EP0902339A1 - Cadran formé d'une cellule solaire notamment pour pièce d'horlogerie - Google Patents

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EP0902339A1
EP0902339A1 EP97115577A EP97115577A EP0902339A1 EP 0902339 A1 EP0902339 A1 EP 0902339A1 EP 97115577 A EP97115577 A EP 97115577A EP 97115577 A EP97115577 A EP 97115577A EP 0902339 A1 EP0902339 A1 EP 0902339A1
Authority
EP
European Patent Office
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substrate
dial
light
exposed
intended
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97115577A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rudolf Dinger
Jean-Paul Randin
Yves Ruedin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asulab AG
Original Assignee
Asulab AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Asulab AG filed Critical Asulab AG
Priority to EP97115577A priority Critical patent/EP0902339A1/fr
Publication of EP0902339A1 publication Critical patent/EP0902339A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time pieces
    • G04C10/02—Arrangements of electric power supplies in time pieces the power supply being a radioactive or photovoltaic source
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/06—Dials
    • G04B19/12—Selection of materials for dials or graduations markings

Definitions

  • the present invention relates to a dial formed of a solar cell, especially of the photoelectrochemical type regenerative, the dial being intended to power a time circuit of a timepiece or a electrical circuit of a device such as a measure or the like.
  • the invention relates more particularly a dial whose face shown at the user presents an original aesthetic aspect such than an opalescent or metallic appearance.
  • a dial for a watch whose horometric circuit is powered by a conventional silicon solar cell.
  • the dial described in this document is formed of a translucent ceramic sheet, such as Al 2 O 3 , placed above the solar cell so that it is hidden from the view of the user.
  • the translucent nature of the dial allows a sufficient amount of light energy to pass through to illuminate the cell below.
  • the solar cell and the dial which the covers are made up of two separate parts which must be carried out and assembled independently.
  • This structure has many drawbacks. In effect, such a structure increases the number of parts involved in the manufacture of a device in front of be equipped, such as a watch, and therefore complicates the construction of such a device and increases its cost price.
  • the superimposition of the ceramic sheet and the cell solar leads to an increase in the thickness of the watch. This superimposed structure also leads to create an interface where reflections occur parasites from the incident light, which is harmful to overall efficiency of the solar cell.
  • the main aim of the invention is therefore to remedy the disadvantages of the aforementioned prior art in providing a dial formed by one or more cells integrated into it, the dial presenting the user an original opalescent or metallic appearance, particularly suitable for making dials decorative, for example for timepieces, everything maintaining acceptable electrical performance for the application of the cell used as source of energy and this using a cell structure simple and economical.
  • the invention has for the purpose of a dial, in particular for a timepiece, formed of at least one solar cell of the type regenerative photoelectrochemical comprising a first substrate intended to be exposed to light radiation and a second substrate, said substrates bearing, on their opposite, electrodes between which is arranged a physicochemical system capable of absorbing light and generate an electrical voltage to terminals of said electrodes, characterized in that said first substrate is formed of a translucent material.
  • the invention also for the purpose of a dial, in particular for a timepiece, formed of a substrate having a first face on which extends at least a plurality of overlapping layers defining at least one interleaved n-i-p or p-i-n element between two electrodes, and a second face intended for be exposed to light radiation, characterized in that said substrate is formed of a translucent material.
  • the invention also for the purpose of a dial, in particular for a timepiece, formed of a substrate having a first face on which extends at least a plurality of overlapping layers defining at least one interleaved n-i-p or p-i-n element between two electrodes, and a second face intended for be exposed to light radiation, characterized in that said substrate is formed of a transparent material and in that a partially transparent metallic layer and partially reflective is deposited on said second side of the substrate.
  • the subject of the invention is a dial, in particular for a timepiece, formed of minus a solar cell of the photoelectrochemical type regenerative comprising a first substrate intended for be exposed to light radiation and a second substrate, said substrates carrying, on their face in gaze, electrodes between which is arranged a physicochemical system capable of absorbing light and to generate an electrical voltage across said terminals electrodes, characterized in that said first substrate is made of a transparent material and in that a layer partially transparent and partially metallic reflective is deposited on said second face of the substrate.
