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
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- 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
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- 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)
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP97115577A EP0902339A1 (fr) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Cadran formé d'une cellule solaire notamment pour pièce d'horlogerie |
Applications Claiming Priority (1)
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EP97115577A EP0902339A1 (fr) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Cadran formé d'une cellule solaire notamment pour pièce d'horlogerie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP0902339A1 true EP0902339A1 (fr) | 1999-03-17 |
Family
ID=8227329
Family Applications (1)
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EP97115577A Withdrawn EP0902339A1 (fr) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Cadran formé d'une cellule solaire notamment pour pièce d'horlogerie |
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EP (1) | EP0902339A1 (fr) |
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