特開 2024-68142 光電池セット、及び測定領域を有する、電子回路を伴う電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068142

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】光電池セット、及び測定領域を有する、電子回路を伴う電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/042 20140101AFI20240510BHJP

   H01L 31/0463 20140101ALI20240510BHJP

   H01L 31/0465 20140101ALI20240510BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20240510BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 500

H01L31/04 532A

H01L31/04 532B

H02S50/00

G05F1/67 A

【審査請求】有

【請求項の数】23

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023184567

(22)【出願日】2023-10-27

(31)【優先権主張番号】22205388.6

(32)【優先日】2022-11-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】591048416

【氏名又は名称】ウーテーアー・エス・アー・マニファクチュール・オロロジェール・スイス

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】フランソワ・クロプフェンシュタイン

(72)【発明者】

【氏名】ジュリアン・バイラ

【テーマコード（参考）】

5F251

5H420

【Ｆターム（参考）】

5F251AA05

5F251BA04

5F251BA11

5F251DA10

5F251EA02

5F251EA10

5F251EA13

5F251FA02

5F251FA06

5F251FA14

5F251FA21

5F251GA04

5F251HA01

5F251JA03

5F251KA02

5H420CC03

5H420DD02

5H420EB01

5H420EB37

5H420FF03

5H420FF04

5H420FF22

(57)【要約】

【課題】光電池セット、及び測定領域を有する、電子回路を伴う電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明は、光電池（２、１２）セット（１０）に関する。セット（１０）は、光電池（２、１２）の電気接点を確立するため、前記基板（２２、２８）の上面、又は前記基板（２２、２８）の底面にわたり少なくとも１つの導電層（２１、２３、２５、２５’）を備える。少なくとも１つの大型サイズの第１の光電池（２）は、モジュール（１）内で電気エネルギーに変換される光エネルギーを捕捉するように提供される。第１の光電池（２）から独立した、少なくとも１つの小型サイズの第２の光電池（１２）が提供される。第２の光電池（１２）は、モジュール（１）の動作を最適化するため、電圧又は電流をモジュール（１）内で測定するように構成される。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子回路（３）を有する光電池モジュール（１）の一部であることが意図される光電池（２、１２）セット（１０）において、
前記セット（１０）は、前記モジュール（１）内で電気エネルギーに変換される光エネルギーを捕捉するように構成される、少なくとも１つの大型サイズの第１の光電池（２）と、前記モジュール（１）の動作を最適化するため、前記モジュール（１）内で電圧又は電流を測定するように構成される、前記第１の光電池（２）から独立した少なくとも１つの小型サイズの第２の光電池（１２）とを備えることを特徴とする、セット（１０）。

【請求項2】

前記セット（１０）は、１つ又は複数の光電池（複数可）（２、１２）の作製に適している基板（２２、２８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項3】

前記セット（１０）は、前記光電池（２、１２）の電気接点を確立するため、前記基板（２２、２８）若しくは支持体の上面、又は前記基板（２２、２８）若しくは前記支持体の底面上に少なくとも１つの導電層（２１、２３、２５、２５’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項4】

前記導電層は、前記基板（２２）又は前記支持体の上面上に配置される第１の導電層（２１）であり、前記セット（１０）は、前記基板（２２）又は前記支持体の底面上に配置される第２の導電層（２３）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のセット（１０）。

【請求項5】

前記第１の導電層は、大部分が透明であり、前記セットの支持要素の面の下に前記基板を固定することが意図される第１の導電層（２１）であることを特徴とする、請求項４に記載のセット（１０）。

【請求項6】

前記第１の光電池（２）は、基板の形態で支持体上に配置される薄膜電池であることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項7】

前記第１の光電池（２）の材料は、アモルファスシリコンであることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項8】

前記第２の導電層（２３）は、前記基板（２２）内又は前記第１の光電池（２）内に形成される前記セット（１０）の外周開口によって前記第１の導電層（２１）に接続されることを特徴とする、請求項５に記載のセット（１０）。

【請求項9】

絶縁（Ｐ３）は、前記第１の光電池（２）を画定するように作製され、別の絶縁（Ｐ１３）は、前記第２の光電池（１２）を前記第１の光電池（２）から独立させるように作製され、前記第２の光電池が前記モジュール（１）内の電圧又は電流を測定可能であるようにすることを特徴とする、請求項８に記載のセット（１０）。

【請求項10】

正接点（Ｃｐ１）は、２つの前記光電池の同じ正電位で前記第１の導電層（２１）の分極を可能にすることが意図される外周部において、前記第２の導電層（２３）上に配置され、負接点（Ｃｎ１）は、境界（Ｐ２）から絶縁される前記第２の導電層（２３）を介して前記基板上の前記大型光電池（２）上に配置され、別の負接点（Ｃｎ２）は、前記第２の導電層（２３）を介して前記基板上の前記小型光電池（１２）上に配置されることを特徴とする、請求項８に記載のセット（１０）。

【請求項11】

前記セット（１０）の見える部分は、時計ガラスを通じて前記第１の電池（２）及び／又は前記第２の電池（１２）の見分けが付かないように、前記第１の電池（２）及び／又は前記第２の電池（１２）と同じ色で作製されることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項12】