  • a dial monolithic formed of a solar cell which achieves the dual function of dial and power source electric, for example for a timepiece or similar.
  • translucent material we understand everything material which lets in part of the light incident and backscatter or reflect another part while concealing from the observer the elements behind the substrate made of such a material.
  • the substrate intended to be exposed to light radiation has a light reflectivity between 50% and 90% and preferably between 60% and 85% in the field of lengths visible waves.
  • the dial depending the invention can provide a power of the order of 1 ⁇ W or more, which is still enough to power the timepiece circuit of an electronic timepiece under these lighting conditions.
  • the substrate intended to be exposed to light radiation is made based aluminum oxide, zirconium oxide or a glass opalescent.
  • the metal of the metallic layer is chosen from the set comprising gold, aluminum, silver, platinum, palladium, nickel, titanium, rhodium and copper.
  • Dial 1 is capable of transforming a light radiation into an electric current by a process called photo-conversion to feed, via a power circuit, a timepiece circuit of the watch.
  • photo-conversion process we refer to pages 303 to 312 of the book entitled "Solar Photopiles" by A. Spainud and published by Éditions French polytechnic and university presses, ISBN 2-88074326-5 .
  • Dial 1 is formed by a solar cell of the type regenerative photoelectrochemical.
  • Dial 1 includes a first substrate 2 and a second substrate 4 comprising respectively over the entire surface of their face opposite an electrode 6 respectively 8.
  • a physico-chemical system 10 capable of absorbing light and generate an electrical voltage to electrode terminals is arranged between the two substrates 2 and 4.
  • This system 10 comprises a layer 12 of a semiconductor oxide, deposited on electrode 8.
  • Layer 12 is for example formed of a layer of titanium oxide textured.
  • This system 10 further comprises a layer 14 monomolecular dye that is adsorbed on the surface of layer 12.
  • System 10 comprises an electrolyte 16, based on non-aqueous solvent containing a redox couple, for example the iodine / iodide redox couple, this electrolyte being directly in contact with the dye layer 14.
  • the electrolyte 16 is in turn in contact with a thin layer 18 of an electrocatalyst, for example a thin layer of platinum which is deposited on electrode 6.
  • the substrates 2 and 4 are joined together, by example, by a sealing frame 20 to define a space in which the system extends 10.
  • one of the two substrates 2, 4 is made of a translucent material, it being understood that the substrate intended to produce the visible face of the dial (or exposed to light radiation) will be realized in such material.
  • the substrate 2 which is intended to be exposed to light radiation and which is made of a translucent material, layer 18 being of course transparent.
  • the electrode 8 when the substrate 4 is intended to form the visible face of the dial, the electrode 8 will also be transparent.
  • the material forming the substrate 2 has a reflectivity of the incident light radiation between 50% and 90% in the field of lengths visible waves, which gives the appearance aesthetic sought for the dial.
  • the substrate 2 can be produced based on aluminum oxide, zirconium oxide or opalescent glass.
  • the first substrate 2 has a reflectivity between 60% and 85% in the field of visible wavelengths.
  • a cell having a surface corresponding to that of a conventional watch face (of the order of 5 cm 2 ), even in low-light conditions (200 to 300 lux) delivers an electrical power allowing to power a timepiece circuit of an electronic watch, namely typically a power of 1 ⁇ W to 1.5 ⁇ W in average.
  • the electrode 6 carried by the substrate 2 is indeed heard formed of a conductive layer transparent to the light at wavelengths that correspond to absorption of the dye.
  • This electrode is made of preferably in the form of a thin layer of a mixture indium oxide and tin oxide or tin oxide and antimony oxide. It goes without saying that the skilled person may choose any other transparent conductive layer equivalent.
  • the substrate 4 which is not intended a priori to to pass a light radiation, can be realized made of an opaque and advantageously reflective material.
