Domaine technique de l’invention

[0001] L’invention relève du domaine des cellules solaires destinées à alimenter en énergie électrique des appareils électroniques.

[0002] Plus particulièrement, l’invention concerne un appareil électronique comprenant une cellule solaire notamment destinée à alimenter en énergie électrique par exemple des moyens moteurs ou des moyens d’affichage d’un mouvement horloger.

Arrière-plan technologique

[0003] Dans certaines applications, par exemple dans l’horlogerie, l’aspect esthétique est une exigence critique. Dans ce cadre, il a été développé des cellules solaires dites « semi-transparentes », adaptées à se soustraire à la vue d’un utilisateur.

[0004] Ce type de cellule solaire est constitué, comme le décrit le document FR2681189, d’une cellule solaire élémentaire agencée entre une première électrode réalisée dans un matériau transparent et agencée sur un substrat transparent, et une seconde électrode réalisée en matériau métallique opaque.

[0005] La cellule solaire comporte des tranchées et des perforations s’étendant à travers la seconde électrode et la cellule solaire élémentaire, et permettant à une partie de la lumière incidente de traverser la cellule solaire. Ces tranchées et perforations sont dimensionnées et réparties de sorte qu’elles génèrent une transparence de la cellule solaire pour un utilisateur la regardant à l’œil nu.

[0006] On comprend naturellement que, plus la surface de la cellule solaire couverte par les trous et/ou les tranchées est importante, plus la transparence de la cellule solaire est élevée et plus le rendement électrique de la cellule solaire est faible, et à l’inverse, plus cette surface est faible, plus la transparence de la cellule solaire est réduite et son rendement électrique est élevé.

[0007] L’exigence de l’aspect esthétique de la cellule solaire se fait donc au détriment du rendement électrique de ladite cellule, de sorte qu’il est nécessaire de respecter un compromis entre le niveau de transparence de la cellule et son rendement électrique.

[0008] Il apparait donc un besoin d’augmenter le rendement électrique des cellules solaires semi-transparentes sans pénaliser la transparence et/ou l’esthétique.

Résumé de l’invention

[0009] L’invention résout les inconvénients précités en proposant un appareil électronique comprenant une cellule solaire conçue de sorte à respecter les exigences esthétiques de l’appareil électronique dans lequel elle est installée, par exemple une pièce d’horlogerie, tout en fournissant un niveau d’énergie électrique suffisant pour l’alimentation de celui-ci, c’est-à- dire en présentant un rendement important.

[0010] A cet effet, la présente invention concerne un appareil électronique comprenant une cellule solaire comprenant un substrat réalisé dans un matériau transparent destiné à être exposé à un rayonnement lumineux, une première électrode formée sur le substrat, et une cellule solaire élémentaire agencée entre cette première électrode et une seconde électrode.

[0011] La première et la seconde électrode sont réalisées dans un matériau électriquement conducteur et transparent.

[0012] La cellule solaire élémentaire est adaptée à absorber le rayonnement lumineux, c’est-à-dire le rayonnement lumineux transmis à travers le substrat, et à générer une tension électrique à partir de ce dernier à des bornes desdites première et seconde électrodes. La seconde électrode et la cellule solaire élémentaire sont ajourées par des cavités de ladite cellule solaire de sorte à autoriser le passage du rayonnement lumineux à travers ladite cellule solaire.

[0013] L’appareil électronique comprend en outre un élément réfléchissant configuré pour réfléchir au moins une partie dudit rayonnement lumineux et étant agencé de sorte que la cellule solaire élémentaire soit exposée à la partie réfléchie du rayonnement lumineux.

[0014] Ainsi, la cellule solaire élémentaire peut absorber le rayonnement lumineux transmis à travers le substrat, mais également le rayonnement lumineux réfléchi dans la mesure où la seconde électrode est transparente.

[0015] Grâce à l’invention, la cellule solaire élémentaire est donc susceptible d’absorber une quantité plus importante de rayons lumineux par rapport à celles de l’état de l’art, ce qui permet une amélioration substantielle de son rendement.

[0016] Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0017] Dans des modes particuliers de réalisation, la première électrode est ajourée par les cavités de ladite cellule solaire.

[0018] Dans des modes particuliers de réalisation, la cellule solaire élémentaire est constituée de trois couches superposées réalisées en silicium amorphe et matérialisant une diode p-i-n.

[0019] Dans des modes particuliers de réalisation, le substrat est réalisé en verre, en saphir, ou en polymère.