前記セット（１０）は、基板（２８）を備え、ｐ型及びｎ型領域は、前記基板（２８）の裏に交互に並列に形成され、前記導電層は、前記ｐ型及びｎ型領域の上に配置される一方で、第１のくし（２５）及び第２のくし（２５’）を画定するように構成され、前記第１のくし（２５）の歯は、前記ｐ型領域の上に配置される一方で、前記第２のくし（２５’）の歯は、前記ｎ型領域の上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項13】

前記セット（１０）は、上から下に、前記基板（２８）の上面に直接配置される少なくとも１つのパッシベーション層（２７）から構成される一方で、前記導電層は、前記基板（２８）の下面に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のセット（１０）。

【請求項14】

前記基板（２８）は、シリコンから作製される結晶基板であることを特徴とする、請求項１２に記載のセット（１０）。

【請求項15】

反射防止層（２６）は、前記パッシベーション層（２７）上に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載のセット（１０）。

【請求項16】

前記ｐ領域及び前記ｎ領域並びに前記くし歯は、直線形であることを特徴とする、請求項１２に記載のセット（１０）。

【請求項17】

前記ｐ領域及び前記ｎ領域並びに前記くし歯は、湾曲又は弓形であることを特徴とする、請求項１２に記載のセット（１０）。

【請求項18】

前記第１のくし（２５）は、第１の正接点（Ｃｐ１）に接続される一方で、前記第２のくし（２５’）は、前記第１の光電池（２）に関連する第１の負接点（Ｃｎ１）に接続され、前記第２の負接点（Ｃｎ２）は、前記第２のくし（２５’）の最初の歯に接続されるか、又は前記第１のくし及び前記第２のくしの２つの歯は、絶縁分割部（Ｐ３）によって前記第１のくし（２５）及び前記第２のくし（２５’）の残りから絶縁されることを特徴とする、請求項１２に記載のセット（１０）。

【請求項19】

前記第１の太陽電池又は光電池（２）は、時計の文字盤若しくはベゼル若しくはガラス、又は時計の別の部分の形態であることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項20】

前記光電池又は太陽電池（２、１２）は、シリコン・ウエハである１つ若しくは複数の基板ウエハ（複数可）内に作製されるか、又は絶縁層と共にガラス、プラスチック若しくは金属から作製される材料の１つ若しくは複数の支持体（複数可）上に作製されるか、又は結晶層上に作製されることを特徴とする、請求項１に記載のセット（１０）。

【請求項21】

請求項１に記載の光電池（２、１２）を備える、電子回路（３）を有する光電池モジュール（１）において、少なくとも１つの大型サイズの第１の光電池（２）は、電気エネルギーに変換される光エネルギーを捕捉するように構成され、前記モジュール（１）は、前記電子回路（３）内に、スイッチング・コントローラ（５）と、前記モジュール（１）の動作を最適化するアダプタ（４）とを更に備え、
前記第１の光電池（２）から独立した、少なくとも１つの小型サイズ（Ｐ３、Ｐ１３）の第２の光電池（１２）は、前記モジュールの最適な動作のため、電圧又は電流を前記モジュール（１）内で測定するように構成される、光電池モジュール（１）。

【請求項22】

測定される前記電圧は、照射の対数に比例する信号である前記第２の光電池（１２）の開路電圧（Ｖｏｃ）であることを特徴とする、請求項２１に記載のモジュール（１）。

【請求項23】

小型抵抗器は、動作に比例する電圧又は短絡電流を測定するため、前記第２の光電池から分岐することを特徴とする、請求項２１に記載のモジュール（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電池セットに関し、少なくとも１つの電圧又は１つの電流を測定する少なくとも１つの領域を有する、電子回路を伴う光電池セットにも関する。

【背景技術】

【0002】

光電池のエネルギーの収集を担う変換器は周知である。好ましくは、変換器は、用語ＭＰＰＴ（「ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ」）によって定義される最大電力点追従機構を統合すべきである。この最大電力Ｐｍｐｐは、動作点ＭＰＰに対応し、動作点ＭＰＰは、照明レベルにも依存する、極めて固有の電圧Ｖｍｐｐ及び電流Ｉｍｐｐを特徴とする。

【0003】

様々な技法が公知であり、特に、いわゆる「山登り（ｐｅｒｔｕｒｂ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖｅ）」法について述べることができ、この山登り法は、国際公開第２０１３／１０５００８号に記載されるように、動作電圧を周期的に変化させ、得られた電力の変動を観察することにある。この変動の出現に応じて、電力の変動は、保持されるか、又は反対に、逆にされる。概して、この方法は極めて効果的であるが、依然としていくつかの欠点を有し得る。特に、欠点は、ぐらつきの危険性、及び電子機器が比較的複雑であることである。このことは、低電力システム及び時計製造用途において、調整システムの電気消費量に著しく影響を与え得る。