  • the dial 1 finally includes a hole 22 located substantially in its center to allow the passage of axes on which the watch hands are fixed intended to move above the dial 1.
  • the substrate which is exposed to light radiation can also have hour markers 24 (figure 1) forming a round of hours or other inscriptions, these indexes or inscriptions can be attached or engraved on the face of the substrate exposed to light radiation.
  • layer 12 comprising the monomolecular layer of dye 14 is deposited on the substrate 4. It is understood that according to an alternative embodiment, this layer 12 could be deposited on the substrate 2 (translucent). In this realization the electrocatalytic layer 18 can be opaque or reflective.
  • the dial 26 comprises a substrate 28 formed of a plate rigid having the same characteristics as those of substrate 2 which has just been described in connection with the Figures 1 and 2.
  • the substrate 28 comprises a first face 30 on which a plurality of layers are deposited 32a, 32b, 32c successive thin p, i, n respectively sandwiched between two conductive layers 34, 36 respectively forming electrodes.
  • electrode 34 which is arranged between layer 32c and in contact with it and the substrate 28 is transparent, this electrode 34 being the element of the cell which is intended to be directly exposed to light radiation through the substrate 28.
  • electrode 34 like electrode 36 can be formed by a thin layer of an oxide mixture indium and tin oxide (ITO).
  • the three layers 32a, 32b and 32c, forming a elementary solar cell 32 therefore define a diode, i.e. a p-i-n junction diode with an intrinsic zone, inserted between a zone p and a zone n, which can be exposed to light radiation.
  • This elementary solar cell 32 consists of three layers of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) having different conductivity types to form the diode p-i-n.
  • Layer 32a of the elementary cell 32 is doped for example with phosphorus to obtain a n type conductivity.
  • the thickness of this layer is preferably of the order of 10 to 20 nm.
  • the next layer 32b of the elementary cell 32 is a layer intrinsic i which is thicker than the previous one and in which electron-hole pairs are generated when the cell is exposed to light radiation.
  • the layer 32b has for example a thickness of the order of 200 to 500 nm.
  • Layer 32c of the elementary cell is for example doped with boron to obtain a p-type conductivity. The thickness of this layer is preferably of the order of 10 to 30 nm.
  • the p-type layer 32c is the most close to substrate 28, but it is understood that according to an alternative embodiment the layer closest to the substrate 28 could be an n-type layer.
  • the substrate 28 of the dial 40 is transparent and a partially reflective metal layer 42 is deposited on an outer face 44 of the substrate, opposite side 30.
  • This layer 42 has a reflectivity of the incident light radiation between 50% and 90% in the visible wavelength range, which provides the metallic luster and therefore the appearance aesthetic sought for the dial. To get this reflectivity, we essentially act on the thickness of the metal of layer 32.
  • this layer metallic 42 has a reflectivity of between 60% and 85% in the visible wavelength range.
  • a thickness of the order of 20 nm and preferably 35 nm of this layer allows sufficient light to pass through even in low-light conditions (200 to 300 lux ) so that an elementary cell having a surface of a conventional watch face (of the order of 5 cm 2 ) provides electrical power making it possible to supply a time-keeping circuit of an electronic watch, namely typically a power 1 ⁇ W on average.
  • layer 42 will present a minimum thickness between 2 and 10 nm and a maximum thickness between 15 and 40 nm.
  • the metal layer 42 can be formed of a metal chosen from the group comprising gold, copper, aluminum, silver, platinum, palladium, nickel, titanium and rhodium. Of course others metals with reflectivity characteristics of the same order may also be suitable.
  • an intermediate layer could be provided of attachment between the face 44 and the layer 42.
  • the deposition of the metal from layer 42 can be carried out conventionally by sputtering, evaporation thermal vacuum or using a barrel electrons. This deposit can be made through a mask defining the contours of layer 42 or delimited according to photolithography techniques classics.
  • the translucent substrate of the dial according to the first aspect of the invention is replaced by a substrate made of transparent material on the outside from which a layer having characteristics has been deposited identical to those of layer 44 described in connection with figure 4.
