JPH0529163U - 時計用太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デザイン上の制限が少なく、太陽電池を集積
する必要がなく、かつ、太陽電池の一部に入る光線がさ
えぎられても全く作動しなくなることのない時計用太陽
電池をうる。 【構成】 文字盤の一部またはすべてに配置される時計
用太陽電池において、該太陽電池の構造がｐｉｎ構造を
構成単位とし、該ｐｉｎ構造が繰返される多層構造であ
り、該多層構造の光入射側半導体がＳｉＣまたはＳｉＣ
Ｎ半導体、その他のｐ層、ｉ層、ｎ層がそれぞれｐ型、
ｉ型、ｎ型のアモルファス半導体または微結晶半導体で
あることを特徴とする時計用太陽電池。

Description

【考案の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本考案は時計用太陽電池に関する。 【０００２】 【従来の技術・考案が解決しようとする課題】 従来から太陽電池が時計に使用されているが、その使用部位としては文字盤以 外の部位のばあいが多い。 【０００３】 太陽電池を時計の文字盤部に使用すると、必要とされる電圧をうるため直列接 続にする必要が生じ、文字盤の領域区分けが必要となり、区分けがはっきりして デザイン上好ましくなくなる。それゆえ、該区分けが目立たないように、区分け の線幅をなるべく細くしようとする試みもなされているが、限界があり、満足の できる品質のものはえられていない。 【０００４】 太陽電池を直列接続して時計用に用いるばあい、透明電極と金属電極とを太陽 電池の発電部以外の部分で重ね合わせる必要があり、この部分を外から見えない ようにおおう必要が生ずる。この重ね合わせ部分の面積をあまり小さくすると、 この部分における直列抵抗が大きくなり、問題となる。それゆえ、ある程度の面 積が必要とされるため、この点からもデザイン上の制約が多くなるとともに、発 電部の面積が減少する。その上、直列接続するための工程が必要となる。 【０００５】 また、腕時計に太陽電池を用いると、普通の直列接続のばあいには太陽電池の 一部に入る光線がさえぎられてもまったく作動しなくなるようなばあいが生ずる という問題もある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 本考案者らは前記のごとき実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、文字盤の一部ま たはすべてに配置される時計用太陽電池において、該太陽電池の構造がｐｉｎ構 造を構成単位とし、該ｐｉｎ構造が繰返される多層構造であり、該多層構造の光 入射側半導体がＳｉＣまたはＳｉＣＮ半導体、その他のｐ層、ｉ層、ｎ層がそれ ぞれｐ型、ｉ型、ｎ型のアモルファス半導体または微結晶半導体である太陽電池 を用いることにより、太陽電池をいくつかの領域に区分けする必要がないためデ ザイン上の制限が少なくなり、発電部の外で直列接続を実施する必要もないため 簡単に製造でき、かつ腕時計に用いたばあいに、太陽電池の一部に入る光線がさ えぎられてもまったく作動しなくなるようなばあいがなくなることを見出し、本 考案を完成した。 【０００７】 【実施例】 本考案を図面にもとづいて説明する。 【０００８】 図１および図２はそれぞれ本考案の太陽電池の構成の実施態様を示す概略説明 図、図３は本考案の太陽電池を腕時計の文字盤として設置した一実施態様を示す 説明図、図４は図１に示すタイプの太陽電池をアナログ時計に用いるばあいの説 明図、図５は図４のＡ−Ａ′断面図、図６は本考案の太陽電池を使用する際に、 充電装置を組込んで使用するばあいの一実施態様の回路図である。 【０００９】 本考案の太陽電池は、図１に示すように、ｐ型アモルファス半導体３ａ、ｉ型 アモルファス半導体５ａおよびｎ型アモルファス半導体４ａからなる発電領域（ 以下、ａ発電領域という）がｐ型アモルファス半導体３ｂ、ｉ型アモルファス半 導体５ｂ、ｎ型アモルファス半導体４ｂからなる発電領域（以下、ｂ発電領域と いう）と接合部Ｓ₁ にて接合しており、該発電領域がさらにｐ型アモルファス半 導体３ｃ、ｉ型アモルファス半導体５ｃ、ｎ型アモルファス半導体４ｃからなる 発電領域（以下、ｃ発電領域という）と接合部Ｓ₂ にて接合している発電領域の ａ発電領域側に、透明性基板２に透明電極６を設けた基板が設けられ、ｃ発電領 域側に金属電極７が設けられて形成されている。透明性基板２および透明電極６ を透過した光ｈνの一部はａ発電領域に吸収され起電力を発生する。ａ発電領域 で吸収されなかった光の一部はｂ発電領域で吸収され、ｂ発電領域においても起 電力が発生する。同様にｃ発電領域においても起電力が発生する。ａ発電領域で 生成した電子は、内部電界によってＳ₁ へドリフトし、ｂ発電領域で生成した正 孔は内部電界によってＳ₁ へドリフトする。そしてＳ₁ においてドリフトしてき た電子と正孔が再結合することにより、この部分で直列接続が行なわれたことに なる。同様にしてＳ₂ においても直列接続が行なわれる。 