【0004】

別の周知の方法は、電子回路３を伴う光電池２モジュール１の図１を参照すると見られる、いわゆる「開路電圧」（「ｏｐｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ」）法である。この方法は、太陽電池２の開路電圧Ｖｏｃ（「開回路」）を周期的に測定し、それに応じて、Ｖｍｐｐに望ましく近い動作電圧に適合させることにある。単純な変形形態は、開路電圧に定数倍、例えば、８０％を掛け、その後、それに応じて動作電圧を調節することにある。この方法は、電子回路内への実装が容易であるが、全ての照明条件下で理想的ではない。というのは、Ｖｍｐｐ／Ｖｏｃ比は、照明に応じて完全に一定ではないためである。より複雑な変形形態は、開路電圧に応じて係数を適合させることにある。電圧の関数Ｖｍｐｐ＝ｆ（Ｖｏｃ）は、電子的調整によって、例えばルックアップ・テーブルを使用して、この関数を後に概算可能であるように事前に決定すべきである。

【0005】

「開路電圧」法の欠点は、開路電圧Ｖｏｃを測定する短時間の間、エネルギーの収集が中断されることである。実際には、この測定の継続時間は、Ｖｏｃに対する端子において、不可避の電気キャパシタを充電するのに太陽電池が必要とする時間に依存する。電気キャパシタは、固有のものであれ外部のものであれ、太陽電池がその端子に有するものである。更に、Ｖｏｃ測定周期は、照明の変動に適合するものとされる。時計製造産業での用途に関し、森林内を移動するソーラー時計着用者の例を考慮することが可能である。足を踏み出すたび、腕を動かすたびに受ける光は、著しく変動し、動作電圧は、理想的には、瞬時又は頻繁に、例えば、毎秒、適合されるはずである。実際には、電圧Ｖｏｃを測定するため、そのような高頻度でエネルギーの収集を中断することは、無駄である。

【0006】

図１は、上記で部分的に説明した開路電圧測定方法を使用する、従来技術の電子回路３を伴う太陽電池２モジュール１を示す。従来技術の太陽電池２モジュール１は、電子回路３を備え、電子回路３は、電子回路３の外側に接続される構成要素を有する。太陽電池又は光電池２は、時計の文字盤若しくはベゼル若しくはガラス、又は時計の別の部分の形態とし得る。

【0007】

モジュール１の一方の側で、太陽電池２は、光を捕捉し、この光を、第１のキャパシタＣ１上に加えられる電圧等の電気エネルギーに変換することが意図される。キャパシタＣ１上に加えられた電圧ＶＰＶは、電子回路３内のスイッチング・コントローラ５に供給される。インダクタＬ１も、第１のキャパシタＣ１及びスイッチング・コントローラ５の入力Ｖｉｎに関連して設けられ、これは、「逓昇」型ＤＣ－ＤＣ変換器回路として周知である。

【0008】

スイッチングの時間調整は、スイッチング・コントローラ５内で動作され、所定の時間で、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間に配置されたスイッチ６を閉鎖し、開路電圧Ｖｏｃを測定する。この開路電圧Ｖｏｃは、アダプタ４に供給され、これにより、スイッチング・コントローラ５に伝達された電圧を、例えば、アダプタ４から得られた平均最大値の８０％に対応する値に適合させ、それに応じて動作電圧を望ましくＶｍｐｐ付近に適合させる。したがって、所望の動作電圧は、出力Ｖｓｕｐで供給され、出力キャパシタＣｓ上に加えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１０５００８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

したがって、本発明は、電子回路を伴う光電池モジュールの一部であることが意図される光電池セットを提案し、光電池の電圧又はこの光電池の電流を頻繁に、更には永続的に測定することを可能にする。このことは、電子回路及びモジュール全体の動作点の急速な適合を可能にし、上述した従来技術の欠点を克服する。本発明は、高い頻度でさえ、電圧の測定を容易にし、上述の従来技術の欠点の克服を可能にする。

【0011】

この利点は、照明条件が急激、頻繁に変化する際、より一層大きい。この照明条件の急激で頻繁な変化には、一般的に時計が活動中のユーザによって着用される場合が当てはまる。光電池セットにおける、電圧、例えば開路電圧を測定する一部分又は領域と、光エネルギーを捕捉する一部分又は領域との組合せは、電子回路を伴う光電池モジュールの電子回路の動作頻度とは無関係に、電圧の測定を常時実施可能にする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的で、本発明は、独立請求項１において規定される光電池セットに関する。

【0013】

光電池セットの特定の実施形態は、従属請求項２から２０において規定される。

【0014】

この目的で、本発明は、独立請求項２１に記載の、電圧又は電流を測定する領域を有する、電子回路を伴う光電池モジュールにも関する。

【0015】

モジュールの特定の実施形態は、従属請求項２２及び２３内で規定される。

【0016】

電子回路を伴う前記光電池モジュールのための光電池セットの利点は、第１の変形形態によれば、光電池セットが、光エネルギーを捕捉し、光エネルギーを電気エネルギーに変換することが意図される第１の又は複数の第１の大型サイズの光電池又は太陽電池（複数可）と、モジュールの電子回路内の電圧又は電流を測定することが意図される、独立した小型サイズの第２の光電池又は太陽電池とを備えることにある。利点は、例えば連続的に、開路電圧又は短絡電流を測定することとし得る。