  • dials shown in Figures 2 and 3 may include on the outer face of their respective translucent substrate a metallic layer such as that described in connection with Figure 4.

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Abstract

L'invention concerne selon un de ses aspects un cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'au moins une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice comprenant un premier substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux et un deuxième substrat, ces substrats portant, sur leur face en regard, des électrodes entre lesquelles est arrangé un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes desdites électrodes, caractérisé en ce que ledit premier substrat est formé d'un matériau translucide. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un cadran formé d'une cellule solaire, notamment du type photoélectrochimique régénératrice, le cadran étant destiné à alimenter un circuit horométrique d'une pièce d'horlogerie ou un circuit électrique d'un appareil tel qu'un appareil de mesure ou analogue. L'invention concerne plus particulièrement un cadran dont la face montrée à l'utilisateur présente un aspect esthétique original tel qu'un aspect opalescent ou métallique.
On connaít déjà du document WO-A-96/12989 un cadran pour une montre dont le circuit horométrique est alimenté par une cellule solaire classique au silicium. Le cadran décrit dans ce document est formé d'une feuille en céramique translucide, telle qu'en Al2O3, disposée au-dessus de la cellule solaire de sorte que celle-ci est masquée à la vue de l'utilisateur. Le caractère translucide du cadran permet de laisser passer une quantité d'énergie lumineuse suffisante pour illuminer la cellule qui se trouve au-dessous.
Selon ce document la cellule solaire et le cadran qui la recouvre sont formés de deux pièces séparées qui doivent être réalisées et montées de façon indépendante. Cette structure présente de nombreux inconvénients. En effet, une telle structure augmente le nombre de pièces intervenant dans la fabrication d'un dispositif devant en être équipé, tel qu'une montre, et par conséquent complique la construction d'un tel dispositif et en augmente son prix de revient. Par ailleurs, la superposition de la feuille de céramique et de la cellule solaire conduit à une augmentation de l'épaisseur de la montre. Cette structure en superposition conduit également à créer une interface où se produisent des réflexions parasites de la lumière incidente, ce qui est nuisible au rendement global de la cellule solaire.
L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant un cadran formé d'une ou plusieurs cellules solaires intégrées à celui-ci, le cadran présentant à l'utilisateur un aspect opalescent ou métallique original, particulièrement adapté à la réalisation de cadrans décoratifs, par exemple pour des pièces d'horlogerie, tout en maintenant des performances électriques acceptables pour l'application de la cellule utilisée comme source d'énergie et ceci à l'aide d'une structure de cellule simple et économique.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention a pour objet un cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'au moins une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice comprenant un premier substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux et un deuxième substrat, lesdits substrats portant, sur leur face en regard, des électrodes entre lesquelles est arrangé un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes desdites électrodes, caractérisé en ce que ledit premier substrat est formé d'un matériau translucide.
Selon un deuxième aspect, l'invention a également pour objet un cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'un substrat ayant une première face sur laquelle s'étend au moins une pluralité de couches superposées définissant au moins un élément n-i-p ou p-i-n intercalé entre deux électrodes, et une deuxième face destinée à être exposée au rayonnement lumineux, caractérisé en ce que ledit substrat est formé d'un matériau translucide.
Selon un troisième aspect, l'invention a également pour objet un cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'un substrat ayant une première face sur laquelle s'étend au moins une pluralité de couches superposées définissant au moins un élément n-i-p ou p-i-n intercalé entre deux électrodes, et une deuxième face destinée à être exposée au rayonnement lumineux, caractérisé en ce que ledit substrat est formé d'un matériau transparent et en ce qu'une couche métallique partiellement transparente et partiellement réfléchissante est déposée sur ladite deuxième face du substrat.
Selon un quatrième aspect, l'invention a pour objet un cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'au moins une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice comprenant un premier substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux et un deuxième substrat, lesdits substrats portant, sur leur face en regard, des électrodes entre lesquelles est arrangé un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes desdites électrodes, caractérisé en ce que ledit premier substrat est formé d'un matériau transparent et en ce qu'une couche métallique partiellement transparente et partiellement réfléchissante est déposée sur ladite deuxième face du substrat.
