(57)【要約】【課題】  本発明は、光起電力装置の外観を良好にした光起電力装置およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の光起電力装置は、基板の表面に形成され、電極層、半導体光活性層および透明電極層とから成る太陽電池セルと、基板の表面に形成され、前記太陽電池セルを保護するためのスペーサと、太陽電池セルと電気的に接続され、外部に電気を供給するための外部接続電極とを具備し、透明電極層の上面は太陽電池セルから露出しており、スペーサの上面は透明電極層の上面よりも上部に位置することを特徴とする。従って、透明電極層の表面を覆う保護膜が形成されないため、受光面の色彩を鮮やかにすることができ、且つスペーサによって、透明電極層と支持台とを離間することができるため、透明電極層を保護することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成され、電極層、半導体光活性層および透明電極層とから成る太陽電池セルと、
前記基板の表面に形成され、前記太陽電池セルを保護するためのスペーサと、
前記太陽電池セルと電気的に接続され、外部に電気を供給するための外部接続電極とを具備し、
前記透明電極層は前記太陽電池セルの最上部に位置しており、前記スペーサの上面は前記透明電極層の上面よりも上部に位置することを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記透明電極層の膜厚は、前記太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に定められることを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記太陽電池セルは複数個設けられており、前記太陽電池セル同士は電気的に接続され、前記スペーサは前記太陽電池セルが電気的に接続された領域の上部に形成されることを特徴とする請求項２記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記外部接続電極は、前記基板の裏面から露出することを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項５】
基板の表面に、電極層、半導体光活性層および透明電極層を積層させることにより太陽電池セルを形成する工程と、
前記基板の表面にスペーサを形成する工程と、
前記スペーサによって前記基板を支持した状態で、前記太陽電池セルと電気的に接続され、外部に電気を供給するための外部接続電極を形成する工程とを具備することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
前記透明電極層を前記太陽電池セルの最上部に位置させることを特徴とする請求項５記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項７】
前記透明電極層の膜厚を前記太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に形成することを特徴とする請求項５記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項８】
前記スペーサが形成された面を支持台の上に載置することにより、前記支持台と前記透明電極層とを離間させた状態に維持し、前記基板の裏面に前記外部接続電極を形成することを特徴とする請求項５記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板に貫通孔を形成し、前記貫通孔を介して前記外部接続電極を前記基板の裏面に延在させることを特徴とする請求項５記載の光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置およびその製造方法に関し、特に光起電力装置の受光面の外観を良好にすることを実現した光起電力装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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を配置し、得られた電力により、表示部の表示機能の少なくとも一部が稼動するように構成された装置がある。
【０００３】
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。
【０００４】
図８（Ａ）を参照して、従来の光起電力装置１００を説明する。ケース１０１には開口部が設けられ、開口部を覆うように風防ガラス１０２が固定されている。風防ガラス１０２を設けることにより、光起電力装置内は気密構造となっている。時針１０６および分針１０７は筒車１０５と機械的に接続されている。筒車１０５はムーブメント１０４によって稼働する。ムーブメント１０４は文字板１０３の受光面に設けられた太陽電池によって駆動するための起電力を得ている。
【０００５】
図８（Ｂ）を参照して、文字板１０３の詳細を説明する。文字板１０３はムーブメント１０４の上部に形成され、太陽電池１０８の表面に保護膜１０６が貼着された構造となっている。保護膜１０６はアクリル基板や樹脂フィルムから成る積層体であり、表面には時刻目盛り、文字、マークなどが印刷されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１１−１４７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような光起電力装置では、以下のような問題点がある。
【０００７】
受光面が保護膜１０６によって被覆されているため、受光面の外観色が暗い色調であったり、くすんだ印象を与えていたりしていた。これらのことから、光起電力装置のデザイン上の大きな欠点となっていた。
【０００８】
