを有する結晶化シリコンからなる太陽電池と
   ０．６ミクロン前後の可視波長範囲に吸収ピ−クを有す
   るアモルファスシリコンからなる太陽電池との積層から
   なる複合型太陽電池の前面に、該複合型太陽電池の発電
   に寄与する可視から近赤外波長範囲の光の少なくとも一
   部の波長範囲を反射し、他の波長範囲を透過する着色拡
   散層が設けられていることを特徴とする太陽電池装置
2. 【請求項２】 前記着色拡散層が白色拡散層と干渉フィ
   ルタ−層との組み合わせにより構成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の太陽電池装置
3. 【請求項３】 前記着色拡散層が白色拡散層と高屈折率
   材料層との組み合わせにより構成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の太陽電池装置
4. 【請求項４】 前記着色拡散層が蛍光体もしくはりん光
   体を含有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電
   池装置