Grâce aux caractéristiques présentées par les quatre aspects de cette invention, on obtient un cadran monolithique formé d'une cellule solaire qui réalise la double fonction de cadran et de source d'énergie électrique, par exemple pour une pièce d'horlogerie ou analogue. Par matériau translucide on comprend tout matériau qui laisse passer une partie de la lumière incidente et en rétrodiffuse ou en réfléchit une autre partie tout en masquant à l'observateur les éléments se trouvant derrière le substrat réalisé en un tel matériau.
Selon une caractéristique avantageuse commune aux deux premiers aspects de l'invention, le substrat destiné à être exposée au rayonnement lumineux présente une réflectivité de la lumière comprise entre 50% et 90% et de préférence entre 60% et 85% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles.
Avec une telle réflectivité et une illumination faible, par exemple 200 à 300 lux, le cadran selon l'invention peut fournir une puissance de l'ordre de 1µW ou plus, ce qui est encore suffisant pour alimenter le circuit garde-temps d'une pièce d'horlogerie électronique dans ces conditions d'éclairement.
On notera également que cette réflectivité permet aisément de dissimuler l'aspect et la structure des cellules solaires sous-jacentes en conférant au cadran un aspect beaucoup plus esthétique.
Selon une autre caractéristique préférée commune aux deux premiers aspects de l'invention, le substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux est réalisé à base d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de zirconium ou d'un verre opalescent.
Selon une autre caractéristique préférée commune aux deux derniers aspects de l'invention, le métal de la couche métallique est choisi parmi l'ensemble comprenant l'or, l'aluminium, l'argent, le platine, le palladium, le nickel, le titane, le rhodium et le cuivre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront plus clairement à lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre purement illustratif et non limitatif, cette description étant faite en liaison avec les dessins dans lesquels:
  • la figure 1 est une représentation schématique en perpective d'un cadran formant une cellule solaire selon un premier aspect de l'invention;
  • la figure 2 est une coupe longitudinale partielle de la figure 1;
  • la figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'un cadran formant une cellule solaire selon un deuxième aspect de l'invention; et
  • la figure 4 est une coupe longitudinale partielle d'un cadran formant une cellule solaire selon un troisième aspect de l'invention.
La description de l'invention va être faite dans le cadre d'une application à un cadran pour une pièce d'horlogerie telle qu'une montre, toutefois il va de soi que l'invention n'est nullement limitée à cette application et qu'elle pourra être avantageusement utilisée dans le cadre de toute autre application à des instruments électriques à faible consommation, notamment portables, comprenant un cadran.
En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit un cadran de montre formé d'une cellule solaire selon un premier aspect de l'invention et désigné par la référence générale 1. Le cadran 1 est capable de transformer un rayonnement lumineux en un courant électrique par un processus appelé photo-conversion pour alimenter, via un circuit d'alimentation, un circuit garde-temps de la montre. Ces circuits et leurs connexions (non représentés) sont bien connus de l'homme de métier et ne seront par conséquent pas décrits ici plus en détail. Pour une description détaillée du processus de photo-conversion, on se référera aux pages 303 à 312 de l'ouvrage intitulé "Photopiles solaires" de A. Ricaud et publié aux éditions Presses polytechniques et universitaires romandes, ISBN 2-88074326-5 .
Le cadran 1 selon le premier aspect de l'invention est formé d'une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice. Le cadran 1 comprend un premier substrat 2 et un deuxième substrat 4 comportant respectivement sur la totalité de la surface de leur face en regard une électrode 6 respectivement 8.
Un système physico-chimique 10 capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes des électrodes est disposé entre les deux substrats 2 et 4.
