JP7347311B2

JP7347311B2 - ソーラーセル及びこれを備える電子機器

Info

Publication number: JP7347311B2
Application number: JP2020069931A
Authority: JP
Inventors: 善一金丸; 耕平中西
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: WO2021205860A1; US20230163224A1; US11978811B2; JP2021166277A

Description

本発明は、ソーラーセル及びこれを備える電子機器に関し、特に、所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセル及びこれを備える電子機器に関する。

近年、ソーラーセルを内蔵するソーラー発電式の時計が広く普及している。ソーラー発電式の時計は、電池の交換やゼンマイの巻き上げ動作が不要であるという利点を有している。例えば、特許文献１に開示されたソーラー発電式の腕時計は、文字盤の下部にソーラーセルを配置した構成を有している。

特開２０１１－０１３０２６号公報

しかしながら、薄くてフレキシブルなソーラーセルを用いた場合、ソーラーセルと文字盤の間に所定の隙間を設けたとしても反りが発生してしまい、両者が部分的に接触することがある。ソーラーセルと文字盤が部分的に接触すると、その部分において両者が密着し、タックマークと呼ばれるリング状の外観不良が生じることがあった。このような問題は、ソーラー発電式の腕時計に限らず、所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセル全般において生じる問題である。

したがって、本発明は、所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセル及びこれを備える電子機器において、ソーラーセルと透明板の部分的な接触によるタックマークの発生を防止することを目的とする。

本発明によるソーラーセルは、所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセルであって、透明板を介して入射する光を光電変換するフレキシブルな発電層と、発電層の受光面を覆う樹脂層と、樹脂層の表面を覆い、隙間を介して透明板と向かい合う密着防止層とを備え、密着防止層は無機材料からなり、表面粗さＳｚが１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、ソーラーセルの最表面が密着防止層によって構成されていることから、所定の隙間を介して対向する透明板と部分的な接触が生じてもタックマークが発生しない。これにより、タックマークによる美観の低下を防止することが可能となる。

本発明において、密着防止層の表面硬度が２Ｈ以上であり、厚さが１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であっても構わない。これによれば、透明板への貼り付きを効果的に防止することが可能となる。

本発明において、密着防止層の光透過率が７０％以上であっても構わない。これによれば、発電量の低下を抑制することが可能となる。

本発明による電子機器は、ソーラーセルと、所定の隙間を介してソーラーセルを覆う透明板とを備える電子機器であって、ソーラーセルは、透明板を介して入射する光を光電変換するフレキシブルな発電層と、発電層の受光面を覆う樹脂層とを含み、隙間を介して透明板と向かい合う樹脂層の表面及び隙間を介して樹脂層と向かい合う透明板の表面の少なくとも一方は、無機材料からなり、表面粗さＳｚが１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の密着防止層で覆われていることを特徴とする。

本発明において、隙間が１ｍｍ以下であっても構わない。このような場合、ソーラーセルと透明板の部分的な接触が生じやすいが、この場合であってもタックマークの発生を防止することが可能となる。

本発明において、透明板が時計の表示パネルであっても構わない。これによれば、表示パネルの美観を維持することが可能となる。

このように、本発明によれば、所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセル及びこれを備える電子機器において、ソーラーセルと透明板の部分的な接触によるタックマークの発生を防止することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子機器１の構成を説明するための模式的な断面図である。図２は、本発明の第２の実施形態による電子機器２の構成を説明するための模式的な断面図である。図３は、本発明の第３の実施形態による電子機器３の構成を説明するための模式的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子機器１の構成を説明するための模式的な断面図である。

図１に示すように、本実施形態による電子機器１は、ソーラーセル１０と、隙間Ｇを介してソーラーセル１０を覆う透明板２０を有している。電子機器１の種類については特に限定されないが、一例としてソーラー発電式の時計であっても構わない。特に、電子機器１がソーラー発電式の腕時計である場合には小型化が求められるため、隙間Ｇは１ｍｍ以下とされる。

ソーラーセル１０は、シリコンなどからなるフレキシブルな発電層１１と、発電層１１の受光面１１ａを覆う樹脂層１２と、樹脂層１２の表面１２ａを覆う密着防止層１３を備えている。ソーラーセル１０の全体の厚みは、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。発電層１１は、透明板２０を介して入射する光を光電変換する半導体素子であり、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂からなるフィルム状の基材を用いている。これにより、複雑な形状に加工することができるとともに、穴あけなどの加工を安価且つ容易に行うことができる。発電層１１によって生成された電力は図示しないムーブメント又は電子回路に供給される。樹脂層１２は、例えば発電層１１を保護するパッシベーション膜であり、その厚みは１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。樹脂層１２は、熱硬化性樹脂を印刷などによって形成することができる。これによれば、フィルムを貼り付けることによって樹脂層１２を形成する場合と比較して安価に形成可能であり、且つ、全体の厚みを薄くすることができる。樹脂層１２の厚みは、５μｍ以上であることが好ましい。これは、樹脂層１２の厚みが５μｍ未満であると、防湿性が低下するなど十分な保護効果が得られず、信頼性が低下するからである。