[0020] Dans des modes particuliers de réalisation, la première et la seconde électrode sont réalisées en oxydes transparents conducteurs, tel qu’en oxyde de zinc ou en oxyde d'indium-étain. [0021] Dans des modes particuliers de réalisation, la seconde électrode et la cellule solaire élémentaire sont ajourées par des cavités. Avantageusement, les cavités peuvent présenter une section droite hexagonale.

[0022] Les sections droites des cavités peuvent alternativement présenter toutes sortes de formes régulières ou irrégulières, de géométrie simples ou complexe assurant un pavage de la première électrode.

[0023] Dans des modes particuliers de réalisation, la cellule solaire comprend une enveloppe protectrice réalisée dans un matériau transparent recouvrant la première et la seconde électrode et la cellule solaire élémentaire. Par exemple, l’enveloppe protectrice est réalisée en parylène, en polyimide, en nitrures ou en oxydes.

[0024] Dans des modes particuliers de réalisation, la cellule solaire élémentaire présente une ouverture traversante de sorte à ramener la première électrode au niveau de la seconde électrode de sorte à permettre une connectivité des deux bornes.

[0025] Selon un autre objet, la présente invention concerne une pièce d’horlogerie formée par un appareil électronique tel que précédemment décrit comportant un bo ier comprenant une carrure, une glace et un fond définissant un volume interne dans lequel est logé un mouvement horloger alimenté en énergie électrique par la cellule solaire, et éventuellement un cadran, l’élément réfléchissant étant formé par ledit cadran ou ledit mouvement horloger.

[0026] La pièce d’horlogerie comporte en outre une cellule solaire telle que décrite précédemment, agencée pour alimenter en énergie électrique le mouvement horloger, le cadran étant interposée entre ladite cellule solaire et le mouvement horloger.

[0027] Plus particulièrement, la cellule solaire est interposée entre la glace et le mouvement horloger, ou est interposée entre la glace et le cadran lorsque la pièce d’horlogerie en comporte un.

[0028] Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, la cellule solaire est fixée à la glace de sorte que le substrat soit agencé en appui contre celle-ci, dans le boitier, la seconde électrode faisant face au volume interne.

[0029] Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, la glace est formée par le substrat, la cellule solaire étant agencée de sorte que la seconde électrode soit en regard du volume interne.

[0030] Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, la cellule solaire est fixée au cadran de sorte que le substrat soit agencé en appui contre celui-ci, la seconde électrode faisant face à la glace.

[0031] Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, le cadran est formé par le substrat, la cellule solaire étant agencée de sorte que la seconde électrode soit en regard de la glace.

[0032] Encore un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule solaire, par exemple conforme à celle décrite précédemment, comprenant les étapes successives suivantes :

- dépôt, sur un substrat transparent, d’une première électrode sous la forme d'une couche transparente conductrice électrique,

- dépôt, sur la première électrode, d’une cellule solaire élémentaire adaptée à absorber un rayonnement lumineux et à générer un courant électrique à partir de ce dernier,

- structuration de la cellule solaire élémentaire sur une zone prédéfinie,

- dépôt, sur la cellule solaire élémentaire et sur la zone prédéfinie, d’une seconde électrode sous la forme d’une couche transparente conductrice électrique, structuration de la seconde électrode et de la cellule solaire élémentaire sur une zone prédéfinie de sorte à isoler électriquement la première et la seconde électrode.

[0033] L’étape de structuration de la cellule solaire permet de générer des cavités dans la cellule solaire.

[0034] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, la première électrode est ajourée lors de l’étape de structuration de la seconde électrode et de la cellule solaire élémentaire.

[0035] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, la première et la seconde électrode et la cellule solaire élémentaire sont encapsulés avec un matériau transparent formant une enveloppe protectrice.

[0036] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, le dépôt de la première et de la seconde électrode est réalisé par une méthode de dépôt physique en phase vapeur ou par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur.

[0037] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, la cellule solaire élémentaire est déposée par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.

[0038] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, l’étape de structuration de la seconde électrode et de la cellule solaire élémentaire est réalisée en une unique opération.

[0039] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, l’étape de structuration de la seconde électrode et de la cellule solaire élémentaire est réalisée par une méthode de gravure sèche.