Ce système 10 comprend une couche 12 d'un oxyde semiconducteur, déposée sur l'électrode 8. La couche 12 est par exemple formée d'une couche d'oxyde de titane texturée. Ce système 10 comprend en outre une couche 14 monomoléculaire de colorant qui est adsorbée à la surface de la couche 12. Le système 10 comprend un électrolyte 16, à base de solvant non aqueux contenant un couple rédox, par exemple le couple rédox iode/iodure, cet électrolyte étant directement en contact avec la couche de colorant 14. Enfin, l'électrolyte 16 est à son tour en contact avec une fine couche 18 d'un électrocatalyseur, par exemple une fine couche de platine qui est déposée sur l'électrode 6.
Les substrats 2 et 4 sont réunis entre eux, par exemple, par un cadre de scellement 20 pour définir un espace dans lequel s'étend le système 10.
Selon l'invention, un des deux substrats 2, 4 est réalisé en un matériau translucide, étant entendu que le substrat destiné à réaliser la face visible du cadran (ou exposée au rayonnement lumineux) sera réalisé dans un tel matériau. Dans l'exemple représenté, c'est le substrat 2 qui est destiné à être exposé au rayonnement lumineux et qui est réalisé en un matériau translucide, la couche 18 étant bien entendu transparente.
On notera à ce propos que lorsque le substrat 4 est destiné à former la face visible du cadran, l'électrode 8 sera aussi transparente.
Selon l'invention, le matériau formant le substrat 2 présente une réflectivité du rayonnement lumineux incident comprise entre 50% et 90% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles, ce qui permet d'obtenir l'aspect esthétique recherché pour le cadran.
De façon avantageuse, le substrat 2 peut être réalisé à base d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de zirconium ou de verre opalescent.
Pour obtenir la réflectivité désirée, on agit essentiellement sur l'épaisseur du substrat 2 en tenant compte aussi, si nécessaire, du pouvoir diffusant du matériau utilisé.
De préférence, le premier substrat 2 présente une réflectivité comprise entre 60% et 85% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles.
On a constaté qu'avec une épaisseur du substrat 2 de l'ordre de 0,5 mm et de préférence 0,3 mm, une cellule ayant une surface correspondant à celle d'un cadran de montre classique (de l'ordre de 5 cm2), délivre même dans des conditions de faible éclairement (200 à 300 lux) une puissance électrique permettant d'alimenter un circuit garde-temps d'une montre électronique, à savoir typiquement une puissance de 1 µW à 1,5 µW en moyenne.
L'électrode 6 portée par le substrat 2 est bien entendu formée d'une couche conductrice transparente à la lumière aux longueurs d'ondes qui correspondent à l'absorption du colorant. Cette électrode est réalisée de préférence sous la forme d'une couche mince d'un mélange d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain ou d'oxyde d'étain et d'oxyde d'antimoine. Il va de soi que l'homme de métier pourra choisir toute autre couche conductrice transparente équivalente.
Le substrat 4, qui n'est pas destiné a priori à laisser passer un rayonnement lumineux, peut être réalisé en un matériau opaque et avantageusement réfléchissant.
On notera aussi que tous les matériaux utilisés susceptibles de venir en contact avec l'électrolyte 16, en particulier les deux substrats 2 , 4 et les électrodes 6 et 8, sont des matériaux chimiquement compatibles avec l'électrolyte du système physico-chimique 10. Par chimiquement compatibles, on entend des matériaux inertes c'est-à-dire qui ne réagissent pas vis-à-vis de l'électrolyte, en particulier vis-à-vis du couple rédox.
Le cadran 1 comporte enfin un perçage 22 situé sensiblement en son centre pour permettre le passage des axes sur lesquels sont fixées les aiguilles de la montre destinées à se déplacer au-dessus du cadran 1.
On notera que le dessin ne reflète pas les dimensions exactes du cadran, ces dimensions ayant été fortement exagérées à des fins de clarté.
Dans le cadre de l'application décrite, le substrat qui est exposé au rayonnement lumineux peut également comporter des index 24 (figure 1) formant un tour d'heures ou d'autres inscriptions, ces index ou inscriptions pouvant être rapportés ou gravés sur la face du substrat exposée au rayonnement lumineux.