【００１０】 図１に示す太陽電池のかわりに、図２に示すように、ｎ型アモルファス半導体 ４ｄ、ｉ型アモルファス半導体５ｄおよびｐ型アモルファス半導体３ｄからなる 発電領域（以下、ｄ発電領域という）がｎ型アモルファス半導体４ｅ、ｉ型アモ ルファス半導体５ｅおよびｐ型アモルファス半導体３ｅからなる発電領域（以下 、ｅ発電領域という）と接合部Ｓ₃ にて接合しており、該発電領域がさらにｎ型 アモルファス半導体４ｆ、ｉ型アモルファス半導体５ｆ、ｐ型アモルファス半導 体３ｆからなる発電領域（以下、ｆ発電領域という）と接合部Ｓ₄ にて接合した 発電領域のｄ発電領域側に透明電極６が設けられ、ｆ発電領域側に金属板または 金属箔８が設けられた太陽電池が用いられてもよい。 【００１１】 以上、アモルファス半導体を用いて説明したが、アモルファス半導体の一部ま たはすべてを微結晶半導体に置き換えてもよい。 【００１２】 前記接合部の数は導入ガス種の切換え回数、作製のための反応器の区分け数ま たは長さ、さらには変換効率、必要電圧などの点から１〜６が好ましく、２〜４ にすると製膜上の複雑さも少なく、反応器の容量も小さくて済む。また、変換効 率もこの接合数のときに最大となるほか、時計を駆動するのに必要な1.5 ボルト 程度の電圧も充分えられることなどから、さらに好ましい。 【００１３】 前記ｐ型アモルファス半導体としては、たとえばａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ ：Ｈ、ａ−ＳｉＣＮ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈなど、また、ｐ型微結晶半導体としては 、たとえばμｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈなどで膜厚が30〜300 オングスト ローム程度、好ましくは50〜200 オングストローム程度のものが使用されうる。 これらのうちではａ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈなどが、 光学ギャップ、光学吸収、導電性および価電子制御性などの点から好ましい。 【００１４】 前記ｉ型アモルファス半導体としては、たとえばａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−Ｓｉ： Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ（：Ｈ）、ａ−ＳｉＮ：Ｆ（：Ｈ）、 ａ−ＳｉＳｎ：Ｈなどが使用されうる。これらのうちではａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ− Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈなどが、膜質、製膜性、コストなどの点から好まし い。また、これらのｉ型アモルファス半導体は微結晶半導体がその中に混在する か、対応する微結晶半導体ですべてが置き換えられていてもよい。 【００１５】 前記ｎ型アモルファス半導体としては、たとえばａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ： Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＣＮ：Ｈなど、また、ｎ型微結晶半導体としては 、たとえばμｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈなどで膜厚が30〜300 オングスト ローム程度、好ましくは50〜200 オングストローム程度のものが使用されうる。 これらのうちではａ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈなどが、光学吸収、導電性など の点から好ましい。 【００１６】 前記透明性基板としては、たとえば厚さが0.4 〜1.1mm 程度のガラスなどが使 用されうる。 【００１７】 前記透明電極としては、たとえばＩＴＯ／ＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ のよう な厚さ600 〜8000オングストローム程度のものが、また金属電極としては、たと えばＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｔｉのような厚さ0.1 〜２μｍ程度 のものが使用されうる。 【００１８】 図１または図２に示されるような本考案の太陽電池は、通常真空蒸着法、スパ ッタリング法、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いて製造される。 【００１９】 たとえば図１に示す太陽電池は、スプレー法またはスパッタリング法などによ りガラスの片側全面に透明電極を作製し、これを基板として透明電極側にプラズ マＣＶＤ法を用いてアモルファスシリコン層を形成する。アモルファスシリコン 層は順次ｐ型、ｉ型、ｎ型の順番で形成され、最後に真空蒸着法、スパッタリン グ法などにより金属電極が形成される。金属電極のパターン化はマスクまたはエ ッチング法を用いて実施される。 【００２０】 本考案の図１に相当する太陽電池の具体例としては、ガラス基板／透明電極／ ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−ＳｉＮ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ（μｃ）／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ −Ｓｉ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ（μｃ）／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ／ｎ− Ｓｉ：Ｈ（μｃ）／金属電極などがあげられる。