[0040] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, l’étape de structuration de la seconde électrode et de la cellule solaire élémentaire est réalisée par une méthode de gravure ionique réactive, par une méthode de gravure humide, ou par une combinaison de méthodes de gravures sèche et humide. Brève description des figures

[0041] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante donnée à titre d’exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d’une cellule solaire selon l’invention ;

- les figures 2 à 5 représentent schématiquement une vue en coupe de la cellule solaire de la figure 1 dans différentes étapes d’un procédé de fabrication selon l’invention.

Description détaillée de l’invention

[0042] La description de l’invention est réalisée dans le cadre d’une application de l’invention à un appareil électronique formé par une pièce d’horlogerie, par exemple une montre. Toutefois, il va de soi que l’invention n’est pas limitée à cette application et qu’elle pourrait être avantageusement utilisée avec tout autre appareil électronique.

[0043] Par ailleurs, il y a lieu de noter que le terme « transparent » désigne dans le présent texte une capacité d’un matériau à laisser passer tout ou partie d’un rayonnement lumineux, notamment de la lumière visible à l’œil nu.

[0044] Une cellule solaire 10 selon un exemple préféré de réalisation de l’invention est adaptée à transformer un rayonnement lumineux en un courant électrique pour alimenter, via un circuit d’alimentation, des moyens moteurs ou des moyens d’affichage d’une pièce d’horlogerie. Le circuit d’alimentation et les moyens moteurs ou d’affichage d’une pièce d’horlogerie sont bien connus de l’homme du métier, et ne concernent pas en tant que tels la présente invention, ils ne seront donc pas décrits en détail ci-après et ne sont pas représentés sur les figures.

[0045] La pièce d’horlogerie comporte un boitier comprenant une carrure, une glace et un fond. Le boitier définit un volume interne dans lequel est logé un mouvement horloger comprenant le circuit d’alimentation et les moyens moteurs ou d’affichage précités, et éventuellement un cadran. Ces composants horlogers et leur agencement sont bien connus par l’homme du métier.

[0046] Dans un exemple préféré de réalisation de l’invention, la cellule solaire 10 est agencée entre la glace et le cadran.

[0047] Comme le montre la figure 1 , la cellule solaire 10 comporte un substrat 100 réalisé dans un matériau transparent destiné à être exposé à un rayonnement lumineux par une première face 101. Dans une variante de réalisation, ledit rayonnement lumineux est un rayonnement incident ou un rayonnement transmis. Sur la figure 1 , le rayonnement incident ou le rayonnement transmis est symbolisé par des flèches épaisses 20.

[0048] Ce substrat 100 est par exemple réalisé en verre, saphir, ou en polymère, tel qu’un polynaphtalate d'éthylène, également connu sous l’acronyme en langue anglaise « PEN », ou un polytéréphtalate d'éthylène, également connu sous l’acronyme en langue anglaise « PET ». D’autres polymères comme le polycarbonate, également connu sous l’acronyme en langue anglaise « PC » ou le poly méthacrylate de méthyle acrylique, également connu sous l’acronyme en langue anglaise « PMMA » sont aussi possibles.

[0049] Le substrat 100 peut être fixé de sorte que sa première face 101 soit agencée contre la glace, par exemple par collage ou par des moyens de fixation mécanique ou physique, tel que par liaison ionique ou par liaison par courant d’impulsion, sur sa périphérie. Le rayonnement lumineux auquel est soumis la première face 101 du substrat 100 est alors un rayonnement transmis à travers la glace.

[0050] Alternativement, le substrat 100 peut constituer la glace de la pièce d’horlogerie. Le rayonnement lumineux auquel est soumis la première face 101 dudit substrat 100 est alors un rayonnement incident. [0051] Il est envisageable, en particulier dans ce cas, que le substrat 100 comporte un traitement antireflet sur sa première surface 101 afin de maximiser la quantité de rayonnement lumineux reçu à travers ledit substrat.

[0052] La cellule solaire 10 comporte également une première électrode 110 formée sur tout ou partie d’une surface d’une seconde face 102 du substrat 100. Cette première électrode 110 est directement exposée à un rayonnement lumineux transmis à travers le substrat 100, issu du rayonnement traversant ledit substrat 100.

[0053] Comme visible sur la figure 1 , une cellule solaire élémentaire 130 est agencée entre cette première électrode 110 et une seconde électrode 120.

[0054] Dans cette variante de réalisation de l’invention, la seconde électrode 120 est destinée à faire face au volume interne du bo ier.