Dans l'exemple de la figure 2, la couche 12 comprenant la couche monomoléculaire de colorant 14 est déposée sur le substrat 4. Il est bien entendu que selon une variante de réalisation, cette couche 12 pourrait être déposée sur le substrat 2 (translucide). Dans cette réalisation la couche électrocatalytique 18 peut être opaque ou réfléchissante.
A la figure 3, on voit une coupe partielle d'un cadran 26 selon un deuxième aspect de l'invention. Le cadran 26 comprend un substrat 28 formé d'une plaque rigide ayant les mêmes caractéristiques que celles du substrat 2 qui vient d'être décrit en liaison avec les figures 1 et 2. Le substrat 28 comprend une première face 30 sur laquelle sont déposées une pluralité de couches 32a, 32b, 32c minces successives respectivement p, i, n disposées en sandwich entre deux couches conductrices 34, 36 formant respectivement des électrodes.
Bien entendu, l'électrode 34 qui est disposée entre la couche 32c et en contact avec celle-ci et le substrat 28 est transparente, cette électrode 34 étant l'élément de la cellule qui est destiné à être directement exposé au rayonnement lumineux à travers le substrat 28. A titre d'exemple, l'électrode 34 comme l'électrode 36 peuvent être formées par une couche mince d'un mélange d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain (ITO).
Les trois couches 32a, 32b et 32c, formant une cellule solaire élémentaire 32, définissent donc une diode, c'est-à-dire une diode à jonction p-i-n comportant une zone intrinsèque, intercalée entre une zone p et une zone n, qui peut être exposée à un rayonnement lumineux. Cette cellule solaire élémentaire 32 est constituée de trois couches de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) ayant des types de conductivité différents pour constituer la diode p-i-n. La couche 32a de la cellule élémentaire 32 est dopée par exemple avec du phosphore pour obtenir une conductivité de type n. L'épaisseur de cette couche est de préférence de l'ordre de 10 à 20 nm. La couche suivante 32b de la cellule élémentaire 32 est une couche intrinsèque i qui est plus épaisse que la précédente et dans laquelle des paires électron-trou sont générées lorsque la cellule est exposée à un rayonnement lumineux. La couche 32b a par exemple une épaisseur de l'ordre de 200 à 500 nm. La couche 32c de la cellule élémentaire est par exemple dopée avec du bore pour obtenir une conductivité de type p. L'épaisseur de cette couche est de préférence de l'ordre de 10 à 30 nm.
Dans cet exemple, la couche 32c de type p est la plus proche du substrat 28, mais il est bien entendu que selon une variante de réalisation la couche la plus proche du substrat 28 pourrait être une couche de type n.
En se référant désormais à la figure 4, on voit une coupe partielle d'un cadran 40 selon un troisième aspect de l'invention, dans lequel les éléments identiques à ceux décrits en liaison avec la figure 3 ont été désignés par les mêmes références numériques.
A la différence du mode de réalisation représenté à la figure 3, le substrat 28 du cadran 40 est transparent et une couche métallique 42 partiellement réfléchissante est déposée sur une face extérieure 44 du substrat, opposée à la face 30.
Cette couche 42 présente une réflectivité du rayonnement lumineux incident comprise entre 50% et 90% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles, ce qui permet d'obtenir l'éclat métallique et donc l'aspect esthétique recherché pour le cadran. Pour obtenir cette réflectivité, on agit essentiellement sur l'épaisseur du métal de la couche 32. De préférence, cette couche métallique 42 présente une réflectivité comprise entre 60% et 85% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles.
On a par ailleurs constaté que selon le métal utilisé pour la couche 42, une épaisseur de l'ordre de 20 nm et de préférence 35 nm de cette couche, laisse passer suffisamment de lumière même dans des conditions de faible éclairement (200 à 300 lux) pour qu'une cellule élémentaire ayant une surface d'un cadran de montre classique (de l'ordre 5 cm2) fournisse une puissance électrique permettant d'alimenter un circuit garde-temps d'une montre électronique, à savoir typiquement une puissance de 1 µW en moyenne.