【0017】

第１の光電池（複数可）は、薄膜電池（複数可）から構成し得る。

【0018】

有利には、電圧又は電流の測定が意図される、光エネルギーを捕捉する部分又は領域は、例えば、全ての光電池の合計表面積の１％に相当する表面積を占め得る。逆に、例えば、モジュールの電子回路内でこの電圧、例えば開路電圧又はこの短絡電流を連続的に測定する動作によって、実際、少なくとも１０％より多くの電気エネルギーを捕捉可能にし、従来技術と比較して著しい利点である。

【0019】

セットの第１の光電池は、光エネルギーを捕捉する大型サイズの光電池である。セットの第２の光電池は、小型サイズの光電池であり、主に、モジュールの電子回路内の電圧又は電流、例えば開路電圧Ｖｏｃ又は短絡電流を測定するように働くことが意図される。当然、２種類の光電池は、照明に応じた酷似した開路電圧Ｖｏｃを有することが仮定される。本発明の時計製造での用途において、第１の太陽電池（複数可）は、時計の文字盤に統合するか、又は時計文字盤の形状と直接一致させるか、又は時計のガラスに接合し得る。２つの種類の異なる電池を有することは、外観的な欠点を有する可能性がある。というのは、前記電池の縁部が見えるためである。更に、絶縁領域による２つの電池の物理的分離は、エネルギーの収集に利用可能な有効面を低減させる性質がある。しかし、電子回路を伴う光電池モジュールが意図される光電池セットが、時計文字盤又はガラスに接合される際、見える可能性のある光電池セットの部分は、第１の電池及び／又は第２の電池と同じ色で作製し、時計ガラスを通じて光電池セットの部分の見分けが付かないようにし得る。別の小さな欠点は、２つの部分の間に絶縁領域を設けることによって、電気エネルギーに変換する光エネルギーの捕捉が意図される第１の電池の表面を最小に低減されることである。

【0020】

電子回路を伴う光電池モジュールの一部であることが意図される光電池セットの別の利点は、第２の変形形態によれば、前記モジュールの光電池セットが、特に、ＩＢＣ型（「ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ」の頭文字）シリコン電池の特性を備えることである。この概念は、基本的に、単結晶基板及び表面アモルファス層のための単一区分電池を実装し、拡散及び金属化により裏面構造のみ絶縁することにある。言い換えれば、この概念は、電池裏面における２つの電気的に独立するｐピン及びｎピン又はくしにより、ＩＢＣ電池の小領域を、電圧、例えば開路電圧Ｖｏｃの測定に割り当てることにある。この測定領域は、エネルギー収集専用の主領域より著しく小さいことが仮定される。

【0021】

電圧又は電流を測定する少なくとも１つの領域を有する、電子回路を伴う光電池モジュールの一部であることが意図される光電池セットの目的、利点及び特徴は、図面を参照する以下の非限定的な説明においてより良好に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来技術の光電池モジュールの図であり、従来技術の光電池モジュールは、データを処理する電子回路を備え、開路電圧の測定に適合される。

【図2】データを処理する電子回路を備える、本発明による光電池モジュールの図である。

【図3】光電池セットの様々な層の一実施形態の図であり、光電池セットは、本発明による第１の変形形態の電子回路を有する光電池モジュールの一部であることが意図される。

【図4A】本発明の第１の変形形態による、電子回路を伴う光電池モジュールの光電池セットのウエハの形態の支持体の上面図である。

【図4B】本発明による、モジュールの電子回路内の電圧、例えば開路電圧を測定し、光信号によって電気エネルギーを捕捉する、異なる接点を見るためのウエハの形態の光電池セットの断面図である。

【図5A】本発明の第２の変形形態による、電子回路を伴う光電池モジュールの光電池セットのウエハの形態の支持体の上面図である。

【図5B】本発明による、例えば、シリコン結晶層にわたる交互の各くしの少なくとも２つの歯を見るためのウエハの形態の光電池セットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下の説明において、電子回路を伴う光電池モジュールの一部であることが意図される光電池セットの構成要素の全てを説明する。技術分野で周知である全ての測定基本構成要素は、手短に説明する。電子回路を伴う光電池モジュールのための光電池セットの構造、及びその設計を主に説明する。

【0024】

第１の変形形態において、特に図２で以下に説明されるように、光電池２及び１２セット１０は、主に手首に着用される時計のガラスを形成し得るガラス板上等の支持体上に置き得る。２つの光電池２及び１２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するため、光エネルギーの捕捉が可能であるが、より小型の第２の電池１２は、電圧、例えば開路電圧の測定のため、及び可能性としては電流、例えば短絡電流の測定のためにも使用される。レーザー機械加工は、ガラスを通じて実施し得る。というのは、ガラスは絶縁体であり、透明でもあるためである。開路電圧を測定する電池の場合、測定される出力電力は、ゼロに等しく、これにより、開路電圧を特に指定する。