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、光起電力装置の外観を良好にすることが可能な光起電力装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光起電力装置は、基板の表面に形成され、電極層、半導体光活性層および透明電極層とから成る太陽電池セルと、基板の表面に形成され、太陽電池セルを保護するためのスペーサと、太陽電池セルと電気的に接続され、外部に電気を供給するための外部接続電極とを具備し、前記透明電極層は前記太陽電池セルの最上部に位置しており、前記スペーサの上面は前記透明電極層の上面よりも上部に位置することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光起電力装置は、透明電極層の膜厚が、太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に定められることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光起電力装置は、太陽電池セルは複数個設けられており、太陽電池セル同士は電気的に接続され、スペーサは太陽電池セルが電気的に接続された領域の上部に形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光起電力装置は、外部接続電極は、基板の裏面から露出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光起電力装置の製造方法は、基板の表面に、電極層、半導体光活性層および透明電極層を積層させることにより太陽電池セルを形成する工程と、基板の表面にスペーサを形成する工程と、スペーサによって基板を支持した状態で、太陽電池セルと電気的に接続され、外部に電気を供給するための外部接続電極を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光起電力装置の製造方法は、透明電極層を太陽電池セルの最上面に位置させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光起電力装置の製造方法は、透明電極層の膜厚を太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光起電力装置の製造方法は、基板のスペーサが形成された面を支持台の上に載置することにより、支持台と透明電極層とを離間させた状態に維持し、基板の裏面に外部接続電極を形成することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明の光起電力装置の製造方法によると、基板に貫通孔を形成し、貫通孔を介して外部接続電極を基板の裏面に延在させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光起電力装置によると、太陽電池セルを構成する透明電極層が太陽電池セルの最上面に位置している。従って、太陽電池セルの受光面の外観を良好に形成することができる。具体的には、透明電極層の表面を覆う保護膜が形成されないため、受光面の色彩を鮮やかにすることができる。また、透明電極層の上面よりも突出するスペーサが形成されている。従って、組立作業工程などにおいて受光面を下にして支持台などの上に載置しても、透明電極層と支持台とを離間することができるので、透明電極層を保護することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光起電力装置によると、透明電極層の膜厚を制御することで太陽電池セルの受光面が所望の色彩にコントロールされている。従って、光起電力装置の外観を良好にすることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の光起電力装置によると、太陽電池セル同士が電気的に接続された領域の上部にスペーサが形成されている。従って、接続部をスペーサによって保護することができる。
【００２１】
また、本発明の光起電力装置の製造方法によると、透明電極層を露出させ、透明電極層の上面よりも上部に突出するスペーサを形成している。従って、太陽電池セルの受光面の色彩が鮮やかな光起電力装置を提供することができる。そして、透明電極層の上面よりも突出するスペーサが形成されることにより、基板の裏面に外部接続電極を延在させる際に、透明電極層の傷つきや汚れ付着などを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１を参照して、本形態の光起電力装置を説明する。図１（Ａ）は、本形態の光起電力装置１の上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本形態では、腕時計用の光起電力装置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、携帯機器等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。
【００２３】
本形態の光起電力装置１は、基板１０の表面に、電極層２０、半導体光活性層３０、透明電極４０の順序で積層された太陽電池セル５０が形成された構造である。光起電力装置１の周辺部には、太陽電池セル５０を保護するためのスペーサ１５と外部に電気を供給するための接続端子１８とが形成されている。
【００２４】
基板１０は、金属、樹脂、ガラスなどから形成することができるが、加工性を考慮して金属または樹脂が好適である。本形態では、ステンレス基板の表面にポリイミドコートを施した基板を採用した。
【００２５】
太陽電池セル５０は複数個形成されており、それぞれが発電領域Ａ〜Ｄを形成している。発電領域Ａ〜Ｄは分割配置されており、例えば、各々中心角が略９０°の扇形の形状であり、これらは相互間に所定の間隔を隔てて全体として円形になるように配置されいる。そして、各太陽電池セル５０は電気的に接続されている。しかし、太陽電池セル５０の形状は長方形、多角形などのように、目的に応じた形状に形成することができる。
【００２６】
接続端子１８は、基板１０に設けられた貫通孔を介して、基板１０の裏面に形成された外部接続電極と電気的に接続されている。もちろん、基板１０の表面に外部接続電極を形成してもよい。接続端子１８Ａは透明電極層４０と電気的に接続されており、接続端子１８Ｂは電極層２０と電気的に接続されている。そして、発電領域Ａ→発電領域Ｂ→発電領域Ｃ→発電領域Ｄの順番に直列に接続されている。接続端子１８は、発電領域Ａ〜Ｄから得た電気エネルギーを外部接続電極に伝える役割を担っている。