該ｎ型半導体はｎ型微結晶半導 体（μｃと表示した）が好ましいが、とくにこれらに限定されるものではない。 【００２１】 前記具体例中のｉ−ＳｉＮ：Ｈ、ｉ−Ｓｉ：Ｈ、ｉ−ＳｉＧｅ：Ｈのバンドギ ャップの大きさにより、ｉ型半導体層の最適膜厚は変化するが、通常ｉ−ＳｉＮ ：Ｈ層は約500 オングストローム、ｉ−Ｓｉ：Ｈ層は約4000オングストローム、 ｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ層は約5000オングストローム程度である。しかし、それらの厚 さをそれぞれ250 オングストローム、1300オングストローム、6000オングストロ ーム程度にすると蛍光灯下での使用が多いばあいでも、時計用として充分な電圧 がえられる。なお、前記具体例中の透明電極としてはＩＴＯ／ＳｎＯ₂ 複合電極 が好ましく、ガラス側にＩＴＯを配し、複合電極膜の厚さを600 〜8000オングス トローム程度にすることが好ましい。前記具体例中のｐおよびｎ型半導体の厚さ は、それぞれ30〜300 オングストローム程度、好ましくは50〜200 オングストロ ーム程度がよい。なお、金属電極は通常使用されるものであればとくに限定され るものではない。 【００２２】 前記のごとき構成の本考案の太陽電池は、ガラス側からみると黒青色の色調と なり、腕時計の文字盤としてとくに好ましい色調である。このような本考案の太 陽電池をアナログ時計に用いるばあいを図４に、また、そのＡ−Ａ′断面を図５ に示す。 【００２３】 図４および図５に示すように、透光性基板２に設けられた透明電極６上に発電 領域９、ついで金属電極７が設けられた太陽電池がアナログ時計の文字盤状に形 成されている。10はアナログ時計の針穴である。このような形状に太陽電池を形 成すると、文字盤に相当する太陽電池がいくつかの領域に区分けされていないた め、デザイン上の制限が少なく、直列接続する必要もない。 【００２４】 図４、図５に示すように、通常中央部に貫通孔が必要であるが、この際に電極 部の孔の直径を半導体部の穴よりも0.05mm以上、好ましくは0.1mm 以上大きくす るのがよい。こうすることにより製造時または使用時に起こりやすい導電性物質 による導通を防止することができる。 【００２５】 本考案の図２に示されるような太陽電池は、たとえば表面研磨を施したステン レスなどの金属板上にプラズマＣＶＤ法を用いてアモルファスシリコン層などの 層を順次ｐ型、ｉ型、ｎ型の順番に形成し、最後の層上に電子ビーム蒸着法また はスパッタリング法などにより透明電極を形成することにより製造される。透明 電極のパターン化はマスクまたはエッチング法を用いて実施する。 【００２６】 本考案の図２に相当する太陽電池の具体例としては、ＳＵＳ基板／ｐ−Ｓｉ： Ｈ／ｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ（μｃ）／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−Ｓｉ：Ｈ ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ（μｃ）／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−ＳｉＮ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ（μ ｃ）／ＩＴＯなどがあげられる。該ｎ型半導体はｎ型微結晶半導体が好ましいが 、これらにとくに限定されるものではない。通常ＳＵＳのような導電性基板を用 いるときは半導体層との間に絶縁膜が必要であるがこのばあいには不要となるの で、製造コストを低く、厚さを薄くすることができる。 【００２７】 前記具体例中のｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ｉ−Ｓｉ：Ｈ、ｉ−ＳｉＮ：Ｈのバンドギ ャップの大きさにより、ｉ型半導体層の最適膜厚は変化するが、図１の具体例の ばあいと同様、通常ｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ層は約5000オングストローム、ｉ−Ｓｉ： Ｈ層は約4000オングストローム、ｉ−ＳｉＮ：Ｈ層は約500 オングストローム程 度である。このばあいにも図１の具体例のばあいと同様、それらの厚さをそれぞ れ6000オングストローム、1300オングストローム、250 オングストローム程度に すると蛍光灯下での使用が多いばあいでも充分な電圧がえられる。製膜性、コス トなどの点から時計用のばあいは、前記具体例のｉ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ｉ−Ｓｉ： Ｈ、ｉ−ＳｉＮ：Ｈはすべてｉ−Ｓｉ：Ｈでもよく、ｉ−Ｓｉ：Ｈの膜厚を変化 させることにより充分な性能がえられる。 【００２８】 前記具体例に使用したＳＵＳ基板やＩＴＯはこれらに限定されるものではなく 、通常使用される金属板（箔）や透明電極であれば使用しうる。