【0025】

図２は、電子回路３を伴う光電池２、１２モジュール１を示す。いくつかの電子構成要素は、依然として、電子回路３の基部及び本発明の光電池（複数可）２、１２を接続する。前記モジュール１は、電子回路３に接続される１つ又は複数の光電池又は太陽電池（複数可）２、１２と、光電池（複数可）及び電子回路３の基部を接続する異なる電子構成要素を更に備える。例えば、時計文字盤を形成するように一緒に接続されるか又は時計ガラス等の支持体上に配置される第１の電池又はいくつかの第１の光電池２と、開路電圧を測定する少なくとも１つの第２の光電池１２とを有することを考慮でき、少なくとも１つの第２の光電池１２は、要するに、小型光電池又は太陽電池である。この第２の太陽電池は、開路電圧Ｖｏｃの測定を独立して実施可能であるように構成されるが、モジュール１内の短絡電流を測定するようにも構成し得る。この小型光電池は、開路電圧の測定の開始時点で、接続を解除せずに、常時、特に連続的に接続し得る。したがって、この小型光電池１２のおかげで、電子回路３、又は電子回路３を備えるモジュール１全体の動作点に適合させる１つの情報を供給することが可能である。

【0026】

図２に示すように、モジュール１は、光エネルギーを捕捉し、光エネルギーを電気エネルギーに変換する少なくとも１つの第１の光電池又は太陽電池２を備え、第１の光電池又は太陽電池２は、入力キャパシタＣ１上の正の側に挿入され、入力キャパシタＣ１は、負の側上で接地Ｖｓｓにも接続される。モジュール１は、入力キャパシタＣ１の正の側を、電子回路３内のスイッチング・コントローラ５の入力電圧端子Ｖｉｎに接続するインダクタＬ１を更に備え、これは、「逓昇」型ＤＣ－ＤＣ変換器回路として周知である。このスイッチング・コントローラ５の時間は、ＬＸ１接続インダクタＬ１により部分的に構成されるデータベース又は局部発振器によって調整し得る。しかし、時間基準又は時間調整発振器も、スイッチング・コントローラ５又は電子回路３に完全に統合し、特にスイッチング・コントローラ５の全ての動作の時間を調整し得る。

【0027】

電子回路３は、アダプタ４も備え、アダプタ４は、スイッチング・コントローラ５に接続され、第２の光電池又は太陽電池１２に直接接続される。スイッチング・コントローラ５とアダプタ４との間に、構成パラメータの通信があってよく、この構成パラメータは、決定された電圧レベル、即ち、モジュールの適切な動作のために与えられる標的値Ｖｍｐｐ＿ｃｉｂｌｅに関連する。アダプタ４は、常時、特に連続的に、第２の光電池若しくは太陽電池１２の電圧又は電流、例えば開路電圧Ｖｏｃ又は短絡電流の測定信号を受信する。測定の開始時、電圧点Ｖｍｐｐに到達するまで、第２の光電池１２のダイオードを通じた電流の増大があり、電圧点Ｖｍｐｐは、電子回路３の理想的な動作電圧に対応する。しかし、電圧－電流曲線は、電流がゼロになる電圧軸上で開路電圧値Ｖｏｃに到達するまでに、電流が落下して終了する。標的最適値Ｖｍｐｐに近い電子回路の動作電圧は、電圧の関数Ｖｍｐｐ＝ｆ（Ｖｏｃ）によって決定し得る。

【0028】

したがって、第２の光電池１２は、常時、特に連続的に、電圧又は電流、例えば開路電圧Ｖｏｃを測定するように提供し得る。というのは、この第２の光電池又は太陽電池１２は、第１の光電池又は太陽電池（複数可）２から独立し、光エネルギーを電気エネルギーに変換することによる光エネルギーの測定を担っているためである。

【0029】

この電圧、例えば開路電圧Ｖｏｃの測定値は、アダプタ４に供給され、これにより、スイッチング・コントローラ５に伝達される電圧を、例えば、アダプタ４から発せられる平均最大値の８０％に対応する値に適合させ、それに応じて動作電圧を望ましくＶｍｐｐ付近に適合させる。Ｖｍｐｐは、事前に規定した標的値（Ｖｍｐｐ＿ｃｉｂｌｅ）とし得るる。したがって、所望の動作電圧は、スイッチング・コントローラ５の出力Ｖｓｕｐで供給され、負の側が接地Ｖｓｓに接続される出力キャパシタＣｓ上の正の側上に加えられる。

【0030】

電子回路３を伴う光電池モジュール１の接続は、前記モジュール１の動作を説明するために図１及び図２で説明した接地Ｖｓｓに対してではなく、正電圧端子に対して逆に設け得ることに留意されたい。

【0031】

第１の変形形態の電子回路３を伴う光電池２、１２モジュール１を作製するには、図３をまず参照されたい。この図３は、光電池セット１０の様々な層を示し、光電池セット１０は、光電池を接続する前の、モジュール１の層のセットの第１の変形形態の電子回路を伴う光電池モジュール１の一部であることが意図される。セット１０は、第１の導電層を備え、第１の導電層は、セットの支持体の面の下に基板２２を締結することが意図される第１の透明導電層２１とし得る。

【0032】

第１の導電層２１は、基板２２の第１の面の上に配置でき、基板２２は、アモルファス型材料から作製される、例えば、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）等の半導体材料から作製される。第１の導電層２１は、透明導電酸化物ＴＣＯ層とし得るが、他の導電層の使用を考慮することが可能である。第２の金属層２３は、基板２２又は支持体の第１の面の反対側の第２の面上に配置し得る。