【００２７】
スペーサ１５は、基板１０の周辺部に複数形成されている。スペーサ１５の上面は太陽電池セル５０の表面、ここでは透明電極層４０の表面よりも上方に突出している。本形態では、スペーサ１５は各太陽電池セル５０が電気的に接続される領域の上部に設けられている。従って、スペーサ１５によって接続部を保護することができる。また、スペーサ１５を発電領域外に形成することも可能である。スペーサ１５は樹脂から形成することができるが、例えば接続端子１８の材料が銀ペーストであれば、銀ペーストによって形成してもよい。
【００２８】
図１（Ｂ）を参照して、太陽電池セル５０の詳細を説明する。基板１０の表面に形成される電極層２０は、厚さ約０．１〜１．０μｍ程度の金属膜である。電極層２０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ＩＴＯ、ＩＴＺ等の透明電極でも良い。半導体光活性層３０は、電極層２０を被覆し、基板１０の上面全域に積層されており、その厚みは約０．３〜１．０μｍである。半導体光活性層３０としては、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に積層されたものである。半導体光活性層３０の上面に透明電極層４０が形成されている。この透明電極層４０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化錫（ＳｎＯ２）等の透明電極層である。本形態では、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を採用し、その膜厚は３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。この膜厚を変化させることにより、太陽電池セルの表面で反射される太陽光の波長を４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲でコントロールすることができ、受光面を茶、赤紫、紫、青というように色調を変化させることができる。例えば、ＩＴＯの膜厚を約６０ｎｍにすると茶系の受光面を有する太陽電池を形成することができる。そして、膜厚が約８０ｎｍだと紫系、約１００ｎｍだと青系、約１６９ｎｍだと緑系、１８０ｎｍだと黄系の受光面にすることができる。つまり、厚みが増すに伴って、茶→紫→青→緑→黄と受光面の色調が変化する。従って、本形態の透明電極膜４０の膜厚は、太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に定められている。また、本形態では透明電極４０は太陽電池セルの最上部に位置しており、その表面には保護フィルムなどの被覆部材が形成されていないので、受光面の色彩をより鮮やかにすることができる。更に、被覆部材によって、太陽光の一部が反射されるのを防止することができるので、発電効率を向上させることが可能となる。このように、被覆部材が必要とされないのは、本形態の光起電力装置が、例えば腕時計ように密閉された部位に内蔵されるためである。
【００２９】
また、透明電極層４０の上面よりも突出するスペーサ１５が形成されている。従って、組立などの作業工程において、受光面を下にして支持台などの上に載置しても、透明電極層４０と支持台とを離間させることができるので、透明電極層を擦れなどによるキズや汚れ付着などを防止することができる。
【００３０】
また、光起電力装置１を円筒形の容器に収納して、輸送、保管する場合に、重ねて収納してもスペーサによって透明電極層４０と他の光起電力装置１とが接触することを防止することができる。従って、品質を維持することで、信頼性の高い光起電力装置を供給することができる。
【００３１】
また、各太陽電池セル５０間に太陽電池セル５０と同色または同系色の着色材を印刷してもよい。
【００３２】
図２から図７を参照して、本形態の光起電力装置の製造方法を説明する。
【００３３】
図２（Ａ）を参照して、ステンレス基板の表面にポリイミドコートを施された基板１０を用意する。点線で囲まれた領域１１は、各々、光起電力装置が形成される基板領域である。図２（Ｂ）は、基板１０の左下に位置する領域１１Ａの拡大図を示しており、領域１１Ａには貫通孔１２がプレス加工によって形成されている。これは後述する外部接続電極を裏面に延在させるために形成するものである。よって、基板１０の表面に外部接続電極を形成する場合は必要としない。他の光起電力装置が形成される基板領域においても同様に貫通孔が形成される。尚、ここで基板１０はステンレス基板で説明したが、ガラス基板等でも良い。
【００３４】
図３から図７に示す工程においては、基板１０の領域１１Ａの光起電力装置の製造方法を開示し、他の光起電力装置の製造方法はこれと同一であるため、説明を省略する。
【００３５】
図３を参照して発電領域となる領域Ａ〜Ｄに対応した電極層２０Ａ〜２０Ｄが分割配置される。これらの電極層２０Ａ〜２０Ｄは、各々中心角が略９０°の扇形の形状であり、これらは相互間に所定の間隔を隔てて全体として円形になるように配置されている。更に、電極層２０Ａ〜２０Ｃの各々は、これらに隣接する発電領域Ｂ〜Ｄの外方に延在する接続部２０Ａｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅを有している。ここで、電極層２０Ａ〜２０Ｄは、厚さ約０．１〜１．０μｍで、タングステン、アルミニウム、チタン、ニッケルまたは銅等の金属から形成される金属膜である。しかしＩＴＯまたはＩＴＺ等の透明電極でも良い。
【００３６】