En tout état de cause, la couche 42 présentera une épaisseur minimum comprise entre 2 et 10 nm et une épaisseur maximum comprise entre 15 et 40 nm.
La couche métallique 42 peut être formée d'un métal choisi parmi l'ensemble comprenant l'or, le cuivre, l'aluminium, l'argent, le platine, le palladium, le nickel, le titane et le rhodium. Bien entendu d'autres métaux présentant des caractéristiques de réflectivité du même ordre peuvent également convenir.
On notera également que selon la nature de la couche 42, on pourra prévoir une couche intermédiaire d'accrochage entre la face 44 et la couche 42.
Le dépôt du métal de la couche 42 peut être réalisé classiquement par pulvérisation cathodique, évaporation thermique sous vide ou encore à l'aide d'un canon à électrons. Ce dépôt peut être réalisé à travers un masque définissant les contours de la couche 42 ou encore délimité selon les techniques de photolithographie classiques.
Selon un quatrième aspect de l'invention, non représenté, le substrat translucide du cadran selon le premier aspect de l'invention est remplacé par un substrat réalisé en matériau transparent sur la face extérieure duquel a été déposée une couche ayant des caractéristiques identiques à celles de la couche 44 décrite en liaison avec la figure 4.
Selon une variante de l'invention, les cadrans représentés aux figures 2 et 3 peuvent comprendre sur la face extérieure de leur substrat translucide respectif une couche métallique telle que celle décrite en liaison avec la figure 4.

Claims (10)

  1. Cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'au moins une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice comprenant un premier substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux et un deuxième substrat, lesdits substrats portant, sur leur face en regard, des électrodes entre lesquelles est arrangé un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes desdites électrodes, caractérisé en ce que ledit premier substrat est formé d'un matériau translucide.
  2. Cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'un substrat ayant une première face sur laquelle s'étend au moins une pluralité de couches superposées définissant au moins un élément n-i-p ou p-i-n intercalé entre deux électrodes, et une deuxième face destinée à être exposée au rayonnement lumineux, caractérisé en ce que ledit substrat est formé d'un matériau translucide.
  3. Cadran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux présente une réflectivité de la lumière comprise entre 50% et 90% et de préférence entre 40% et 85% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles.
  4. Cadran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux est réalisé à base d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de zirconium ou de verre opalescent.
  5. Cadran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 mm.
  6. Cadran, notamment pour pièce d'horlogerie formé d'un substrat ayant une première face sur laquelle s'étend au moins une pluralité de couches superposées définissant au moins un élément n-i-p ou p-i-n intercalé entre deux électrodes, et une deuxième face destinée à être exposée au rayonnement lumineux, caractérisé en ce que ledit substrat est formé d'un matériau transparent et en ce qu'une couche métallique partiellement transparente et partiellement réfléchissante est déposée sur ladite deuxième face du substrat.
  7. Cadran, notamment pour pièce d'horlogerie, formé d'au moins une cellule solaire du type photoélectrochimique régénératrice comprenant un premier substrat destiné à être exposé au rayonnement lumineux et un deuxième substrat, lesdits substrats portant, sur leur face en regard, des électrodes entre lesquelles est arrangé un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer une tension électrique aux bornes desdites électrodes, caractérisé en ce que ledit premier substrat est formé d'un matériau transparent et en ce qu'une couche métallique partiellement transparente et partiellement réfléchissante est déposée sur ladite deuxième face du substrat.
  8. Cadran selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite couche métallique présente une réflectivité de la lumière comprise entre 50% et 90% et de préférence entre 60% et 85% dans le domaine des longueurs d'ondes visibles.
  9. Cadran selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le métal de la couche métallique est choisi parmi l'ensemble comprenant l'or, l'aluminium, l'argent, le platine, le palladium, le nickel, le titane, le rhodium et le cuivre.
  10. Cadran selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche métallique présente une épaisseur minimum comprise entre 2 et 10 nm et une épaisseur maximum comprise entre 15 et 40 nm.
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