[0055] La première et la seconde électrode 110 et 120 sont reliées l’une à l’autre à travers la cellule solaire élémentaire 130, et sont réalisées dans un matériau électriquement conducteur et transparent, tel qu’un oxyde transparent conducteur, également connu sous l’acronyme en langue anglaise « TCO ». Un tel oxyde transparent conducteur peut être de l’oxyde de zinc ou de l’oxyde d'indium-étain.

[0056] La cellule solaire élémentaire 130 est adaptée à absorber un rayonnement lumineux et à générer un courant électrique à partir de ce dernier à des bornes 111 et 112 de la première et de la seconde électrode 110 et 120.

[0057] Comme visible sur la figure 1 , la cellule solaire élémentaire 130 présente une ouverture traversante 131 qui permet de ramener la première électrode 110 au niveau de la seconde électrode 120 de sorte à permettre une connectivité simple des deux bornes 111 et 112 sur la même face du substrat 100, en l’occurrence sur la seconde face 102. [0058] Les bornes 111 et 112 sont recouvertes d’une couche de matériau électriquement conducteur, par exemple de pâte d’argent ou d’un autre matériau métallique, afin d’améliorer leur conductivité électrique. Cette couche de matériau électriquement conducteur est déposée par toute technique d’impression ou de dépôt de matière connue en soi par l’homme du métier, par exemple par méthode de dépôt physique en phase vapeur.

[0059] Plus particulièrement, la cellule solaire élémentaire 130 est constituée d’une pluralité de couches minces superposées (non représentées), par exemple au nombre de trois, et réalisées en silicium amorphe.

[0060] Ces trois couches minces matérialisent une diode p-i-n, l’une des couches formant une zone intrinsèque intercalée entre une zone p et une zone n. L’homme du métier connait en tant que tel la conception d’une telle diode p-i-n, elle ne sera donc pas décrite plus en détail dans la suite du texte.

[0061] Comme le montre la figure 1 , la seconde électrode 120 et la cellule solaire élémentaire 130 sont ajourées de sorte à autoriser le passage, à travers ladite cellule solaire 10, du rayonnement transmis.

[0062] Plus précisément, la cellule solaire 10 comporte des cavités 140 traversant la seconde électrode 120 et la cellule solaire élémentaire 130. Ces cavités 140 sont borgnes en ce sens qu’elles ne s’étendent pas dans le substrat 100. Chaque cavité 140 forme donc, dans la seconde électrode 120 et la cellule solaire 130, des ouvertures traversantes coaxiales, comme le montre la figure 1 .

[0063] Ainsi, le rayonnement transmis peut traverser la cellule solaire 10, le substrat 100 et la première électrode 110 étant transparents, et une partie de ce rayonnement transmis peut être réfléchie par un élément réfléchissant 150 de l’appareil électronique. [0064] Dans l’application préférée de la présente invention, un tel élément est constitué par le cadran de la pièce d’horlogerie ou par le mouvement horloger.

[0065] Dans une variante de réalisation, la première électrode 110 peut, de plus, être ajourée afin de maximiser la transparence de la cellule solaire 10. Les cavités 140 traversent alors la première et la seconde électrode 110 et 120 et la cellule solaire élémentaire 130. Chaque cavité 140 forme donc, dans la première et la seconde électrode 110 et 120, et la cellule solaire 130, des ouvertures traversantes coaxiales.

[0066] Le cadran ou le mouvement horloger est adapté à réfléchir une partie du rayonnement lumineux ayant traversé les cavités 140 de la cellule solaire 10, c’est-à-dire du rayonnement transmis à travers le substrat et la première électrode 110. Par exemple, le cadran ou le mouvement horloger est adapté à réfléchir plus de 50% du rayonnement lumineux qu’il reçoit.

[0067] La partie réfléchie du rayonnement lumineux est appelée « rayonnement réfléchi » dans la suite du texte, et est symbolisée avec des flèches fines 30 sur la figure 1 .

[0068] Avantageusement, la cellule solaire élémentaire 130 peut donc absorber une partie du rayonnement transmis à travers le substrat et du rayonnement réfléchi par le cadran ou par le mouvement horloger.

[0069] La seconde électrode 120 étant réalisée en matériau transparent, la surface d’absorption des rayons lumineux de la cellule solaire élémentaire 130 est augmentée, et par conséquent le rendement de la cellule solaire élémentaire 130 est plus important.

[0070] Avantageusement encore, les cavités 140 peuvent présenter une section droite de forme hexagonale. Cette forme a pour avantage de minimiser la perte électrique.