【0033】

したがって、第１の光電池２の基板２２の材料は、アモルファスシリコンとし得る。

【0034】

第２の導電層２３は、基板２２内又は第１の光電池２内に作製されるセット１０の外周開口によって第１の導電層２１に接続される。

【0035】

当然、上述のセットの層の上又は下に、いくつかの他の層を置き得る。

【0036】

光電池セット１０は、ガラス、例えば時計ガラス等の透明支持体２０の下面上、又は別の支持体の種類上に、光電池セット１０の第１の導電層２１によって締結されることが意図される。セット１０の合計厚さは、５００μｍより小さく、更に好ましくは１００μｍより小さくし得る。

【0037】

この第１の変形形態では、透明支持体２０又は別の種類の支持体は、電子構成要素及びモジュール１の光電池の全ての接続ステップの後の、セット１０の一部とし得ることに留意されたい。

【0038】

電子回路を伴う光電池モジュールの一部になる光電池セット１０の第１の変形形態は、図４Ａ及び図４Ｂに示される。図４Ａは、光電池セット１０の上面図を示す一方で、図４Ｂは、光電池セット１０の接続接点のレベルにおける垂直図を示す。

【0039】

第１の変形形態によれば、光電池セット１０は、互いに独立して配置される２つの電池を備える。大型サイズの第１の光電池２は、光エネルギーを収集し、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される一方で、小型サイズの第２の光電池１２は、開路電圧Ｖｏｃ、及び可能性としては短絡電流の測定を実施するように構成される。

【0040】

第１の光電池２は、別の形状の種類の基板の支持体上に配置される薄膜電池とし得る。

【0041】

とはいえ、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、基板２２は、むしろ、ウエハ又はウエハ部分の形態で示され、ウエハ又はウエハ部分の上、及びウエハ上の場所に、光電池の電気接点が作製されることに留意されたい。前記光電池又は太陽電池は、主に、シリコン・ウエハから構成される１つ若しくは複数の基板ウエハ（複数可）内に作製されるか、又は絶縁層と共にガラス、プラスチック若しくは金属から作製される材料の１つ若しくは複数の支持体（複数可）上に作製されるか、又は結晶層上に作製される。

【0042】

図４Ａは、電子回路を伴う光電池モジュールの一部であることが意図される光電池セット１０の第１の変形形態の上面図を示す。反対に、図４Ｂは、セット１０の一部である、支持体２０上に締結される光センサ・セット１０の電気接点の位置のレベルにおける断面図を示す。第１の層が、好ましくはガラスから構成される支持体２０の下面上に締結されるセット１０は、特にレーザーによる機械加工作業を実施することが可能である。ガラス及びセットのいくつかの部分が、第１の透明導電性酸化物層のように透明であると仮定して、モジュールを通じてガラスの上面から機械加工又はエッチングを実施するために設け得る。このセット１０は、例えば、ガラスから作製される支持体上の薄膜電池の一変形形態から構成される。

【0043】

周知のレーザー機械加工の場合、アモルファス型シリコン基板２２を通じて前記エッチングを実施し、第１の透明導電酸化物層２１へのアクセスをもたらし、共通の正又は負の電位、この場合、好ましくは正電位にこの層を分極することが可能である。分極を行うため、基板２２の反対面上の第２の金属層２３（Ｐ２によって画定される）は、例えば金属リングＰ２によって、第１の透明導電酸化物層２１を接続し得る。境界又は外周部においてこの第２の金属層２３上に配置される正接点Ｃｐ１は、両方の光電池で同じ電位、例えば正電位において、第１の透明導電酸化物層２１の全体を分極可能にする。

【0044】

例えば、レーザー機械加工により、大型光電池のための絶縁層Ｐ３及び小型光電池のための別の絶縁層Ｐ１３を作製することも可能である。各絶縁層Ｐ３及びＰ１３は、少なくとも、透明導電酸化物層２１と接触するまで第２の金属層２３から延在する。したがって、境界Ｐ２から絶縁される第２の金属層２３を介して基板上の大型の第１の光電池上に負接点Ｃｎ１を適用することが可能である。また、このことは、他の絶縁層Ｐ１３によって小型光電池を絶縁し、第２の金属層２３を介して基板上の小型の第２の光電池上の別の負接点Ｃｎ２によって接続することも可能にする。

【0045】

当然、上記で述べたケースに関し、共通電源パッドは、電源の正端子に対応し、電源は、主に、第１の光電池又は太陽電池によって光エネルギーを電気エネルギーに変換することから生じる。しかし、特に図２で述べたケースでは、共通パッドは、むしろ、負の側の端子として規定される接地端子である。しかし、異なる接点パッドの接続構成は、変化しない。

【0046】

大型第１の光電池又は太陽電池の絶縁Ｐ３が設けられ、絶縁Ｐ３は、このケースでは円形形状であるが、図４Ａに示されるこの形状に限定されない。更に、この絶縁Ｐ３の周囲に、相互接続線又はストリップＰ２が設けられ、第１の光電池又は太陽電池及び第２の光電池又は太陽電池の正の側上で正接続の共通相補接点Ｃｐ１を接続する。