また接合部両側 のｐおよびｎ型半導体の厚さも図１の具体例のばあいと同様、それぞれ30〜300 オングストローム程度、好ましくは50〜200 オングストローム程度が好ましい。 【００２９】 また、時計のばあい、耐候性はそれほど問題にならないが、必要なばあいには シリコン樹脂やエポキシ樹脂などで封止してもよい。 【００３０】 前記のようにしてえられた図１、図２に示すような本考案の太陽電池１は、図 ６に示すように、充電装置12、逆流防止装置11、過充電防止装置14を組込んだ回 路に使用され、端子13から時計用動力として送電され、図３に示すような時計を 駆動する。 【００３１】 つぎに、実施例にもとづき本考案の太陽電池を説明する。 【００３２】 実施例 厚さ0.5mm のガラスにスパッタリング法によりＩＴＯを700 オングストローム 、ＳｎＯ₂ を200 オングストローム形成した。これをプラズマＣＶＤ装置に設置 して、基板温度250 ℃でマスクを用いてアモルファスシリコン層および微結晶シ リコン層を順次作製し、ガラス／ＩＴＯ／ＳｎＯ₂ ／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−Ｓｉ ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ／ｐ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ−Ｓｉ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈ／ｐ−Ｓｉ Ｃ：Ｈ／ｉ−Ｓｉ：Ｈ／ｎ−Ｓｉ：Ｈの構造にした。ここでｎ型シリコン層はす べて微結晶シリコン層であったが、その他の層はアモルファスシリコン層であっ た。ｐ型アモルファスシリコン層はシラン、メタン、ジボランおよび水素のグロ ー放電により形成し、膜厚はすべて100 オングストロームに設定した。ｉ型アモ ルファスシリコン層はシランのグロー放電により形成し、ガラス側のｉ型層から 各々その膜厚を400 オングストローム、1000オングストローム、5000オングスト ロームに設定した。ｎ型微結晶シリコン層はシランとホスフィンおよび水素のグ ロー放電により形成し、膜厚はすべて100 オングストロームに設定した。このば あい、水素をシランの30倍導入し、ｒｆパワーを通常の12倍にして微結晶化させ た。最後のｎ層上に真空蒸着法によりＡｌを蒸着し、エッチングによりＡｌをパ ターン化した。 【００３３】 このようにしてえられた太陽電池の性能は、Ｖｏｃ＝2.1 Ｖ、Ｊｓｃ＝4.1 ｍ Ａ／ｃｍ² 、ＦＦ＝0.58（ＡＭ−１、100 ｍＷ／ｃｍ² ）であった。 【００３４】 なお、この太陽電池の受光部の1/3 をマスクでおおって性能を測定してみると 、短絡電流値が2/3 になるだけで他の性能は前記と同じであった。 【００３５】 【考案の効果】 本考案の時計用太陽電池を使用すると、太陽電池をいくつかの領域に区分けす る必要がないためデザイン上の制限が少なくなり、発電部の外で直列接続を実施 する必要もないため簡単に製造でき、かつ腕時計に用いたばあいに、太陽電池の 一部に入る光線がさえぎられてもまったく作動しなくなるようなばあいがなくな る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本考案の太陽電池の構成の一実施態様を示す概
略説明図である。 【図２】本考案の太陽電池の構成の他の一実施態様を示
す概略説明図である。 【図３】本考案の太陽電池を腕時計の文字盤として設置
した一実施態様を示す説明図である。 【図４】図１に示すタイプの太陽電池をアナログ時計に
用いるばあいの説明図である。 【図５】図４のＡ−Ａ′断面図である。 【図６】本考案の太陽電池の使用において、充電装置を
組込んで使用するばあいの一実施態様の回路図である。 【符号の説明】 １ 太陽電池 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ ｐ型半導体 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ ｎ型半導体 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ ｉ型半導体 Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、Ｓ₄ 接合部

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 文字盤の一部またはすべてに配置される時計用太陽
   電池において、該太陽電池の構造がｐｉｎ構造を構成単
   位とし、該ｐｉｎ構造が繰返される多層構造であり、該
   多層構造の光入射側半導体がＳｉＣまたはＳｉＣＮ半導
   体、その他のｐ層、ｉ層、ｎ層がそれぞれｐ型、ｉ型、
   ｎ型のアモルファス半導体または微結晶半導体であるこ
   とを特徴とする時計用太陽電池。 ２ 前記繰返されるｐｉｎ構造の接合部の数が１〜６で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ３ 前記繰返されるｐｉｎ構造の接合部の数が２〜４で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項記載の太陽電池。