本実施形態による電子機器１がソーラー発電式の時計である場合、透明板２０は文字盤、化粧板、液晶パネルなどであり、現在時刻などを表示する役割を果たす。このように、透明板２０が完全な透明である必要はなく、発電層１１に光が届くよう十分な光透過性を有していれば足りる。透明板２０は、フレキシブルであっても構わないし、リジッドであっても構わない。

密着防止層１３はシリカなどの無機材料からなり、その表面１３ａは隙間Ｇを介して透明板２０の表面２０ａと向かい合っている。密着防止層１３は、フレキシブルなソーラーセル１０が透明板２０に接触し、接触部分において両者が密着することによるタックマークの発生を防止する役割を果たす。これを実現すべく、密着防止層１３の表面１３ａはナノレベルの微細な凹凸を有している。具体的には、密着防止層１３の表面１３ａはＩＳＯ２５１７８に規定する表面粗さＳｚが１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。これにより、透明板２０の表面２０ａと接触した場合であっても、密着防止層１３の効果によりタックマークが発生しない。

タックマークの発生をより効果的に防止するためには、密着防止層１３の表面硬度（ビッカース硬さ）が２Ｈ以上であることが好ましく、厚さが１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。また、密着防止層１３は、発電層１１への入射光量を十分に確保すべく、光透過率が７０％以上であることが好ましい。

密着防止層１３の形成方法については特に限定されないが、ゾルゲル法によって樹脂層１２の表面１２ａにシリカを形成した後、１６０℃程度に加熱することにより、密着防止層１３を樹脂層１２の表面１２ａに固定する方法が挙げられる。或いは、微細なシリカ粉末を含む溶剤を樹脂層１２の表面１２ａに塗布した後、１６０℃程度に加熱することによって、密着防止層１３を樹脂層１２の表面１２ａに固定しても構わない。

ソーラーセル１０と透明板２０の密着を防止する方法としては、樹脂層１２にアンチブロッキング剤を添加する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、樹脂層１２が白化し、発電層１１への入射光量が大幅に低下してしまう。これに対し、本実施形態においては、樹脂層１２にアンチブロッキング剤を添加するのではなく、樹脂層１２の表面１２ａにナノレベルの微細な凹凸を有する密着防止層１３を設けていることから、発電量の低下を抑制することが可能となる。むしろ、ソーラーセル１０の最表面がモスアイ構造となることから、ソーラーセル１０の最表面における反射光が低減し、発電層１１への入射光量を増加させることが可能となる。具体的には、密着防止層１３を形成する前における樹脂層１２の光透過率が約９３％である場合、樹脂層１２の表面１２ａに密着防止層１３を設けることによって光透過率が約９６％に向上する。

以上説明したように、本実施形態によれば、フレキシブルなソーラーセル１０と透明板２０が隙間Ｇを介して対向する構造を有する電子機器１において、発電量の低下を抑えつつ、ソーラーセル１０と透明板２０が部分的に接触してもタックマークの発生を防止することが可能となる。

図２は、本発明の第２の実施形態による電子機器２の構成を説明するための模式的な断面図である。

図２に示す電子機器２は、密着防止層１３が透明板２０の表面２０ａに設けられている点において第１の実施形態による電子機器１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による電子機器１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、本発明において密着防止層１３をソーラーセル１０側に設けることは必須でなく、透明板２０側に設けても構わない。

図３は、本発明の第３の実施形態による電子機器３の構成を説明するための模式的な断面図である。

図３に示す電子機器３は、密着防止層１３が樹脂層１２の表面１２ａと透明板２０の表面２０ａの両方に設けられている点において第１の実施形態による電子機器１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による電子機器１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、本発明において密着防止層１３をソーラーセル１０と透明板２０の両方に設けても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１～３電子機器
１０ソーラーセル
１１発電層
１１ａ受光面
１２樹脂層
１２ａ樹脂層の表面
１３密着防止層
１３ａ密着防止層の表面
２０透明板
２０ａ透明板の表面
Ｇ隙間

Claims

所定の隙間を介して透明板で覆われるソーラーセルであって、
前記透明板を介して入射する光を光電変換するフレキシブルな発電層と、
前記発電層の受光面を覆う樹脂層と、
前記樹脂層の表面を覆い、前記隙間を介して前記透明板と向かい合う密着防止層と、を備え、
前記密着防止層は無機材料からなり、表面粗さＳｚが１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とするソーラーセル。
前記密着防止層の表面硬度が２Ｈ以上であり、厚さが１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のソーラーセル。
前記密着防止層の光透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のソーラーセル。
ソーラーセルと、所定の隙間を介して前記ソーラーセルを覆う透明板とを備える電子機器であって、
前記ソーラーセルは、前記透明板を介して入射する光を光電変換するフレキシブルな発電層と、前記発電層の受光面を覆う樹脂層とを含み、
前記隙間を介して前記透明板と向かい合う前記樹脂層の表面及び前記隙間を介して前記樹脂層と向かい合う前記透明板の表面の少なくとも一方は、無機材料からなり、表面粗さＳｚが１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の密着防止層で覆われていることを特徴とする電子機器。
前記隙間が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
前記透明板が時計の表示パネルであることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子機器。