[0071] Les sections droites des cavités 140 peuvent alternativement présenter toutes sortes de formes régulières ou irrégulières, géométriquement simples ou multiples assurant un pavage sur la première électrode 110. A titre d’exemples, les cavités 140 peuvent être filiformes, telles que des saignées, ou de forme polygonales, telles que triangulaires, carrées, de la forme de lettres, logos, etc.

[0072] La cellule solaire 10 peut comporter une enveloppe protectrice (non représentée sur les figures) réalisée dans un matériau transparent, encapsulant la première et la seconde électrode 110 et 120, ainsi que la cellule solaire élémentaire 130. Cette enveloppe protectrice permet de protéger la cellule solaire 10 de toute agression ou pollution extérieure.

[0073] Une telle enveloppe protectrice peut être réalisée en parylène, en polyimide, en nitrures ou en oxydes.

[0074] Dans une autre variante de l’invention, le substrat 100 peut être fixé de sorte que sa première face 101 soit agencée contre le cadran ou contre le mouvement horloger, par exemple par collage ou par des moyens de fixation mécanique sur sa périphérie.

[0075] Alternativement, le substrat 100 peut constituer le cadran. La seconde électrode 120 est alors destinée à faire face à la glace.

[0076] La cellule solaire élémentaire 130 peut donc absorber une partie du rayonnement transmis à travers la glace et du rayonnement réfléchi par le mouvement horloger.

[0077] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une cellule solaire, par exemple conforme à la cellule solaire 10 décrite précédemment.

[0078] Le procédé de fabrication comprend les étapes successives suivantes, représentées chronologiquement respectivement par les figures 2 à 5 et 1 : dépôt, sur un substrat 100 transparent, d’une première électrode 110 sous la forme d'une couche transparente conductrice électrique, - dépôt, sur la première électrode 110, d’une cellule solaire élémentaire 130 adaptée à absorber un rayonnement lumineux et à générer un courant électrique à partir de ce dernier,

- structuration de la cellule solaire élémentaire 130 sur une zone prédéfinie, de sorte à former une ouverture traversante 131 ,

- dépôt, sur la cellule solaire élémentaire 130 et sur la zone prédéfinie de sorte à combler l’ouverture traversante 131 , d’une seconde électrode 120 sous la forme d’une couche transparente conductrice électrique,

- structuration de la seconde électrode 120 et de la cellule solaire élémentaire 130 sur une zone prédéfinie de sorte à isoler électriquement la première et la seconde électrode 110 et 120.

[0079] L’étape de structuration permet de former une pluralité de cavités 140 dans la cellule solaire 10.

[0080] La première électrode peut également être structurée lors de cette étape de structuration.

[0081] Avantageusement, plusieurs cellules solaires peuvent être formées en parallèle ou en série par la mise en œuvre du procédé selon la présente invention.

[0082] Dans une ultime étape non représentée sur les figures, la première et la seconde électrode 110 et 120 et la cellule solaire élémentaire 130 peuvent être encapsulées avec un matériau transparent formant une enveloppe protectrice.

[0083] Notamment, cette ultime étape peut être réalisée suivant des méthode de dépôt de matière variant suivant le matériau choisi pour constituer l’enveloppe protectrice. Par exemple, l’ultime étape peut être réalisée par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur, si le matériau de l’enveloppe protectrice est en parylène, par enduction centrifuge, dans le cas dans lequel le matériau de l’enveloppe protectrice est en polyimide, ou par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (CVD ou ALD) si le matériau choisi pour former l’enveloppe protectrice est un oxyde. Il est également envisageable de déposer l’enveloppe protectrice par une méthode de dépôt physique en phase vapeur, par évaporation ou par pulvérisation cathodique, par exemple dans le cas où l’enveloppe protectrice est en nitrures.

[0084] L’étape de dépôt de la première et de la seconde électrode 110 et 120 peut être réalisée par une méthode de dépôt physique en phase vapeur ou par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur. [0085] Par ailleurs, la cellule solaire élémentaire 130 peut être déposée par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.

[0086] Avantageusement, l’étape de structuration de la seconde électrode 120 et de la cellule solaire élémentaire 130 peut être réalisée en une unique opération. Cette disposition est rendue possible grâce à la conception particulière de la cellule solaire 10 selon l’invention.

[0087] L’étape de structuration peut à cet effet être réalisée par une méthode de gravure sèche, par exemple une méthode de gravure ionique réactive, par une méthode de gravure humide, ou par une combinaison de méthodes de gravures sèche et humide.