【0047】

正接点Ｃｐ１は、外周部で第２の導電層２３上に配置され、両方の光電池で第１の導電層２１を同じ正電位に分極可能にすることが意図され、負接点Ｃｎ１は、境界Ｐ２から絶縁される第２の導電層２３を介して基板上の大型光電池２上に配置され、別の負接点Ｃｎ２は、第２の導電層２３を介して基板上の小型光電池１２上に配置される。

【0048】

第２の又は小型の光電池１２は、概して、第１の又は大型光電池２内に配置されるが、とはいえ、小型光電池１２を境界Ｐ２までの絶縁Ｐ３の外側に配置することも考慮することが可能である。

【0049】

電子回路を伴う光電池モジュール内に組み付けられる光電池セット１０において、各光電池上に配置される異なる接点の極性を逆にすることを考慮可能であることにも留意されたい。この点に関し、セット１０をモジュール１内に組み付けた後、相補接点Ｃｐ１は、負の側の接点になる一方で、第１の負の接点Ｃｎ１及び他の負の接点Ｃｎ２は、正の側の接点になり得る。

【0050】

図５Ａ及び図５Ｂは、光電池セット１０の第２の変形形態を示し、接点の間の電気接続全体は、基板２８の下で、少なくとも１つの導電層２５、２５’を介して光電池セット１０の裏面に作製される。この第２の変形形態では、この第２の変形形態は、ＩＢＣ型（「ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ」の頭文字）シリコン電池の特性を利用することにある。本実施形態では、基礎をなす概念は、単結晶基板（ウエハ）のために本質的に単一区分の電池を実装し、例えば、拡散及び金属化によってウエハの背面構造のみを分割又は絶縁することである。言い換えれば、このことは、基板２８の下で、電気的に独立する少なくとも２つのピン又はくしにより、ＩＢＣ電池の小さな領域を開路電圧Ｖｏｃ又は短絡電流の測定に割り当てることにある。

【0051】

図５Ｂから気付き得るように、光電池セット１０は、上から下に、基板２８上に直接配置される少なくとも１つのパッシベーション層２７から構成され、少なくとも１つのパッシベーション層２７は、結晶シリコンから構成し得る。しかし、反射防止層として働くシリコン窒化物ＳｉＮ層２６、又はシリコン酸化物ＳｉＯ２層もパッシベーション層２７上に追加し得る。更に、少なくとも１つのｐ型領域及び１つのｎ型領域、好ましくはいくつかのｐ型領域及びｎ型領域を、基板２８の反対面上に作製し得る。これらの領域は、交互に、互いから離間して、互いに平行に配置される。これらの領域は、直線であっても、曲線、例えば、円弧又は別の適切な形状の形態であってもよい。これらの領域は、導電層で覆われ、導電層は、次に、第１のくし２５及び第２のくし２５’を画定するように構成される。第１のくし２５の歯は、ｐ型領域上に配置される一方で、第２のくしの歯は、ｎ型領域上に配置される。

【0052】

透明ガラスから作製し得る支持体又は支持要素は、反射防止層２６を経時的な摩耗から保護するように、反射防止層２６上に組み付けられる又は締結し得ることに留意されたい。更に、くし２５、２５’を摩耗から保護するためにも、くし２５、２５’上に保護層を置くことも考慮し得る。

【0053】

ｎ領域及びｐ領域は、それぞれの種類（例えば、ホウ素Ｂ又はリンＰをドープしたアモルファスＳｉ）の層の拡散又は蒸着によって作製し得ることに留意されたい。

【0054】

好ましくは、第１の負の接点Ｃｎ１は、光電池が中に作製される基板２８の外周部Ｐ１に近接して配置される。正の相補接点Ｃｐ１も、例えば、第１の負の接点Ｃｎ１からわずかに後退してウエハの外周部に近接して作製される。歯が、基板２８の裏面で同じ表面上に交互に、並列に、互いに隣り合って噛み合うことが意図される少なくとも２つの導電ピン又は好ましくは２つの導電くし２５、２５’は、接点Ｃｎ１及びＣｐ１のそれぞれから開始して形成される。基板２８が円形形状である場合、このことは、各くし２５、２５’の各歯の保持線が、それぞれ、接点Ｃｎ１及びＣｐ１のそれぞれから、互いに反対方向で開始する円弧を表すことを意味する。

【0055】

交互嵌合設計は、他の設計に代わり得る。更に、交互嵌合設計は、例えば、二重コイルの作製に必須ではない。

【0056】

第２の又は他方の負の接点Ｃｎ２は、いずれか一方との電気接点を伴わずに、少なくとも２つの導電ピンの間、又はくしの導電歯の間に作製される。図５Ａに示すように、第２の接点Ｃｎ２は、くし２５’の最後の歯の後に配置し得る。更に、くし２５’の残りから最後の歯を絶縁するため、最後の２つの歯２５、２５’は、好ましくは、くしの残りから分割Ｐ３される。この分割Ｐ３は第１の光電池から第２の光電池を絶縁可能にすることを明らかに気付けるであろう。とはいえ、ＩＢＣ型第２の光電池又は太陽電池の作製が意図される小型領域は、明確に画定されるべきであることに留意されたい。しかし、この第２の光電池又は太陽電池は、必ず、光エネルギーの捕捉及び光エネルギーの電気エネルギーへの変換に使用される第１の光電池又は太陽電池より小さいことに留意されたい。