図４（Ａ）および、図４（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である図４（Ｂ）を参照して、電極層２０の上部に、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に積層した半導体光活性層３０（厚さ約０．３〜１．０μｍ）を形成する。この半導体光活性層３０は、基板１０上の全面に形成される。その後、半導体光活性層３０上の上面に、ハードマスクを用いて透明電極膜４０を形成する。このとき、貫通孔１２Ｂの近傍に透明電極層４０と同じ材料から成るダミー透明電極層１３が形成される。このダミー透明電極層１３は、後述する外部接続電極と電極層２０Ｄとを電気的に接続するために形成される。透明電極層４０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化錫（ＳｎＯ２）等から成る。透明電極層４０の膜厚は、太陽電池セルの受光面が所望の色彩を呈するための光学的膜厚に形成される。
【００３７】
そして、電極層２０の接続部２０Ａｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅ上に位置する透明電極層４０上に、ＹＡＧレーザ光（波長１．０６μｍ）を、基板１０の辺に沿って、直線的に走査して、電極層２０の接続部２０Ａｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅと透明電極層４０とを、各々、溶着して電気接続する。溶着された部分は、直径約５０〜８０μｍのスポット形状である。ここで、基板１０上において、図１で説明した基板領域１１の位置に、本実施例の製造途中に光起電力装置が配置されることになるので、上述の如くＹＡＧレーザ光を直線的に走査することにより、他の製造途中の光起電力装置においても、電極層の接続部と透明電極層４０とが電気的に接続される。ここでは、ＹＡＧレーザ光を直線的に走査しているが、これに代わって、電極層２０の接続部２０Ａｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅ上にのみ、スポット照射が可能なレーザ装置を用いて、溶着して電気接続することもできる。接続領域１４は、透明電極層４０と電極層２０の接続部２０Ａｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅが電気的に接続された領域を示している。また、ダミー透明電極層１３と電極層２０Ｄとも同様にレーザを用いて電気的に接続される。
【００３８】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、透明電極層４０の上面にスペーサ１５を形成する。スペーサ１５は、スペーサ１５の上面が透明電極層４０の上面よりも上方に位置するように形成される。本形態の太陽電池セルは透明電極層４０の上部には保護膜などの被覆材が設けられていないため、透明電極層４０は擦れなどによる影響を受けやすい。そこで、スペーサを形成することにより、スペーサが形成された面を支持台の上に載置した際に、支持台と透明電極層４０とを離間させた状態に維持させることができる。従って、透明電極層４０の表面が外部と接触することを防止することができるので、信頼性の高い光起電力装置を提供することができる。
【００３９】
本形態では、スペーサ１５を図４（Ａ）に示す接続領域１４の上部に形成することで、透明電極４０と電極層２０との接続部を保護している。しかし、スペーサ１５を透明電極層４０が設けられた領域の外部に形成しても良い。
【００４０】
図５（Ｂ）を参照して、貫通孔１２の表面および裏面から絶縁材料１６を印刷することにより貫通孔１２を絶縁材料１６で充填させる。次にレーザ等により、絶縁材料１６にスルーホールを形成する。そして表面から銀ペーストなどの導電材料１７をスルーホールに印刷する。この導電材料１７は、基板１０の表面から裏面へ電気を伝達するための部位である。
【００４１】
図６（Ａ）を参照して、導電材料１７の上部に接続端子１８を印刷する。図６（Ａ）におけるＸ−Ｘ’線の断面図である図６（Ｂ）を参照して、接続端子１８Ａは発電領域Ａの透明電極層４０と電気的に接続される。また、図６（Ａ）におけるＹ−Ｙ’線の断面図である図６（Ｃ）を参照して、接続端子１８Ｂはダミー透明電極層１３を介して発電領域Ｄの電極層２０と電気的に接続される。
【００４２】
図７（Ａ）を参照して、スペーサ１５が形成された面を支持台９０の上に載置することにより、支持台９０と透明電極層４０とを離間させた状態に維持する。次に、図７（Ｂ）を参照して、基板１０の裏面に外部接続電極１９を形成する。従って、支持台９０と透明電極層４０とは離間した状態で外部接続電極を形成することができるので、透明電極層４０の表面を良好に保つことができる。以上のことから、品質および信頼性の高い光起電力装置を提供することができる。
【００４３】
最後に、図７（Ｃ）を参照して、基板１０をプレス加工処理することにより、光起電力装置１が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置を説明する図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の光起電力装置の製造方法を説明する図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は、従来の光起電力装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０              基板
１１              領域
１２              貫通孔
１３              ダミー透明電極層
１４              接続領域
１５              スペーサ
１６              絶縁材料
１７              導電材料
２０Ａ−Ｄ        電極層
２０Ａｅ−Ｃｅ    接続部
３０              半導体光活性層
４０              透明電極層
５０              太陽電池セル
６０              支持台
【図１】
2006210545.tif 000003
【図２】
2006210545.tif 000004
【図３】
2006210545.tif 000005
【図４】
2006210545.tif 000006
【図５】
2006210545.tif 000007
【図６】
2006210545.tif 000008
【図７】
2006210545.tif 000009
【図８】
2006210545.tif 000010