【0057】

この第２の実施形態又は変形形態は、開路電圧の測定の実行又は実施がより複雑である。しかし、第２の実施形態又は変形形態は、考慮すべき一変形形態から構成される。

【0058】

本発明は、動作点Ｖｍｐｐに迅速に適合可能であるように、電圧Ｖｏｃの頻繁な、及び永続的でさえある測定を可能にするという大きな利点をもたらす。この利点は、照明条件が素早く頻繁に変化する場合、典型的には、文字盤が第１の光電池と、開路電圧を測定する第２の光電池とを備える時計が、活動中のユーザによって着用される場合に、より一層重要である。

【0059】

第１の変形形態では、小型電池の生成は、工程の継続時間をほぼ延長せずに、通常の生産ステップ内で極めて容易に行い得ることに留意されたい。更に、第１の変形形態の美観は、あまり問題ではない。というのは、生成される開口は、暗色樹脂で充填され、これにより、視覚的コントラストを低減するためである。

【0060】

第１の変形形態と同様に、電気接続端子は、これらの光電池に接続される電子回路の配置に従って逆にし得る。このために、電源の正端子ではなく、接地に共通の接触パッドを設け得る。このことは、そのような回路又はモジュールの一般電源のための電気エネルギーを生成する第１の光電池又は太陽電池で電圧を適合させる際に正の変動を残す。このことは、開路電圧の適合により開路電圧を変動させると、モジュール及びその回路の適切な動作を決定することも可能にする。

【0061】

当然、いくつかの接触パッドＣｎ１、Ｃｎ２、Ｃｐ１は、モジュール１の適切な動作のための各部分の均一な分極のため、ウエハ上に設け得る。第１の接触パッドＣｎ１及び相補接触パッドＣｐ１から導電くしを作製する際、これらの歯の接続線からの２つのくしの歯の配置は、ウエハの良好な分散又は分極のためにかなり規則的であるべきである。各くしは、ウエハの外周部又はウエハのほぼ中心位置に置かれる接触パッドから開始することを想像し得るが、依然として、各くしの歯は、ウエハの裏接触面上で交互である。各くしの接触パッドを外周部に、互いに対して実質的に１８０°で配置することを考慮することも可能である。しかし、図５Ｂに示す実施形態は、より想像できると思われ、図示の導電くしの歯の配置によって分極を良好に分散させる。各歯の長さは、図５Ｂに示すものより多く延長し得る。

【0062】

開路電圧Ｖｏｃの測定の促進を目的とする上記の原理は、光電池の別の主要パラメータ、即ち、光電池の短絡電流Ｉｓｃ（ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）を測定するためにも実施し得る。この電流を知ることも、動作点の最適化を可能にするが、実際には、開路電圧Ｖｏｃが好ましい。この開路電圧Ｖｏｃは、Ｉｎ（Ｉ）に等しい。しかし、とりわけ、短絡電流は、照明強度と共にほぼ線形に変動し、照度計機能の容易な実装を可能にする。光を捕捉し、光を電気エネルギーに変換するシステムの全体挙動が既知であれば、照度計に測定を統合することにより、収集したエネルギー量の推定を可能にする。エネルギー量の推定は、エネルギー管理を最適化し、製品のエンド・ユーザに知らせるのに有用な情報である。

【0063】

この最大電力Ｐｍｐｐは、動作点ＭＰＰに対応し、動作点ＭＰＰは、極めて固有の電圧Ｖｍｐｐ及び電流Ｉｍｐｐを特徴とし、照明レベルに依存することも忘れずに留意されたい。前に説明した最大電力点Ｐｍｐｐ追従機能は、小型電池の電圧に関係し、小型電池は、以下で示す２つの異なる様式で照度計機能に似せることも可能である：
－光電池の電圧Ｖｏｃは、照射の対数に比例する信号である。光電池の電圧Ｖｏｃに必要であるのは、ルックアップ・テーブルにより照明を推測する値を測定することだけである（ｖｏｌｔａｇｅ－＞ｌｕｘ）。
－代替的に、小型抵抗器（＜＜Ｖｍｐｐ／Ｉｍｐｐ）が小型光電池と並列に置かれる場合、小型光電池は、照射に比例する電圧をもたらす。光電池の電圧Ｖｏｃに必要であるのは、ルックアップ・テーブルにより照明を推測する値を測定することだけである（ｖｏｌｔａｇｅ－＞ｌｕｘ）。

【0064】

開路電圧は、光電池セットの照明強度を考慮する測定値とし得ることにも留意されたい。

【0065】

小型抵抗器は、動作に比例する電圧又は短絡電流を測定するため、小型光電池から「分流」分岐し得る。このことにより、電流及び電圧の線形変動をもたらす。

【0066】

当然、当業者は、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、光電池セットの他の可能な実施形態を考慮し得る。

【符号の説明】

【0067】

１ 光電池モジュール
２ 光電池
３ 電子回路
１０ セット
１２ 光電池
２１ 導電層
２２ 基板
２３ 導電層
２５ 導電層
２５’ 導電層
２８ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【外国語明細書】